Бурение абиссинского колодца или скважины

Что такое абиссинская скважина

Абиссинская скважина — одна из самых простых в изготовлении своими руками

Своим появлением она обязана англичанам, колонизировавшим Африку. Именно это изобретение позволило войскам Великобритании выгнать туземцев с интересовавших их земель. Металлическая труба и самый простой забивной бур — вот минимальный перечень необходимого для начала работы оборудования. С учётом особенностей грунта, уровня размещения водоносного слоя и других параметров процесс занимает от трёх до десяти часов.

Абиссинская скважина представляет собой компактный источник добычи воды, залегающей в верхнем грунтовом слое. Её оборудование оправдано только в том случае, если водоносный слой расположен на уровне не ниже восьми метров. Во всех остальных случаях без специальной буровой техники не обойтись, что существенно увеличивает сумму затрат на организацию бесперебойного водоснабжения отдалённого участка.

Условия для сооружения абиссинской скважины

Для устройства абиссинского колодца недостаточно горячего желания владельца участка, подкрепленного знанием конструкции водозаборной установки. Перед стартом работ необходимо выяснить, подходят ли геологические условия для сооружения скважины иглы.

Залегающие в земле грунты различаются по физико-механическим свойствам: по плотности, структуре, параметрам твердости и т.д. У буровиков есть классификация по так называемой «буримости» пород.

Для проходки песчаника и песка, например, применяется разный вид инструмента и способ бурения. Скальный песчаник бурится колонковой трубой с твердосплавной коронкой, а водовмещающие пески поднимают ударно-канатным методом с помощью желонки.

Установка абиссинского колодца не сможет быть произведена при близком к поверхности залегании известняка (1), песчаника (2), оптимальными для работы грунтами являются глинистые отложения (3) и пески (4)

По совокупности физико-механических свойств вместе с буримостью породы условно делятся на:

• Твердые или скальные. Они способны раскалываться, дробиться, постепенно разрушаются при бурении с высокой скоростью и давлением. Твердые породы представлены в верхней части отложений известняками, песчаниками, мергелями, доломитами и т.п.
• Пластичные. Они легко или относительно легко поддаются резке ножом и буровым инструментом, в том числе наконечником абиссинской скважины. К пластичным представителям относятся глины, суглинки, супеси с высоким числом пластичности.
• Сыпучие. Они не держат форму, т.к. состоят из несоединенных друг с дружкой частиц. При насыщении водой некоторые пылеватые виды могут «плыть». К сыпучей разновидности относятся пески всех категорий по крупности, гравийно-галечниковые, дресвяно-щебнистые и подобные отложения.

В распоряжении домашних мастеров, желающих заняться устройством абиссинского колодца, нет бурового инструмента для проходки всех перечисленных типов грунтов. Самостоятельные буровики смогут пересечь лишь пластичные и сыпучие категории. Раздробить твердую породу наконечником абиссинского колодца невозможно.

Для устройства и нормальной работы абиссинской скважины идеально подходят осадочные отложения: гравий, щебень, галька с заполнителем, пески, супеси, суглинки (+)

Не стоит пытаться разбить крупный валун: лучше немного переместиться и там снова начать выработку. Тем более что демонтаж водозаборного устройства производится в разы быстрее установки.

Кроме ограничений по буримости на возможность сооружения скважины-иглы влияет высота зеркала воды. Дело в том, что извлечение ее из тонкоствольной выработки можно поручить только поверхностному насосному оборудованию. Большинство марок поверхностных насосов готово поднять воду с глубины не более 8 м.

Для откачки воды из скважины-иглы применяется поверхностное насосное оборудование, извлекающее воду с глубины в среднем 8 – 10 м

Даже если в техпаспорте глубина всасывания указана порядка 10 м, нельзя забывать о стандартных потерях давления в стволе и о том, что насос обычно транспортирует воду еще и по горизонтальному участку.

Каждые 10 м горизонтального перемещения отнимает у глубины всасывания по 1 м. К тому же поверхностные насосы настоятельно рекомендовано располагать в закрытых помещениях, а они зачастую удалены от места забора воды.

Если кроме абиссинской скважины нет совершенно никакого выхода, а глубину появления воды в близлежащих колодцах фиксируют на 12 – 15 м от поверхности земли, то для подъема воды следует запастись эрлифтом или ручным насосом, способным качать воду с означенной глубины.

Для откачки воды с глубины более 15 – 20 м можно использовать эрлифт, который выгодно кроме транспортировки воды выполняет насыщение ее кислородом

Полезная информация о том, как на участке найти воду для колодца и оценить расположение водоносных слоев представлена в этой статье.

