Rotora urbšana akām: urbšanas tehnoloģijas un nepieciešamā aprīkojuma pārskats

Ja lauku māju nav iespējams pieslēgt centrālajai ūdensapgādei, ir jāorganizē autonoma sistēma. Lielākā daļa īpašnieku dod priekšroku to ierīkot uz urbuma bāzes, kura izstrādē tiek izmantotas dažādas metodes. Mēs apskatīsim rotācijas urbšanu – ļoti perspektīvu, bet pagaidām mazpazīstamu variantu.

Mūsu piedāvātajā rakstā detalizēti aprakstītas rotācijas tehnoloģijas nianses un izmantotie instrumenti. Ir izanalizētas šīs metodes priekšrocības un trūkumi, kā arī sniegti tās praktiskās īstenošanas veidi. Mūsu padomi noderēs rūpīgiem privāto zemes gabalu īpašniekiem, kuri vēlas kontrolēt urbēju darbu.

Rotācijas urbšanas definīcija

Sākumā apskatīsim, kas vispār ir rotācijas urbšana un kādas ir tās alternatīvas? Viens no ierastākajiem veidiem ūdens ņemšanas izstrādes ierīkošanai pagaidām tiek atzīts skrūvurbšana.

Tomēr skrūvurbšanas tehnoloģija neļauj iziet cauri klinšu pamatiežiem. Skrūvurbšanā izmantotais spirālveida urbis nespēj sagraut kaļķakmeni. Un bieži vien ir nepieciešams urbt tieši tajā, jo virsējie slāņi neizceļas ar stabilu un ekspluatācijai pietiekamu debitu.

Kolonu urbšanas un skrūvurbšanas tehnoloģija nenodrošina iespēju iziet cauri klinšu iežiem. Gadījumā, ja tiek ierīkots urbums uz kaļķakmens, efektīvāk un ekonomiskāk ir izmantot rotācijas urbšanas metodi.

Tāpēc rotācijas tehnoloģija, kas iepriekš tika izmantota tikai kalnrūpniecības nozarē, sāka ieviesties privāto ūdens ņemšanas būvju ierīkošanas jomā. Tās darba elements ir urbuma apakšējā daļā esošais urbis. Ar urbi tiek iznīcinātas saistītās un nesaistītās augsnes, sasmalcināti klinšu pamatieži.

Savukārt iznīcinātā ieža izņemšana tiek veikta ar šķidruma palīdzību, kas tiek padots uz urbuma apakšu caur darba kolonnu vai cauruļu starpu. Tās ir 2 dažādas urbšanas metodes, no kurām katra tiks detalizēti apskatīta tālāk.

Urbja diametrs pārsniedz darba kolonnas diametru, kas ļauj:

• samazināt enerģijas izmaksas visā urbšanas procesā (jauda šeit tiek iztērēta tieši tikai uz urbja pagriešanu ar spēku urbuma dibenā, bet berzes zudumi, ko rada darba kolonnas berze pret urbuma sienām, tiek samazināti līdz minimumam);
• aizsargāt lielāko daļu darba kolonnas elementu no bojājumiem, kā arī izurbtās urbuma sienas no iznīcināšanas;
• radīt iespaidīga diametra urbumus (piemēram, līdz 70 cm) ārkārtīgi lielos dziļumos.

Šādā veidā ir iespējams veidot ūdensnesējus urbumus, kuru dziļums ir 300 un vairāk metru, t.i., urbt ūdens ņemšanas vietas, lai nodrošinātu ūdeni dārza kooperatīviem un ciematiem.

Tātad definīcija: urbšana pēc rotora principa ir tāda urbuma izstrādes metode, kurā spēks uz urbi urbuma dibenā tiek pārnests no rotora griezēja caur darba kolonnu. To saliek no stieņiem – šaurām tērauda caurulēm, kuras tiek secīgi savienotas viena ar otru, padziļinoties zemē.

Bet urbuma stobra un dibena tīrīšanai no dūņām tiek izmantots zem spiediena padots ūdens. Pateicoties šādam risinājumam, nav nepieciešams pastāvīgi izjaukt un salikt urbšanas kolonnu, lai iegūtu serdi kā kolonnu urbšanas gadījumā.

