Perforazione di pozzi con coclea: caratteristiche della tecnologia e uno strumento per la perforazione manuale e utilizzando un'installazione
La perforazione a coclea di pozzi per acqua potabile è oggi il metodo di perforazione più popolare sul territorio delle abitazioni private. Puoi creare tu stesso una falda acquifera superficiale utilizzando un trapano da terra portatile. Per facilitare il lavoro, vengono spesso utilizzate piattaforme di perforazione di piccole dimensioni con azionamento.
Ti diremo perché questo metodo è così popolare. Diamo un'occhiata a come differisce dagli altri metodi di perforazione e in quali situazioni è efficace da utilizzare. L'articolo descrive in dettaglio la tecnologia delle coclee e la progettazione delle attrezzature di perforazione, nonché gli strumenti di perforazione utilizzati nella perforazione manuale e meccanica.
Il contenuto dell'articolo:
Specifiche della perforazione della coclea
Un pozzo è uno scavo cilindrico nella crosta terrestre che, nonostante la sua grande estensione, ha una piccola sezione trasversale. Il suo inizio si chiama bocca, la superficie laterale si chiama pareti e il fondo dello scavo si chiama faccia.
Il metodo di perforazione ottimale viene scelto tenendo conto dello scopo funzionale del pozzo, del diametro e della profondità richiesti. È importante tenere conto delle proprietà fisiche e meccaniche delle rocce che devono essere attraversate nel processo di formazione dello scavo di presa d'acqua.
Influisce anche la fattibilità tecnica ed economica della perforazione in condizioni specifiche. Questa è una fase significativa nella progettazione del pozzo, durante la quale vengono determinate le soluzioni tecnologiche di base: il tipo di attrezzatura utilizzata e le modalità di perforazione.
Quando si progettano e successivamente si perforano pozzi di presa d'acqua, è necessario concentrarsi specificamente sull'utilizzo a lungo termine. È importante la capacità di mantenere una portata stabile e una permeabilità all’acqua costante della zona del fondo pozzo per un lungo periodo di tempo.
Il processo di perforazione di un pozzo comprende diverse fasi di lavoro:
- La distruzione della roccia della parete, cioè la separazione delle particelle dal massiccio.
- Trasporto del terreno di scarto in superficie.
- Preparare un pozzo per il funzionamento pulendo e attrezzando il pozzo, nonché lavare il pozzo di presa dell'acqua.
L'efficienza della perforazione dipende direttamente dalle proprietà fisiche e meccaniche inerenti alla natura, vale a dire: densità apparente, porosità, permeabilità all'acqua dei terreni non coesivi e consistenza delle rocce argillose coesive.
Questo metodo non è adatto per la perforazione di rocce caratterizzate da solidità e connessioni di tipo cristallino tra le particelle. Quanto più saldamente i granelli minerali sono consolidati nella roccia, tanto maggiore è il lavoro dedicato alla sua distruzione.
Vantaggi e svantaggi del metodo
L'opzione di perforazione a coclea viene utilizzata nell'industria, nell'ingegneria civile e perforazione manuale di pozzi. La sua caratteristica distintiva è la rimozione della roccia distrutta non con liquidi di lavaggio o speciali miscele gas-liquido, ma direttamente con le parti del proiettile della coclea.
Sono disponibili perforazioni a coclea dirette verticalmente e orizzontalmente. Il primo metodo viene utilizzato durante la costruzione di pozzi per l'acqua e per la formazione di fori per pali. Il secondo viene utilizzato quando si posano i servizi utilizzando il metodo trenchless.
Questo metodo garantisce contemporaneamente un'elevata velocità di penetrazione in terreni non rocciosi fino a una profondità di 50-80 metri, consentendo di formare immediatamente le pareti dello scavo installando una corda di rivestimento.
Un altro vantaggio è l'estrazione del terreno di scarto in superficie senza sollevare lo strumento. E ancora una cosa: poiché la perforazione a coclea non richiede fluido di lavaggio, viene utilizzata con successo nelle regioni prive di acqua e viene utilizzata anche nei periodi in cui prevalgono le basse temperature.
Oggi la perforazione con unità a coclea viene utilizzata:
- Per l'installazione di pozzi d'acqua individuali;
- Quando si costruiscono fondazioni da pali avvitati/trivellati;
- Per l'installazione di recinzioni e supporti in cemento armato;
- Quando si esegue un'installazione di comunicazioni senza scavo;
- Per la costruzione di pozzi e pozzi poco profondi.
Tuttavia, ci sono anche degli svantaggi. È impossibile perforare un pozzo con le trivelle in rocce di elevata durezza. Quando si perforano argille dure e semisolide, argille con strati di calcare, possono sorgere complicazioni e durante la perforazione di rocce abrasive si verifica un elevato consumo di attrezzature di perforazione.
