Kaevude pöördpuurimine: puurimistehnoloogia ja vajalike seadmete ülevaade

Kui maamaja ei ole võimalik ühendada tsentraalse veevarustusega, tuleb korraldada autonoomne süsteem. Enamik omanikke eelistab seda rajada puurkaevu baasil, mille väljatöötamisel kasutatakse erinevaid meetodeid. Käsitleme rotoorpuurimist – väga paljulubavat, kuid seni vähetuntud varianti.

Meie pakutud artiklis on üksikasjalikult kirjeldatud rotoortehnoloogia nüansse ja kasutatavaid tööriistu. On analüüsitud selle meetodi eeliseid ja puudusi ning esitatud viise selle praktiliseks rakendamiseks. Meie nõuanded tulevad kasuks säästlikele eramajade omanikele, kes soovivad puurimistöid kontrollida.

Rotoorpuurimise määratlus

Alustuseks vaatleme, mida rotoorpuurimine üldse endast kujutab ja millised on selle alternatiivid? Üheks tavapärasemaks viisiks veehaarde kaevu rajamisel peetakse siiani kruvipuurimist.

Siiski ei võimalda kruvitehnoloogia läbida kivimite aluspõhja. Kruvipuurimisel kasutatav spiraalpuur ei suuda lubjakivi purustada. Tihti aga on vaja puurida just lubjakivisse, sest pealispinnasekihid ei ole stabiilse ja piisava veetoodanguga.

Südamik- ja kruvipuurimistehnoloogia ei võimalda läbida kivimeid. Kui rajatakse lubjakivipuurkaevu, on tõhusam ja säästlikum kasutada rotoormeetodit.

Seetõttu hakkas rotoortehnoloogiat, mida varem kasutati ainult mäetööstuses, rakendama ka eraveehaarerajatiste ehituses. Selle tööelemendiks on puuraugu põhjas asuv puuritera. Puuriteraga purustatakse seotud ja lahtised pinnased, murendatakse kivimite aluspõhja.

Purustatud kivimi eemaldamine toimub vedeliku abil, mis suunatakse puuraugu põhja läbi töökolonni või toruvälise ruumi. Need on kaks erinevat puurimismeetodit, mida käsitletakse üksikasjalikult edaspidi.

Puuritera läbimõõt ületab töökolonni läbimõõdu, mis võimaldab:

• vähendada energiakulusid kogu puurimisprotsessi ulatuses (võimsus kulub siin otseselt ainult puuri pööramiseks tõukejõuga puurimispõhjas, ning töökolonni hõõrdumisekaod puurkaevu seinte vastu on viidud miinimumini);
• kaitsta suuremat osa töökolonni elemente kahjustuste eest, samuti puuritud kaevu seinu purunemise eest;
• luua muljetavaldava läbimõõduga kaeve (näiteks kuni 70 cm) äärmiselt muljetavaldavatel sügavustel.

Sel viisil saab moodustada veekandvaid kaeve, sügavusega 300 ja enam meetrit, s.t. puurida veevõtukäike suvilapiirkondade ja alevike veega varustamiseks.

Niisiis, määratlus: puurimine rootoripõhimõttel on selline kaevu arendamise viis, mille puhul jõud puurile puurimispõhjas edastatakse rootor-pöörajalt läbi töökolonni. Seda monteeritakse lattidest – kitsastest terastorudest, mis ühendatakse järjestikku üksteise külge vastavalt süvenemisele maapinda.

Kuid kaevuõõne ja puurimispõhja puhastamisel purustatud kivimist kasutatakse surve all antud vett. Tänu sellisele lahendusele pole vaja pidevalt puurkolonni lahti võtta ja kokku panna, et kivisüdamikku eemaldada, nagu kärnpuurimisel.

Kaevu surutav vedelik lahendab kohe kaks olulist ülesannet: vabastab tee puurimistööriistale edasiste tööde tegemiseks ja teostab kaevu pesemist, mis on vajalik veevõtu ettevalmistamiseks käitamiseks.

Rotoorpuurimise eelised

Millised on aga rootorpuurimise eelised võimalike alternatiivide ees? Neid on mitu.

Esiteks, kasutades rootorpurrit, saab luua suure läbimõõduga kaeve, mis suudavad täies mahus rahuldada mitme majapidamise vajadusi vees.

Pole saladus, et puurimine on kulukas protsess: selleks on vaja spetsiaalset varustust ning protsessi peavad kontrollima ja juhtima kogenud puurijad. Lõppude lõpuks on kaevude puurimisega seotud tegevus litsentseeritav. Sellest ka selle kõrge hind.