Iesūknētais šķidrums urbumā uzreiz risina divus svarīgus uzdevumus: atbrīvo ceļu urbšanas iekārtai turpmāko darbu veikšanai un veic urbuma skalošanu, kas nepieciešama, lai sagatavotu ūdens ņemšanas vietu ekspluatācijai.

Rotācijas tehnoloģijas priekšrocības

Kādas tad ir rotora urbšanas priekšrocības salīdzinājumā ar iespējamām alternatīvām? Tās ir vairākas.

Pirmkārt, izmantojot rotora urbi, var izveidot liela diametra urbumus, kas pilnībā spēs apmierināt ūdens vajadzības vairākām mājsaimniecībām vienlaikus.

Nav noslēpums, ka urbšana ir dārgs process: tam ir nepieciešams specializēts aprīkojums, un process jākontrolē un jāvada pieredzējušiem urbējiem. Galu galā darbība, kas saistīta ar urbumu urbšanu, ir licencējama. Līdz ar to arī tās augstā cena.

Pateicoties savai formai un konstrukcijai, rotora urbšanas urbis var veidot urbumus ar daudz lielāku diametru nekā skrūvju urbji un kolonnu caurule.

Vairāku mājsaimniecību apvienošana, lai finansētu vienu kopīgu urbumu blakus esošajiem zemes gabaliem, ir ekonomiski izdevīgs pasākums. Bet tam ir nepieciešams ievērojams debets. Lielākajā daļā gadījumu kvartāra nogulumu (smilšu) ūdens nesējslāņi to nevar nodrošināt.

Protams, kolektīvai ekspluatācijai ūdens ņemšanas vietu labāk izveidot kaļķakmenī. No tā iegūtie gruntsūdeņi raksturojas ar lielāku ūdens bagātību un tīrību. Uz kaļķakmens urbumu debetu nekādā veidā neietekmē nokrišņu daudzums. To nevar teikt par urbumiem smiltīs.

Otrkārt, pārliecina samērā nelielās enerģijas izmaksas. Rotācijas urbšanas darba elements ir uzgalis. Bet atšķirībā no skrūves un serdes urbšanas, urbšanas instruments nesadarbojas ar izurbtās akas sienām.

Proti, tieši ar grunti saskaras tikai uzgalis, kura augstums ir niecīgs salīdzinājumā ar visas urbšanas kolonnas augstumu. Līdz ar to šī urbumu veidošanas metode ir visātrākā – līdz 1000 tekošiem metriem mēnesī!

Treškārt, kolektīvos pasūtītājus piesaista urbšanas dziļums. Tikai ar rotācijas metodi var izurbt aku, kas iedziļināta pamatiežos – metamorfajos un magmatiskajos iežos, kuru plaisās var sūknēt ūdeni, kura sastāvs visvairāk atbilst dzeramā ūdens prasībām.

Visbiežāk no ūdens ņemšanas izstrādnēm, kuru dziļums ir mazāks par 30 m, iegūst tikai tehnisko ūdeni. Tā sastāvu ietekmē blakus esošie ūdenskrātuves, ar atkritumiem piesārņotas upītes, atmosfēras nokrišņi, kā arī vienkārši uz zemes izlietas tehniskās vielas. Skrūve un serdes caurule palīdz iegūt tikai šādu ūdens ņemšanu.

Viss urbšanas aprīkojuma komplekts viegli montējams uz vienas vidējas kravnesības automobiļa platformas. Tas padara rotācijas urbšanas procesu daudz tehnoloģiskāku, līdz ar to arī lētāku.

Turklāt rotācijas urbšana ļauj iziet izstrādni pilnā dziļumā bez pārejas uz citu urbšanas metodi. Izstrādājot aku ar skrūvi, piemēram, nepieciešamības gadījumā izurbt laukakmeni, tiek pāriet uz trieciena troses metodi.

Šim nolūkam no stobra tiek izvilkts skrūves elements un nomests uzgalis uz dibena, līdz tiek sašķelts laukakmens. Pēc tam dibenu attīra ar smelšanas spaini. To pašu izmanto, ja nepieciešams pacelt virspusē ar ūdeni piesātinātas smiltis, kuras serdes caurulē vienkārši neturas.