Альтернативный вариант адаптации водозаборной иглы к неподходящему уровню грунтовой воды заключается в устройстве приямка. Перед забивкой колонны в землю выкапывается шурф глубиной около метра, шириной удобной для работы лопатой в нем. Забивка штанг начинается тогда со дна шурфа. Насос в подобных ситуациях устанавливается в приямок.

Если грунтовые воды на участке залегают ниже, чем максимальная глубина всасывания насоса, сооружают приямок и в нем располагают насосное оборудование

Как бурить

«На песок» возможно бурение:

• или разведочное;
• или уверенное.

Для первого случая больше подойдет заводской комплект оборудования (стоит такой от 6-ти до 8-ми тысяч рублей). Тогда бур с колонной можно извлекать из скважины и использовать многократно. Очень удобно на случай, если пробитый колодец оказался пустым. Всегда можно попробовать «заводиться» в каком-то другом месте.

Но, в принципе, для одноразового битья (допустим, совсем рядом уже есть подобный колодец) можно оборудование изготовить самостоятельно, из подручных средств.

Что касается непосредственно метода канатно-ударного бурения с участием снаряда Нортона — это занятие тяжелое физически, зато простое с точки зрения технологии:

1. Снаряд ставится в приямок или подвешивается на треноге. А можно ничем таким не заморачиваться, а просто забить бур в землю кувалдой.
2. Далее вставляется первая штанга, а на нее по очереди надеваются:

• подбабок;
• «баба»;
• и верхний хомут. При этом хомуты на штанге затягиваются буквально «намертво».

1. Затем канаты продевают в шкивы, а «бабу» тянут до верха.
2. После канаты отпускаются, а операция повторяется снова и снова.
3. Хомуты переставляются, а колонна наращивается следующими штангами по мере ее углубления.

Правила сооружения и подготовка

Подготовку к проведению работ можно подразделить на условные этапы. Прежде чем начать бурение, стоит присмотреться к конструкции абиссинки. Она крайне проста и включает комплект металлических труб, длина которых 1-2 метра. Трубы соединяются между собой муфтами. Для нижней части скважины, через которую осуществляется забор воды, потребуется фильтрующая труба. Способ ее изготовления разбирался выше. На поверхности грунта нужно будет установить насос.

Также подойдут варианты из нержавеющей стали. Для скважины вовсе не подойдут медные трубы. На трубах, которые подойдут для обустройства с двух сторон, нужно нарезать внешнюю резьбу.

Длина перфорированной трубы (которая будет играть роль фильтра) должна составить 70-100 см. Хорошо, если на нижний конец этой части будет приварен наконечник. Копьевидной трубой будет легче выполнять забивание

При этом важно, чтобы диаметр наконечника был немного больше диаметра трубы.

Количество труб будет связано с глубиной залегания грунтовых вод. Для соединения деталей между собой применяются резьбовые муфты. Муфты должны быть толстостенными, так как они более прочные.

Забивать трубы можно обычной кувалдой или бабкой. Последнее изделие представляет собой цилиндр с высверленным отверстием. Цилиндр оснащается рукоятками, которые облегчат подъем изделия. Еще для облегчения работ бабку пропускают через специальные блоки.

Тогда бабка будет опускаться на веревках под собственной тяжестью. Первичная прокачка пробуренной скважины производится ручным насосом. Кроме забивного способа монтажа скважины, существует еще один. На нем остановимся подробнее.

Эксплуатация и ремонт

При регулярном использовании образовавшаяся вокруг фильтра линза воды не изменит своего размера, сохранит водоотдачу на постоянном уровне, а воду чистой. Если же скважиной планируют пользоваться только весной-летом (при установке на дачном участке, например), то на зиму обязательно следует провести консервационные работы:

• слив воды из подающей трубы;
• укрытие насоса непромокаемым материалом.

Перед началом очередного использования скважину прокачивают таким же образом, как и перед первым запуском.

В процессе работы могут возникнуть следующие неполадки:

• заиливание;
• забивка фильтров;
• выход из строя оборудования;
• пропускание воды в местах стыков труб;
• смещение водоносных слоёв.