Tänu oma kujule ja konstruktsioonile võib rootorpuurimisel puur moodustada kaevu, mille läbimõõt on palju suurem kui teopuuridel ja kärntorul.

Mitme majapidamise koondumine ühe ühise kaevu rahastamiseks naaberkruntidel – on majanduslikult kasulik ettevõtmine. Kuid selleks on vaja märkimisväärset veehulka. Enamikul juhtudel ei suuda kvaternaarsete setete (liivade) veekandvad kihid seda tagada.

Loomulikult on kollektiivseks käitamiseks parem rajada veevõtukäik lubjakivile. Sellest ammutatavad põhjaveed on suurema veeandvuse ja puhtusega. Lubjakivikaevude veehulgale ei avalda vähimatki mõju langenud sademete hulk. Mida ei saa öelda liivakaevude kohta.

Teiseks veenavad suhteliselt väikesed energiakulud. Pöördpuurimise tööelement on puuritera. Kuid erinevalt kruvi- ja südamikpuurimisest ei puutu puurimistööriist kokku puuritud kaevu seintega.

See tähendab, et pinnasega puutub otse kokku ainult puuritera, mille kõrgus on kogu puurimiskolonni kõrgusega võrreldes tühiselt väike. Selle tulemusena on see kaevu rajamise meetod kõige kiirem – kuni 1000 joonmeetrit kuus!

Kolmandaks meelitab kollektiivseid tellijaid puurimissügavus. Ainult pöördmeetodil saab puurida kaevu, mis on süvistatud aluspõhja metamorfsesse ja tardkivimisse, mille pragudest saab pumbata vett, mille koostis sobib kõige paremini joogivee otstarbeks.

Kõige sagedamini ammutatakse alla 30 m sügavustest veehaardetöönditest ainult tehnilist vett. Selle koostist mõjutavad läheduses asuvad veekogud, prügiga risustatud jõed, atmosfäärisademed ja lihtsalt maapinnale valatud tehnilised vedelikud. Kruvi ja südamiktoru abil saab ainult sellist veehaaret.

Kogu puurimisseadmete komplekt monteeritakse kergesti ühele keskmise kandevõimega autoplatvormile. See muudab pöördpuurimise protsessi palju tehnoloogilisemaks ja seega ka odavamaks.

Lisaks võimaldab pöördpuurimine läbida tööndi kogu sügavuseni ilma üleminekuta teisele puurimismeetodile. Kaevu arendamisel kruviga, näiteks juhul kui on vaja puurida läbi rahn, minnakse üle lööktrossmeetodile.

Selleks tõstetakse tüvest välja kruvisüdamik ja visatakse puuritera põhja, kuni rahn purustatakse. Seejärel puhastatakse põhi tsükloniga. Sama kasutatakse, kui on vaja pinnale tõsta veeküllastunud liiva, mis südamikutorus lihtsalt ei püsi.

Praktika näitab, et pöördmeetodil puuritud kaevudel on pikem kasutusiga. Tehnoloogiliselt seletatakse seda sellega, et pärast kaevu seinu moodustava mantelkolonni paigaldamist tugevdatakse täiendavalt torustikuvälist ruumi.

Seadmed puurkaevu rajamiseks

Alguses paigaldatakse pinnasele kaevu kohale vertikaalne konsool töökolonni vertikaalsete lülide edaspidiseks kinnitamiseks. Selle puurimisvõlli esimene lüli on varustatud tööelemendiga – puuriteraga, millel võib olla erinev kuju, sõltuvalt kivimi puuritavuse kategooriast.

Loomulikult kasutatakse vettandvate kaevude puurimiseks kompaktsemat seadet ning nimetatud torni püstitamine reeglina ei ole vajalik.

Puurimistööriistade komplekt

Esimese lüli (süüvitusküünla) süvendamisel pannakse selle otsa järgmine, mida nimetatakse vardaks, ja nii edasi. Iga sellise toruploki pikkus võib varieeruda 20–50 m. Töökolonni moodustamise lihtsustamiseks on iga varras varustatud koonilise keermega, millel on lukk.

Selle tulemusel moodustub puurimisseade, mis koosneb:

• töömeislist;
• juhtvardast;
• tavavarraste kolonnist, mis on omavahel muhvidega ühendatud.