Prakse rāda, ka ar rotācijas metodi urbtām akām ir ilgāks ekspluatācijas periods. Tehnoloģiski to izskaidro ar to, ka pēc apvalka kolonnas uzstādīšanas, kas veido akas sienas, caurules ārējā telpa tiek papildus nostiprināta.

Aprīkojums urbuma ierīkošanai

Sākumā uz virsmas virs akas tiek uzstādīts vertikāls konsols turpmākai vertikālo darba kolonnas posmu nostiprināšanai. Šīs urbšanas vārpstas pirmais posms ir aprīkots ar darba elementu – uzgali, kuram var būt dažāds formāts atkarībā no iežu kategorijas pēc urbjamības.

Protams, ūdens nesēju aku urbšanai tiek izmantots kompaktāks aprīkojums, un norādītā torņa izveidošana parasti nav nepieciešama.

Urbšanas instrumentu komplekts

Padziļinot pirmo posmu, sveci, uz tā tiek uzmontēts nākamais, ko sauc par stieni, un tā tālāk. Katra šāda cauruļu bloka garums var svārstīties no 20 līdz 50 m. Lai vienkāršotu darba kolonnas veidošanu, katrs stienis ir aprīkots ar konisku vītni ar slēdzeni.

Rezultātā tiek veidots urbšanas aparāts, kas sastāv no:

• darba urbja;
• vadošā stieņa;
• parasto stieņu kolonnas, kas savstarpēji savienotas ar savienotājiem.

Darba kolonnas noturēšana tiek veikta ar virpuļa palīdzību, kura rotāciju nodrošina rotors. Atkarībā no tā, cik dziļi paredzēts urbt, kā arī no augsnes fizikāli mehāniskajām īpašībām, vadošā posma veidošanai tiek izmantoti standarta vai pastiprinātie stieņi.

Vadošais stienis parasti ir pastiprināta caurule, jo tam tiek uzticēta svarīga tehnoloģiska misija. Caur to uz urbuma galu nonāk skalošanas šķīdums, kura uzdevums ir izskalot sasmalcināto iezi. Tas savukārt izvirza prasības savienotājmezgliem, kuru uzdevums ir noblīvēt savienojumus starp posmiem.

Nedrīkst aizmirst, ka šķidruma spiediens ir tieši atkarīgs no veidojamā staba augstuma (un nav atkarīgs no caurules šķērsgriezuma). Turklāt, pat ja skalošanas šķīdumam izmanto ūdeni, tad ik pēc 10 metriem spiediens pieaugs par 1 atmosfēru.

Salīdzinājumam vērts minēt piemēru. Darba spiediens mājsaimniecības cauruļvadu tīklā mājā ir 10 atmosfēras, un visizturīgākās caurules ir paredzētas spiedienam līdz 20 atmosfērām.

Tikai, ja mājsaimniecības sistēmas ir stacionāras un nekustas, tad uz vadošo stieni tiek iedarbināts spiediens, kas vienāds ar urbšanas kolonnas svaru. Tai vēl jāpārnes rotācijas impulss un spēks uz urbi.

Savienotāji ir visatbildīgākie stieņa elementi, jo tieši uz tiem gulstas visa blakus esošā stieņa apakšējās daļas svars, kā arī slodze no dinamiskajām svārstībām un rotācijas kustības, ko nodrošina dzinējs.

Savienotājiem kā urbšanas kolonnas konstrukcijas elementiem tiek izvirzītas šādas prasības, tiem:

• jānodrošina stieņu savienojuma blīvums un jāiztur šķidruma spiediens līdz 100 atmosfērām (urbuma gala tīrīšanai ar spiediena strūklu);
• jābūt nodilumizturīgiem, lai nebojātos berzes dēļ pret urbuma sienām;
• jāspēj pārnes rotācijas momentu no darba kolonnas augšējās daļas uz apakšējo un, visbeidzot, uz urbi.