Inoltre, esiste una limitazione alla profondità dello scavo.È molto difficile costruire in questo modo un pozzo profondo più di 80 metri.
Tecnologia del tunneling verticale
Una coclea è un tubo di perforazione ad alta resistenza con una spirale avvolta, che funge da trasportatore a coclea verticale. Sotto l'influenza di un carico assiale, la parte lavorante della punta penetra nella roccia e la distrugge tagliandola e allentandola. Allo stesso tempo, la trivella a coclea alimenta il terreno di scarto sulla spirale della coclea.
Sotto l'influenza delle forze centrifughe, il terreno allentato sale verso l'alto lungo le lame della batteria di perforazione. Il sollevamento avviene per scorrimento a spirale, poiché l'attrito del terreno sulla coclea è minore che sulle pareti del pozzo.
Pertanto, la roccia distrutta viene consegnata in uno stato frantumato dalla faccia alla superficie e gettata fuori attraverso la testa del pozzo. Con un facile trasporto, il terreno riempie il 30-40% del volume totale dello spazio di interscambio.
I parametri della colonna della coclea devono garantire un rapido sollevamento dell'intera massa di terreno distrutta dalla coclea. Tuttavia, durante la perforazione, una parte del terreno allentato ricade sul fondo. Pertanto, quando si esegue la perforazione della coclea, è necessaria una pulizia più intensiva della canna e, al termine, è richiesto un lavaggio obbligatorio.
Perforazione a coclea direzionale orizzontale
Quando si installano linee di servizio per vari scopi funzionali sotto ostacoli (autostrade, ferrovie, foreste), viene utilizzata la perforazione a coclea diretta orizzontalmente.
Nella fase iniziale del lavoro vengono scavate due fosse: una fossa iniziale (di lavoro) e una fossa ricevente.Devono essere allo stesso livello del pozzo progettato. Successivamente, l'attrezzatura necessaria viene abbassata nella fossa di lavoro e installata.
Tali apparecchiature hanno un'ampia corsa di avanzamento ed sono dotate di una testa di perforazione resistente all'usura in acciaio altolegato. Ha anche una sonda di tracciamento della perforazione installata. Ricevendo segnali sul monitor, l'operatore controlla l'avanzamento del processo e può regolare la direzione del movimento, nonché l'angolo di inclinazione della testa del trapano.
Quando la coclea entra nel pozzo ricevente, cioè nel punto finale secondo il progetto, la trivella viene rimossa. Invece, l'espansore e il tubo sono fissi. Successivamente, le lame vengono ruotate nella direzione opposta per tirare il tubo nel pozzo finito. Al termine dei lavori di perforazione, l'impianto della coclea viene rimosso dal pozzo di partenza.
Il metodo trenchless consente di posare tubi per le comunicazioni sotto il livello della falda freatica fino a 80 m di lunghezza, inoltre tutti i lavori complessi vengono eseguiti senza scavi ad alta intensità di manodopera, il che consente di ridurre al minimo i tempi di esecuzione e ridurre i costi finanziari.
La perforazione a coclea orizzontale viene utilizzata durante la posa di condotte in pressione e l'installazione di sistemi di comunicazione in aree in cui l'installazione con altri mezzi è impossibile. Vantaggio principale installazione senza scavo – redditività. Inoltre non è necessario utilizzare bentonite o altri polimeri per mantenere la stabilità dello scavo finito.
Caratteristiche della perforazione in diverse rocce
I parametri tecnologici di base per la perforazione di un pozzo sono il carico assiale e la velocità di rotazione della coclea. All'aumentare del carico aumenta sicuramente la velocità di penetrazione, il che può portare a diverse situazioni di emergenza.
Pertanto, è fondamentale garantire che il volume di roccia separato per unità di tempo dalla coclea non superi la produttività del trasportatore. Altrimenti si formeranno dei tappi nelle curve.
Di norma, le rocce argillose plastiche, le sabbie sciolte e di media densità vengono perforate senza carico assiale forzato. L'utensile della trivella viene inserito nel terreno sotto il proprio peso, nonché a causa della forza reattiva che si verifica quando si alimenta la roccia di scarto all'imboccatura di un'apertura cilindrica.
Carichi assiali fino a 5 kN vengono solitamente creati durante la perforazione iniziale di un pozzo, durante la perforazione in argille sabbiose dure, argille, argille, argilliti e siltiti. La frequenza di rotazione della colonna non deve superare 1,7-3,3 s-1.