Töökolonni hoidmine toimub pöördepesa abil, mida pööratakse rootoriga. Sõltuvalt sellest, kui sügavale kavatsetakse puurida, ning pinnase füüsikalis-mehaanilistest omadustest, kasutatakse juhtlüli moodustamiseks standardseid või raskendatud vardaid.

Juhtvarras on reeglina raskendatud toru, sest sellele on pandud oluline tehnoloogiline missioon. Selle kaudu suundub puuraugu põhja, meisli juurde pesulahus, mille ülesanne on purustatud kivimi väljapesemine. See omakorda seab nõudmisi muhviühendustele, mille ülesandeks on tihendada ühendusi lülide vahel.

Ei tasu unustada, et vedeliku rõhk sõltub otseselt moodustatava samba kõrgusest (ega sõltu toru ristlõikest). Seejuures, isegi kui pesulahusena kasutatakse vett, suureneb rõhk iga 10 meetri järel 1 atmosfääri võrra.

Võrdluseks tasub tuua näide. Töörõhk majapidamise torustikuvõrgus on 10 atmosfääri, ja kõige tugevamad torud on ette nähtud rõhule 20 atmosfääri.

Kuid kui majapidamissüsteemid on statsionaarsed ega liigu, siis juhtvardale avaldatakse rõhku, mis on võrdne puurkolonni kaaluga. Ja see peab ju veel edastama pöörlemisimpulsi ja jõu meislile.

Muhvid on varda kõige vastutusrikkamad elemendid, sest just nendele langeb kogu külgneva varda alumise osa kaal, samuti dünaamilistest võnkumistest ja mootori poolt põhjustatud pöörlemisliikumisest tulenev koormus.

Muhvidele kui puurkolonni konstruktsioonielementidele esitatakse järgmised nõuded, need:

• peavad tagama varraste ühenduse tiheduse ja taluma vedeliku rõhku kuni 100 atmosfääri (puuraugu põhja puhastamiseks survejoaga);
• peavad olema kulumiskindlad, et mitte muutuda kasutuskõlbmatuks hõõrdumisel puuraugu seintega;
• peavad olema võimelised edastama pöördemomenti töökolonni ülemisest osast alumisele ja lõpuks meislile.

Äärmiselt oluline on, et muhvid oleksid nõuetekohase teostuskvaliteediga. Kui isegi üks neist koormust ei talu ja töökolonn katkeb, on selle alumise osa koos meislise väljatoomine äärmiselt keeruline. Kapitalikulude poolest on mõnikord lihtsam puurida uus puurauk kõrvale, kui välja tuua lahtitulevat juhtvarda.

Vee kasutamine puurimise käigus

Vedelik, mida suunatakse puuraugu põhja, on enamasti tavaline vesi. Mõnikord, et stabiliseerida läbi lahtiste ja sidumata kivimite (liivad, kruusad, veerised) kulgevat puurauku, suunatakse sinna puurimislisandeid sisaldav lahus. See on vajalik, kuna esimestel läbimise etappidel ei paigaldata ümbriseid.

Vesi siseneb puurauku kas rõhu all juhtvarda sees (ja siis toimub väljapumpamine läbi toruvahelise ruumi) või raskusjõu toimel alla läbi toruvahelise ruumi, eemaldamine aga toimub läbi töötava kolonni pumba abil.

Need on 2 erinevat rootorpuurimise tehnoloogiat, mille eripärasid käsitletakse allpool.

Rootorpuurimine erineb kõige kiirema veekaevu arenduskiirusega. Samaaegselt puurimisega teostatakse puuraugu pesemine ja ettevalmistamine eelseisvaks kasutuseks.

Kuid olenemata kasutatavast meetodist, vajab kõikjal puurimisel kasutatav vedelik puhastamist (edasiseks kasutamiseks).

Selleks kasutatakse järgmist seadmete komplekti:

• Puurimislahuse hoidla. (Kui plaanitakse puurida madalat puurauku – mõnekümne meetri piires saab selle korraldada otse maapinnas, ja pesuvedelikuna kasutatakse tavalist vett.) Hoidla toimib pesuvedeliku akumulaatorina.
• Vibrosõel. Pesulahus, mis tõstetakse puuraugust üles, kannab endas purustatud kivimi osakesi, mis tuleb eemaldada. Kõige tõhusam meetod on mehaaniline, kasutades vibrosõela.
• Setitik. Pärast suurte kivimiosakeste eemaldamist satub vedelik setitikku, et vabaneda suspendeeritud osakestest, mis settivad põhja. Vee kasutamisel pesuvedelikuna ehitatakse setitik mõnikord samuti otse maapinda. Lisaks kasutatakse vedelate ainete eraldamiseks ja sette eemaldamiseks hüdrotsüklonit.
• Puurimispump. Just see tagab pesulahuse tsirkulatsiooni.
• Rennde süsteem. Neid on vaja vee liikumiseks puuraugu moodustumise kohast selle puhastamise kohta.