Ir ārkārtīgi svarīgi, lai savienotāji būtu atbilstošas izpildes kvalitātes. Ja kaut viens no tiem neiztur slodzi un darba kolonna tiks pārrauta, tad tās apakšējo daļu kopā ar urbi būs ārkārtīgi grūti izcelt. Kapitālajos izdevumos dažkārt ir lētāk izurbt jaunu urbumu blakus, nekā izvilkt atdalījušos vadošo stieni.

Ūdens izmantošana urbšanas laikā

Šķidrums, kas tiek padots līdz urbuma dibenam, visbiežāk ir parasts ūdens. Dažkārt, lai stabilizētu stobru, kas iet cauri irdeniem nesaistītiem iežiem (smiltīm, šķembām, grants un oļu nogulumiem), urbumā tiek padots šķīdums ar urbšanas piedevām. Tas ir nepieciešams, jo pirmajos urbšanas posmos apvalkcaurules netiek uzstādītas.

Ūdens ieplūst urbumā vai nu zem spiediena vadošā stieņa iekšpusē (un tad atsūknēšana notiek caur gredzenveida telpu), vai arī gravitācijas ietekmē lejup caur gredzenveida telpu, bet izvadīšana notiek caur darba kolonnu ar atsūknēšanas sūkni.

Tās ir 2 dažādas rotācijas urbšanas tehnoloģijas, kuru īpatnības tiks apskatītas tālāk.

Rotācijas urbšana nodrošina visaugstāko ūdens ņemšanas urbuma izbūves ātrumu. Vienlaikus ar urbšanu tiek veikta stobra skalošana un urbuma sagatavošana turpmākai ekspluatācijai.

Tomēr neatkarīgi no tā, kāda metode tiktu izmantota, urbšanā izmantotais šķidrums jebkurā gadījumā ir jāattīra (turpmākai lietošanai).

Šim nolūkam tiek izmantots šāds iekārtu komplekss:

• Baseins urbšanas šķīduma uzglabāšanai. (Ja plānots urbt seklu urbumu – dažu desmitu metru robežās, to var ierīkot tieši zemē, un par skalošanas šķidrumu tiek izmantots parasts ūdens.) Baseins kalpo kā skalošanas šķidruma uzkrājējs.
• Vibrācijas siets. No urbuma paceltais skalošanas šķīdums satur sasmalcinātā ieža daļiņas, kuras ir jānoņem. Visefektīvākais veids ir mehāniskais, izmantojot vibrācijas sietu.
• Nostādināšanas baseins. Pēc lielo ieža daļiņu noņemšanas šķidrums nonāk nostādināšanas baseinā, lai atbrīvotos no suspendētām daļiņām, kas izgulsnējas. Ja par skalošanas šķidrumu tiek izmantots ūdens, nostādināšanas baseinu dažkārt ierīko tieši zemē. Turklāt šķidro vielu atdalīšanai un nogulšņu atdalīšanai tiek izmantots hidrociklons.
• Urbšanas sūknis. Tieši tas nodrošina skalošanas šķīduma cirkulāciju.
• Tekņu sistēma. Tās ir nepieciešamas ūdens plūsmai no urbuma veidošanas vietas līdz tā attīrīšanas vietai.

Kopumā urbuma izbūvei ar rotācijas tehnoloģiju ir nepieciešami šādi mehānismi un iekārtas:

1. Urbšanas tornis vai konsols urbšanas kolonnas montāžai no stieņiem un tās demontāžai pēc urbšanas pabeigšanas, kā arī skriemeļu sistēma.
2. Dzinējs, kas nodrošina rotora griešanos.
3. Šķidruma iekārtas. Mehānismi un ierīces, lai nodrošinātu skalošanas šķidruma cirkulāciju un tā attīrīšanu (sūknis; vibrācijas siets; nostādināšanas baseini un/vai hidrociklons; baseins skalošanas šķidruma uzglabāšanai; cauruļu un tekņu sistēma).

Rotācijas urbšanai seklos urbumos viss uzskaitītais iekārtu komplekts ir ļoti kompakts (piemēram, konsoles strēle ir salokāma). Tas nodrošina urbšanas iekārtu izvietošanas vienkāršību jebkurā vietā, kas ir ērta urbšanas darbu veikšanai un turpmākai ekspluatācijai.