A frequenze più elevate, si verificano vibrazioni interne che possono causare l'allentamento dei collegamenti delle corde di perforazione. Di conseguenza, il trapano rimarrà sul fondo, è quasi impossibile estrarlo, il che significa che dovrai farlo forare una nuova lavorazione. E alle basse frequenze, trasportare il terreno di scarto verso l'alto diventa molto difficile.
All’aumentare della durezza della roccia, aumentano i carichi assiali.La perforazione in terreni ghiaiosi e frantumati, argille ghiacciate, sabbie sature d'acqua, siltiti con inclusioni di quarzo viene effettuata con un carico assiale di 8-10 kN per punta e una velocità di rotazione della colonna di 1,3-2,2 s-1.
I ciottoli e le rocce contenenti massi non vengono perforati utilizzando il metodo della trivella. Questi frammenti di roccia arrotondati vengono distrutti con uno scalpello e sollevati in superficie con una sassola.
La perforazione di sabbie di varia densità e grado di saturazione con acqua, ghiaia e depositi di pietrisco viene effettuata ad alte velocità e contemporaneamente le pareti dello scavo vengono rinforzate con strutture di rivestimento.
Per evitare ciò, ridurre la velocità di perforazione al minimo possibile, percorrere la colonna e aggiungere acqua al pozzo. Anche in una situazione del genere, aiuta periodicamente a sollevare l'utensile di perforazione in superficie e pulirlo dal terriccio aderente.
Strumento di perforazione della coclea
Gli strumenti per la perforazione di pozzi a coclea in base al tipo di progetto si distinguono per il numero di giri e la geometria della parte tagliente. Per la penetrazione in argille e argille sabbiose dure e semisolide, vengono spesso utilizzati strumenti di perforazione, i cui bordi sono dotati di frese aggiuntive.
Molto spesso, per condurre uno scavo di presa d'acqua per proprietari privati, viene utilizzata solo una coclea iniziale senza alcuna aggiunta, perché Le rocce sedimentarie coesive e non coese dovranno essere perforate. Durante l'approfondimento, lo strumento viene semplicemente esteso con aste di perforazione.
In questo caso, il proiettile viene rimosso dal pozzo ogni 0,5 - 0,7 m per liberare il trapano stesso e il fondo della roccia distrutta. Questa è un'opzione di perforazione più economica, ma anche più laboriosa.
Per perforare massi e ciottoli che si possono trovare nei terreni sedimentari, passano al metodo della corda elastica. Di norma, a questo scopo viene utilizzato uno scalpello in acciaio per utensili. Questo trapano, puntato all'estremità inferiore, viene “lanciato” con forza sul viso finché la “barriera solida” non viene distrutta.
Dopo la distruzione di un ciottolo o di un masso, i frammenti vengono rimossi in superficie utilizzando un vetro (tubo centrale) o bailer. Quindi passano nuovamente al metodo a vite. Molto spesso, per scavare una miniera, è necessario utilizzare diversi metodi di perforazione in combinazione.
Quando si perfora sabbia sciolta e argille morbide, le trivelle a coclea vengono utilizzate con le lame rivolte verso il basso con un angolo di 30-60º e per la perforazione in rocce argillose coese - 90º.
Questa spirale è ottenuta avvolgendo su un mandrino a vite un nastro di acciaio ad alta resistenza del diametro di 5-7 mm. Viene teso su un tubo/asta e poi saldato.
Maggiore è il diametro del tubo di base, minore è la capacità di trasporto della coclea. Tuttavia, il diametro di un prodotto lungo è limitato dalla resistenza meccanica della vite e dalla sua tecnologia di produzione.
Oggi vengono prodotti due tipi di viti:
- Con un foro centrale, cioè cavo;
- Ponderato - senza foro.
Per ridurre al minimo l'usura della coclea durante la perforazione di rocce abrasive, una striscia di acciaio viene avvitata sul bordo esterno oppure uno strato di metallo viene fuso sulla superficie.
A velocità di perforazione elevate della coclea, sopra il proiettile viene fissato uno speciale adattatore con avvolgimento bidirezionale di nastri di acciaio. In questo caso la maggior parte della roccia cade sulla coclea senza essere macinata.
All'estremità del tubo con spirale avvolta, gli elementi di collegamento devono essere saldati. Esistono due tipi di collegamenti a vite: senza filettatura e filettati. Nel primo caso le viti sono collegate mediante serrature ad innesto e trattenute da perni metallici con fascette; nel secondo caso tramite avvitamento.
Il collegamento filettato delle coclee alla batteria di perforazione consente di meccanizzare la loro connessione e disconnessione durante le operazioni di intervento e durante la fornitura di fluido al fronte. Ma c'è anche uno svantaggio significativo: in questo caso non è possibile ruotare le viti in senso inverso. Pertanto, le connessioni threadless sono diventate più diffuse.