Kokku on puuraugu arendamiseks rootortehnoloogia abil vaja järgmisi mehhanisme ja seadmeid:

1. Puurtorn või konsool puurkolonni kokkupanemiseks vardadest ja selle lahtivõtmiseks pärast puurimist, samuti trossisüsteem.
2. Mootor, mis tagab rootori pöörlemise.
3. Vedeliku seadmed. Mehhanismid ja seadmed pesuvedeliku tsirkulatsiooni tagamiseks ja selle puhastamiseks (pump; vibrosõel; setitikud ja/või hüdrotsüklon; pesuvedeliku mahuti; torude ja rennide süsteem).

Madalate puuraukude pöördpuurimiseks on kogu loetletud seadmestik väga kompaktne (näiteks konsooli nool on kokkupandav). See tagab puurimisseadmete paigutamise lihtsuse igas puurimistöödeks ja hilisemaks kasutamiseks sobivas kohas.

Kaks rotoorpuurimise varianti

Sõltuvalt pesuvedeliku etteandmise viisist põhja eristatakse kahte tüüpi pöördpuurimise tehnoloogiat:

1. otsese etteandega;
2. vastupidise etteandega.

Tuleb märkida, et põhja suunatav vedelik on ette nähtud mitte ainult purustatava kivimi pesemiseks ja väljakandmiseks. See jahutab ka puuritera, mis hõõrdumisest tugevalt kuumeneb. Otsese vedeliku etteande puhul tekitab pump selle ülerõhu.

Vesi siseneb põhja läbi puuriteras olevate tehnoloogiliste avade, „haarab kaasa“ purustatud kivimi ja seejärel voolab isevooluliselt mööda puurauku (st läbi torutaguse ruumi juhtvarda suhtes) pinnale, kus see jõuab puhastuskompleksi (vibrosõel, hüdrotsüklon).

Pesu võib olla otsene või pöörd-, millest sõltuvad kasutatava seadme kvaliteediomadused, kuid põhimõtteline skeem kehtib mõlema tehnoloogia variandi puhul.

Pöördetteande tehnoloogia tähendab, et pesuvedelik jõuab põhja isevooluliselt, laskudes läbi puuraugu, samal ajal kui tagasi pinnale jõuab lahus purustatud materjaliga läbi juhtvarda toru. Puurpump tekitab sel juhul negatiivse rõhu just selles torus.

Vaatamata mõlema tehnoloogia näilisele lihtsusele on siin palju rohkem nüansse, kui esmapilgul paistab. Seetõttu on otstarbekas peatuda igal nimetatud puurimistehnoloogial põhjalikumalt.

Puurimine otsevoolu pesuvedelikuga

Sellist tehnoloogiat nimetatakse mõnikord ka „otseseks veevooluks“. Seda on otstarbekas kasutada liivastes, kruusastes ja killustikes pinnastes. Seda kasutatakse ka siis, kui veekihi sügavus ei ületa 30 m. Just siin lisatakse vedelikule lisandeid, mis suurendavad selle tihedust ja puuraugu stabiilsust.

Pöördpuurimist iseloomustab puurava läbimõõdu etapiviisiline vähenemine. Teisisõnu puuritakse kõigepealt kõige suurema läbimõõduga puurauk, seejärel see torustatakse toruga, ja rõngasruum toru välispinna ja puuraugu seina vahel täidetakse läbi tehnoloogiliste avade tsementmördiga.

Edasi jätkatakse puurimist juba väiksema läbimõõduga puurteraga. Seejärel toimub uuesti mantelkimine ja uus lõik on veel väiksema läbimõõduga jne. Mida harvemini on vaja puuraugu tsementeerimisele «tähelepanu pöörata», seda suurem on puurimise tootlikkus, mis lõppkokkuvõttes väljendub protsessi ja kaevu üldises maksumuses.