Divas rotācijas urbšanas iespējas

Atkarībā no skalošanas šķidruma padeves veida urbuma dibenā izšķir 2 rotācijas urbšanas tehnoloģijas veidus:

1. ar tiešu padevi;
2. ar apgrieztu padevi.

Jāatzīmē, ka šķidrums, kas tiek padots urbuma dibenā, ir paredzēts ne tikai skalošanai un sasmalcinātās iežu iznesšanai. Tas arī atdzesē urbi, kas ļoti uzkarst no berzes. Tiešās padeves gadījumā sūknis rada šķidruma pārspiedienu.

Ūdens nonāk urbuma dibenā caur urbī esošajiem tehnoloģiskajiem caurumiem, «uzņem» sasmalcināto iežu un pēc tam gravitācijas spēka ietekmē pa urbumu (tas ir, caur caurules telpu attiecībā pret vadošo stieni) nonāk virspusē, kur tiek novadīts tīrīšanas kompleksā (vibrācijas siets, hidrociklons).

Skalošana var būt tieša vai apgriezta, no kā būs atkarīgi izmantotā aprīkojuma kvalitatīvie raksturlielumi, bet principiālā shēma ir derīga abiem tehnoloģiju veidiem.

Apgrieztās padeves tehnoloģija nozīmē, ka skalošanas šķidrums nonāk pie urbuma dibena gravitācijas spēka ietekmē, nolaižoties pa urbumu, bet atpakaļ uz virsmu šķīdums ar sasmalcināto materiālu nonāk pa vadošā stieņa cauruli. Urbšanas sūknis šajā gadījumā rada negatīvu spiedienu tieši tajā.

Neskatoties uz šķietamo abu tehnoloģiju vienkāršību, nianšu šeit ir daudz vairāk, nekā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena. Tāpēc šķiet lietderīgi sīkāk apskatīt katru no minētajām urbšanas tehnoloģijām.

Urbšana ar tiešo skalošanas šķidruma padevi

Šo tehnoloģiju dažkārt sauc arī par «tiešo ūdens plūsmu». To ir lietderīgi izmantot smilšainās, grants, šķembu augsnēs. To izmanto arī tad, ja ūdens horizonta dziļums nepārsniedz 30 m. Tieši šeit šķidrumam tiek pievienotas piedevas, kas palielina tā blīvumu un stobra stabilitāti.

Rotācijas urbšanu raksturo pakāpeniska urbuma diametra samazināšana. Citiem vārdiem sakot, vispirms tiek urbts lielākā diametra urbums, pēc tam tas tiek apvalkots ar cauruli, un gredzenveida telpa starp caurules ārējo virsmu un urbuma sienu caur tehnoloģiskajiem atverēm tiek aizpildīta ar cementa javu.

Tālāk urbšana turpinās ar mazāka izmēra urbi. Pēc tam atkal ietvara nostiprināšana, un jaunajam posmam ir vēl mazāks diametrs utt. Jo retāk nepieciešams "novērsties" uz akas cementēšanu, jo lielāka ir urbšanas produktivitāte, kas galu galā izpaužas kopējās procesa un akas izmaksās.

Turklāt pārāk bieža ietvara nostiprināšana galu galā noved pie tā, ka akas efektīvais diametrs (tas diametrs, kas atver ūdens nesējslāni) ievērojami samazinās. Tātad "tiešā ūdens plūsma" raksturojas ar to, ka aku šādā veidošanas veidā var nenostiprināt līdz pat 100 metriem.

Galveno mazgāšanas šķidruma spiedienu rada sūknis vadošās stieņa iekšpusē, un starptelpu šķidrums ar sasmalcinātā ieža elementiem piepilda pašteces ceļā, neiznīcinot ar pārmērīgu spiedienu akas sienas.

Urbšanas shēma ar tiešu mazgāšanas šķidruma padevi. Tās padevi uz sejas veic pa vadošās stieņa cauruli, bet virspusē tā paceļas pašteces ceļā.