Мутная вода — первый признак засорения скважины. Почистить её самостоятельно можно с помощью самодельного устройства — желонки. Она представляет собой метровый отрезок трубы диаметром меньше диаметра скважины с обратным шариковым клапаном и острыми разрыхлителями. Такое приспособление на верёвке опускают в скважину почти до самого дна, слегка приподнимают и бросают. Осевший ил взмучивается, попадает вместе с водой в желонку, которую извлекают, промывают и снова бросают. Как только большая часть грязи со дна будет удалена, скважину прокачивают с помощью насоса до полной очистки.

Для использования такой скважины не потребуется оформлять паспорт, а объёмов поступающей чистой питьевой воды хватит для обычной семьи. Регулярное использование и обслуживание снимут проблему водоснабжения на несколько десятков лет. Более того, её можно сделать своими руками, что не потребует больших затрат и труднодоступных материалов и оборудования.

Технология изготовления ствола

В промышленном производстве абиссинских колодцев нет. Изготовление установки заказывают в мастерской или делают собственными руками.

Для облегчения погружения в грунт нижний край первой штанги оснащается копьевидным наконечником, его диаметр в широкой части на 3–5 см больше диаметра основной трубы, длина около 10 – 15 см

Для того чтобы сделать скважину иглу понадобятся:

1. Толстостенные трубы ВГП, в маркировке которых указанно «усиленные». Оптимальный размер наружного диаметра трубопроката от 25 до 40 мм. Следует помнить, что чем толще ствол, тем труднее его забивать в землю, а на дебит скважины толщина трубы нисколько не повлияет.
2. Стальной наконечник, выточенный на токарном станке. Длина детали 10-12 см, Ø на 1-2 см больше Ø трубы, чтобы трение грунтов о ствол не замедляло процесс забивки. Наконечник может быть коническим или пирамидальным, но не сваренным из клиновидных обрезков трубы.
3. Стальная сетка плотного галунного плетения, необходимая для устройства дополнительного фильтра. Она предотвратит попадание мелких песчинок и даже глинистой взвеси.

Для изготовления ствола лучше приобрести бесшовный трубопрокат, который при забивке однозначно не даст трещин. Трубу необходимо нарезать на отрезки приблизительно по 1,2 – 1,5 м. В буровом деле они называются штангами.

Указанные размеры рекомендованы на основании наибольшего удобства в работе. Конкретная длина отрезков в обозначенном интервале зависит от предполагаемой глубины выработки. Желательно, чтобы один из них был 1 м для окончательного заглубления в водонос.

Обратный клапан в виде шарика или тарелки предотвращает отток извлекаемой насосом воды в скважину иглу после остановки электромеханического или ручного насоса

Наращивание ствола производится по мере заглубления снаряда, выполняется путем последовательного накручивания отрезков трубы ВГП.

Для осуществления соединений по краям отрезков нарезают по 7 витков сантехнической резьбы и используют стальные муфты. Соединения выполняют герметично, в резьбу укладывается сантехническая пакля.

Полностью изготовить и установить абиссинский колодец несложно своими руками, но если планируется временная эксплуатация копер разумнее взять в аренду

К первому отрезку будущей колонны приваривают наконечник и оснащают примитивным фильтром – это водоприемная часть. В стартовом отрезке трубы сверлят отверстия Ø 8 – 10 мм так, чтобы элементы указанной перфорации располагались в некоем шахматном порядке.

Между условными горизонтальными рядами отверстий должно быть примерно по 5 см: ближе их делать не стоит, чтобы не ослабить трубу.

Сверлить отверстия начинают, отступив от нижнего края около 15 см с аналогичной целью сохранения прочностных показателей. В месте соединения первого звена колонны со следующей штангой устанавливается обратный клапан насосной системы.

Чаще всего это шарик, пропускающий воду только по направлению к насосу.

Шаг 1: Перед бурением скважины-иглы нужно запастись инструментом. Общий метраж колонны буровых труб должен быть на 2 — 3 м больше предполагаемой глубины залегания водоносного горизонта Для облегчения процесса бурения и для организации приямка под устье выработки желательно вырыть шурф Шаг 3: Если в геологическом разрезе площадки бурения есть валуны и крупная галька, желательно запастись бурами с функцией долота Шаг 4: Перед началом бурения следует проверить свинчиваемость муфт с буровыми трубами и их количество Если в разрезе участка есть супеси и суглинки, перед установкой в скважину стартовой трубы с фильтром лучше разрушить породу штангой с заостренным наконечником Если разрез сложен песчаными и гравийными отложениями, проходку абиссинского колодца можно начать с трубы, оснащенной сетчатым фильтром и конусообразным наконечником Если не планируется установка насосного оборудования в приямок, верхнее звено буровой колонны лучше защитить обсадной трубой, полость которой надо заполнить песком или ПГС

Чем хороша абиссинская скважина

Список достоинств любого абиссинского колодца обширен:

1. Дешевизна. Действительно, цена такой скважины «под ключ» никак не окажется дороже 25 000 рублей. В среднем обустройство выйдет в 14 000-15 000 тысяч. Плюс еще тысяч 5-9 уйдет на приобретение и установку соответствующего оборудования. Если сравнивать со стоимостью шахтного колодца, то там только рытье встанет в 35-40 тысяч рублей. И чтобы обустроить двойной шатер (если, конечно, заботиться о качестве добываемой воды), придется потратить еще столько же.