Lisaks sellele viib liiga sage mantelkimine lõpuks selleni, et kaevu efektiivne läbimõõt (see läbimõõt, mis avab põhjaveekihi) väheneb oluliselt. Niisiis iseloomustab «otsest veevoolu» see, et sellisel kaevu moodustamise viisil ei pea seda mantelkimima kuni 100 meetrini.

Loputusvedeliku põhirõhu tekitab pump juhtvarda sees, ning toruväline ruum täitub vedelikuga, mis sisaldab purustatud kivimi osi, isevoolu teel, ilma et see kahjustaks kaevu seinu liigse rõhuga.

Puurimisskeem otsese loputusvedeliku etteandega. Selle etteandmine puurimissügavusse toimub juhtvarda toru kaudu, ning pinnale tõuseb see isevoolu teel.

Sellel puurimismeetodil on siiski ka puudusi. Eelkõige viib liiga pikk mantelkimata lõik selleni, et põhjaveekihtidesse satuvad peened saviosakesed, mis võib oluliselt vähendada ja aeglustada vee sissevoolu kaevu põhjaveekihist.

Need osakesed mängivad siin rolli omamoodi pooride ja mikrokanalite ummistajatena kivimis, mille kaudu vesi nõrgub. Seetõttu on puurimisprotsessi käigus tehtav mantelkimise protseduur vajalik kaevu edasise tootlikkuse säilitamiseks tervikuna.

Puurimine tagasivoolu pesuvedelikuga

Sellise vedeliku etteande juhtimise meetodi korral puhastatakse kaevu tüvi ja puurimissügavus kõige paremini. Pump ei suru siin vedelikku puurimissügavusse, vaid vastupidi – imeb selle tagasi, ning see toob kaasa selle, et kaevu puurteraga moodustamise kiirus suureneb suurusjärgu võrra ja veel kordades võrreldes otsese loputusega.

Kaev ise ei saa saastuda saviosakestega, mis tulevad etteantava loputusvedeliku vooluga. Sest pump imeb üles kõik, mida selles võib sisalduda. Muide, siin pole enam mingit praktilist mõtet täiendavatest lisanditest, seetõttu kasutatakse selle loputusvedelikuna puhast vett.

Vastupidise loputuse skeem rootorpuurimisel. Etteanne toimub isevoolu teel läbi toruvälise ruumi, ning tagasi tõmmatakse puru pumba abil juhtvarda toru kaudu.

Niisiis, võtame kokku vastupidise veevooluga puurimise plussid:

• puurimiskiirus suureneb (võrreldes otsese veevooluga) kuni 15 korda;
• Põhjaveekiht ei ummistu saviosakeste ja tolmustest liivateradest alumistest, veel vooderdamata kaevu tasanditest;
• Tänu põhjaveekihi kvaliteetsele avamisele ei ole vaja kaevu täiendavalt kasutuseks ette valmistada, saab kohe paigaldada sisemise vooderduskolonni filtriga ja käivitada pumba väljapumpamise;
• Töövedelikuna kasutatakse tavalist (ja seega ka odavat) vett.

Sellegipoolest on sellel meetodil ka oluline puudus. See nõuab kallite seadmete kaasamist, mis lõppkokkuvõttes toob kaasa kogu puurimisprotsessi märkimisväärse kallinemise.

Seetõttu teostatakse "tagurpidi veevooluga" puurimist ainult juhtudel, kui kaev on mõeldud kasutamiseks mitme leibkonna poolt. Kui aga kaev on mõeldud individuaalseks kasutuseks, on palju mõistlikum kasutada otsevooluga rootorpuurimise tehnoloogiat.

Järeldused ja kasulik video teemal

Video #1. Rootorpuurimise protsessi selge samm-sammult demonstreerimine:

Video #2. Rootortehnoloogia ja kaevu rajamise põhimõtete analüüs:

Video #3. Vee tsirkulatsioon rootorpuurimise ajal:

Põhjaveekihtide olemasolu ja sügavuse olukord võib kohast suuresti erineda (ja mõnel pool pole neid üldse, nagu Madeira saarel).

Kaevu projekteerimisel ja optimaalse rootorpuurimisviisi valimisel tuleks kasutada olemasolevaid uuritud põhjaveekihtide kaarte. See aitab Teil säästa märkimisväärseid vahendeid ja aega.

Rääkige oma kogemusest rootortehnoloogiaga kaevu rajamisel. Jagage tehnoloogilisi nüansse, mis on saidi külastajatele kasulikud. Palun jätke kommentaarid allpool asuvasse plokivormi, postitage fotosid ja esitage küsimusi artikli teemal.