Tomēr šai urbšanas metodei ir arī trūkumi. Jo īpaši pārāk garš nenostiprināts posms noved pie tā, ka ūdens nesējslāņos nokļūst smalkas māla daļiņas, kas var ievērojami samazināt un palēnināt ūdens pieplūdi izstrādājumā no ūdens nesējslāņa.

Šīs daļiņas šeit spēlē sava veida poru un mikrokanālu aizbāžņu lomu iežos, caur kuriem sūcas ūdens. Tāpēc urbšanas procesā veiktā ietvara nostiprināšanas procedūra ir nepieciešama, lai saglabātu turpmāko akas produktivitāti kopumā.

Urbšana ar reverso skalošanas šķidruma padevi

Izmantojot šādu šķidruma padeves vadības metodi, stumbrs un seja tiek vislabāk iztīrīti. Sūknis šeit neiespiež šķidrumu sejā, bet gluži pretēji – iesūc to atpakaļ, un tas noved pie tā, ka akas veidošanās ātrums ar urbi palielinās par vienu kārtu un vēl vairākas reizes salīdzinājumā ar tiešo mazgāšanu.

Pati aka netiek pakļauta piesārņojumam ar māla ieslēgumiem no plūstošā mazgāšanas šķidruma. Galu galā sūknis iesūc augšā visu, kas tajā var būt. Starp citu, šeit vairs nav nekādas praktiskas jēgas no papildu piedevām, tāpēc par šo mazgāšanas šķidrumu tiek izmantots tīrs ūdens.

Apgrieztās mazgāšanas shēma rotora urbšanā. Padeve notiek pašteces ceļā caur starptelpu, bet atpakaļ šlams tiek izvilkts ar sūkni pa vadošās stieņa cauruli.

Tātad, apkoposim urbšanas ar apgrieztu ūdens plūsmu priekšrocības:

• urbšanas ātrums palielinās (salīdzinājumā ar tiešo ūdens plūsmu) līdz 15 reizēm;
• Ūdensnesošais horizonts neaizsērējas ar māla daļiņām un putekļainām smilšu graudiņām no zemākajiem, vēl neapvalkotajiem akas līmeņiem;
• Pateicoties kvalitatīvai ūdensnesošā horizonta atvēršanai, aku nav nepieciešams papildus sagatavot ekspluatācijai, var uzreiz uzstādīt iekšējo apvalkcauruli ar filtru un sākt sūknēt ar sūkni;
• Kā darba šķidrums tiek izmantots vienkāršs (tātad arī lēts) ūdens.

Tomēr šai metodei ir arī būtisks trūkums. Tai nepieciešams dārgs aprīkojums, kas galu galā ievērojami sadārdzina visu urbšanas procesu.

Tāpēc urbšana ar apgriezto ūdensplūsmu tiek veikta tikai tad, ja aka ir paredzēta vairāku mājsaimniecību ekspluatācijai. Bet, ja aka ir paredzēta individuālai lietošanai, tad daudz saprātīgāk ir izmantot rotācijas urbšanas tehnoloģiju ar tiešo ūdensplūsmu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Video #1. Rotācijas urbšanas procesa soli pa solim demonstrācija:

Video #2. Rotācijas tehnoloģijas un akas iekārtošanas principu apskats:

Video #3. Ūdens cirkulācija rotācijas urbšanas laikā:

Situācija ar ūdensnesošo horizontu esamību un dziļumu var ievērojami atšķirties no vietas uz vietu (un dažviet to vispār nav, kā Madeiras salā).

Projektējot aku un izvēloties optimālo rotācijas urbšanas metodi, ir jāizmanto pieejamās izpētīto ūdensnesošo horizontu kartes. Tas palīdzēs jums ietaupīt ievērojamus līdzekļus un laiku.

Pastāstiet par savu pieredzi akas izstrādē, izmantojot rotācijas tehnoloģiju. Dalieties ar tehnoloģiskām niansēm, kas noderēs vietnes apmeklētājiem. Lūdzu, atstājiet komentārus zemāk esošajā bloka formā, ievietojiet fotoattēlus un uzdodiet jautājumus par raksta tēmu.