Важно

Двойной шатер — это не навершие над колодцем, как кому-то может показаться. «Двойным шатром» специалисты называют тип водозаборного устройства, оборудованный на самом дне шахтного колодца.

1. Скорость проходки. Для проходки абиссинской скважины не потребуется строить буровую вышку. Ей даже тренога не потребуется. Ведь в России глубина залегания водоносных пластов в земле колеблется от 2-х до 15-ти метров. Можно обойтись ударно-канатным бурением и добраться до питьевой воды буквально за несколько часов, если работать вдвоем. Если же в процессе бур застревает или скважина оказывается пустой, извлечь оборудование будет совсем несложно. Это делается с помощью автомобильного домкрата, упертого в подбабок. И все переносится в следующий квадрат для новой попытки, с учетом корректирующих поправок «на воду».
2. Экологичность. Поскольку у абиссинской скважины нет обсадной трубы, это исключает проникновение в водосбор верховодок, то есть паводковых и талых потоков. Вот и выходит, что даже в окрестностях какого-нибудь мегаполиса вполне реально получить с помощью такого колодца практически артезианскую воду по качеству.
3. Санитария. По вышеописанным причинам абиссинскую скважину можно считать почти идеальной и с точки зрения санитарии. Такой колодец можно забить хоть из подвала дома — вода все равно останется чистой и пригодной для питья и хозяйственного использования. А в таких условиях и приямок делать не придется, ведь скважина в подвале зимой так и так не замерзнет.
4. Долговечность. Чтобы судить о продолжительности эксплуатации абиссинских скважин, достаточно упомянуть тот факт, что те самые колодцы англичан в Эфиопии исправно функционируют и по сей день. И не требуют какого-то особенного ухода. По факту абиссинский колодец будет давать воду до тех пор, пока она остается в его водоносном пласте.
5. И самое главное. Для того, чтобы оформить абиссинскую скважину, не потребуется абсолютно никаких разрешительных документов. Не нужно покупать лицензий и регистрировать колодец в инстанциях. Не надо делать абсолютно ничего, кроме того, что пробить и пользоваться. Закон Российской Федерации на этот счет дает совершенно четкие разъяснения: граждане страны на своих земельных участках имеют право добывать любые полезные ископаемые с глубины, которая не превышает 5 метров, а также проходить скважины на воду до первого водоносного пласта. То есть такие скважины не должны быть артезианскими, а больше никаких запрещающих распоряжений на этот счет не имеется.

Важно

Законодательно абиссинские скважины пока можно бурить без официальных разрешений и регистраций, а также без уплаты налога. Но только на территории РФ. В большинстве бывших стран Советского Союза разрешений на это тоже не потребуется, но там в налоговых кодексах прописаны налоги на полезные ископаемые. Это нужно иметь в виду и проверять, прежде чем что-то добывать, в том числе воду.

Технология добычи воды, пришедшая из далекого прошлого

Технология бурения абиссинской скважины настолько проста, что была освоена еще в средние века, когда металлообработка находилась в начальной стадии развития. Для оборудования абиссинского колодца нужны были только трубы, фильтр и острый наконечник, из-за которого этот тип скважин еще называли «игла». Именно этим коническим острием при бурении «протыкались» слои земной коры, чтобы добраться до водоноса.

Помимо набора необходимых составляющих для забивки абиссинской скважины, нужна была «грубая физическая сила». Поначалу этот процесс производился вручную, с помощью обычных кувалд. С развитием техники и механики стали применять различного рода ударные устройства – молоты, бабки и подобные им механизмы.

При забивании скважины по старым технологиям часто возникали разнообразные просчеты или проблемы. Могло произойти нарушение целостности конструкции. Фильтр мог повредиться о встречающиеся на пути острия камни. Трубы в местах соединения могли разойтись или лопнуть от ударов. Поскольку расположение заборного фильтра относительно водоносного слоя выбиралось больше интуитивно, скважина могла не выдавать расчетного объема воды или быстро прийти в негодность из-за заплывания ее породой, не пропускающей воду.