Gli impianti di perforazione speciali solitamente includono una serie di coclee di diverso diametro.
Le coclee cave con attacco filettato vengono utilizzate durante la perforazione con soffiaggio, per il pompaggio di acqua durante l'apertura di aperture cilindriche nella crosta terrestre, per l'installazione di una carica in pozzi geofisici, per il pompaggio di calcestruzzo nei fori per pali. Possono essere utilizzati anche come rivestimento.
Quando si perfora con una faccia continua, il canale centrale viene bloccato con uno strumento di perforazione su una fune.
Panoramica degli impianti di perforazione
Per la perforazione a coclea li usano entrambi utensili manualie impianti meccanizzati. Il design più semplice è un trapano a mano.È costituito da un'asta/tubo con lama a vite e manico a T fissato rigidamente.
Questo tipo di strumento di perforazione viene avvitato nel terreno come un cavatappi. Durante il processo di scavo viene espanso con aste. Le trivelle manuali sono rese pieghevoli per renderle il più comode possibile per il trasporto nei veicoli passeggeri. Ciò consente anche di modificare la lunghezza della corda di perforazione della coclea.
Utilizzando utensili manuali è possibile realizzare fori profondi fino a 2 metri con un diametro non superiore a 20 centimetri. Esistono anche trapani a motore con motore a benzina o elettrico. Il loro design prevede un trasportatore a coclea, ovvero una coclea, e un motore con cambio. La rotazione dell'albero motore assicura il movimento della coclea.
Con l'utilizzo di un utensile motorizzato e la presenza di aste di perforazione di prolunga è possibile perforare pozzi fino a 25 metri di profondità. Con un diametro fino a 30 centimetri, viene utilizzato per l'installazione di pali dell'illuminazione stradale, per l'installazione di pali di recinzione, pozzi per l'ispezione di fondazioni e fondazioni del terreno.
Le unità mobili sono piccole macchine con motore elettrico o a benzina. Con il loro aiuto puoi perforare rapidamente bene per una residenza estiva predisporre un gran numero di fori per supporti per vari scopi funzionali.
Spesso tali impianti di perforazione sono realizzati sotto forma di rimorchio per autovetture per facilitare il trasporto sul luogo di lavoro.
Nelle costruzioni civili e industriali, per realizzare lavorazioni di grande profondità e diametro, vengono utilizzate speciali attrezzature a coclea, fissate su attrezzature mobili - camion, trattori.
Viene utilizzato durante l'installazione di supporti per linee elettriche ad alta tensione e pali dell'illuminazione stradale, durante l'installazione di supporti per recinzioni per stadi, complessi sportivi, impianti industriali e aeroporti. Inoltre, utilizzando impianti di perforazione a coclea su attrezzature mobili, costruiscono recinzioni di palancole per i pozzi e installano pali a vite.
Video utile sull'argomento
Perforazione a coclea di un pozzo d'acqua profondo 20 m sul territorio di un'abitazione privata:
Questo video mostra la tecnologia di perforazione a coclea orizzontale di un pozzo per la posa delle comunicazioni sotto un'autostrada:
Installazione di pali mediante coclea continua di grande diametro con canale centrale. Per eseguire i lavori vengono utilizzate una perforatrice Bauer BG-30 e una pompa per calcestruzzo Liebherr stazionaria ad alte prestazioni:
Il metodo a coclea fornisce tassi elevati di perforazione di pozzi. Lo sviluppo del pozzo e la fornitura di terreno di scarto dalla faccia all'imbocco dei lavori avviene simultaneamente e continuamente, il che fa risparmiare tempo e fatica ai perforatori e fondi investiti nel progetto. Pertanto, il metodo di perforazione a coclea è popolare.
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La perforazione a coclea utilizzando la tecnologia è l'opzione migliore per pozzi poco profondi.Non c'è da stupirsi che questo metodo sia popolare. Per quanto riguarda la perforazione manuale con una trivella, questa è per masochisti, o quando non ci sono soldi, ma il pozzo è davvero necessario.
Vorrei un consiglio: mi è capitato di avere un trapano per perforare sotto i supporti delle linee elettriche, basato su un'auto GAZ-66, ho un'idea per adattare questa unità per perforare pozzi per privati. L'intero problema risiede nella ridotta lunghezza delle aste della coclea, perché... la distanza dall'unità al suolo è di circa 1,2 m, l'attrattiva dell'idea è questa. che l'unità è mobile, tutte le operazioni sono possibili: rotazione, abbassamento e sollevamento, anche inversione... Dove posso ordinare le aste della coclea, si prega di avvisare. Grazie.