Подготовка необходимых материалов

Комплект рабочего оборудования, также, как и устройство абиссинской скважины весьма просты. Для работы понадобятся следующие инструменты и комплектующие:

• Стальные трубы диаметром 1-1,5 дюйма и длиной в 1,5 – 2 м каждая. Нижняя труба, которая будет забиваться первой, должна быть проперфорирована – через неё будет поступать вода внутрь скважины.
• Сетчатый фильтр, надеваемый поверх перфорированной трубы.
• Соединительные резьбовые муфты для труб соответствующего диаметра.
• Игла для скважины. Представляет собой конусообразный металлический наконечник и предназначен для облегчения заглубления трубы. Игла для абиссинского колодца должна быть несколько шире, чем диаметр труб. Это позволит уменьшить их трение о грунт при забивке.
• Стальной подвесной молот-копр или массивная стальная «баба». Внутри такой ударный инструмент должен иметь отверстие, несколько большее диаметра трубы. Это позволит при опускании копра центрировать удар.
• Забивной наконечник, надеваемый на верхушку трубы. Изготавливается из твёрдых видов стальных сплавов и служит для предотвращения сплющивания верхней части трубы при ударе забивного копра.

Забивное оборудование может устанавливаться на специальную конструкцию-треногу, на вершине которой закрепляются блоки. Через блоки перекидываются тросу, за которые производится подъём копра на высоту. Также возможно использование для забивания ручного метода – обычной кувалды, или металлической бабы с двумя руками. На концы труб накручивается резьба для соединения их при помощи муфт. При работе, на верхнюю часть забиваемой трубы навинчивается забивной наконечник.

Выбор места под скважину

Прежде всего, работа имеет смысл, если в месте заложения скважины грунт сравнительно мягкий. Если же в толще пробиваемой земли попадётся слой скальной породы или спрессованной глины, то работу придётся оставить и попытать счастья в другом месте.

Также немаловажно знать примерное расстояние от поверхности до верхних водоносных слоёв. Наиболее эффективен абиссинский колодец глубиной 5-8м

Большая глубина сделает проблематичной закачку воды при помощи ручного насоса или большинства насосных станций. Определить наиболее близкое расположение воды к поверхности участка можно по произрастающим травам и деревьям. Отдельные растения любят увлажнённую почву, другие – более засушливую.

Определить примерное расстояние до воды таким способом можно при помощи нижеприведённой таблицы:

Если на вашем участке в «диком» состоянии растут такие травы и деревья, то шансы на успех при устройстве абиссинской скважины можно оценить как очень высокие.

Другой старинный способ поиска воды – при помощи лозы. Конечно, в средней полосе России найти виноградную лозу довольно проблематично, но её с успехом заменяют две медные проволоки длиной 15-20 см, согнутые под прямим углом каждая. Держа в расслабленных руках эти проволочки параллельно друг к другу, обойдите участок. Там, где вода подходит к поверхности наиболее близко, проволочки должны будут скреститься.

Обустройство

Для подачи воды из абиссинской скважины наверх используют либо ручной насос, либо электрическое насосное оборудование. Ручные насосы монтируются поверх самой верхней трубы, выходящей наружу. Электрические насосные станции следует размещать в заглублённых и утеплённых кессонах. Это связано с тем, что подобное оборудование может функционировать только при плюсовых температурах. Замерзание воды внутри поверхностного насоса приведёт к его выходу из строя.

Кессоны представляют собой бетонные колодцы, на дне которых расположена сама скважина. Глубину кессона рекомендуется делать ниже глубины зимнего промерзания грунта. Для разных регионов страны данный показатель различен: для южных причерноморских районов – порядка 0,5м, для средней полосы России – 0,8-1,2м, для Сибири – 2-3м.

Абиссинская скважина в колодце подключается к насосному устройству при помощи шланга, опущенного внутрь труб. Дно кессона следует забетонировать с таким расчетом, чтобы уклон был от скважины к краям колодца. Иногда во избежание аварийного затопления кессона с насосной станцией его оборудуют дренажным водоотводом.

В этом случае уклон заливного пола следует делать в сторону дренажного отверстия. Выбирая насосное оборудование нужно руководствоваться дебетовыми показателями скважины, то есть её производительностью. Если установить чересчур мощный насос, он сможет быстро осушить скважину, и, в итоге, сгорит.