Kaevude puurimise meetodid: põhimeetodite tehnoloogilised põhimõtted ja eripärad

Veevõtukaevu rajamisel kasutatakse erinevaid puurimismeetodeid. Kobedaid ja veega küllastunud pinnaseid eemaldatakse tõstekopaga. Savi- ja kivimite läbimiseks kasutatakse pöörleva ja vibratsioonipõhimõttel põhinevaid kaevude puurimismeetodeid.

Töös kasutatakse mehhanisme, mis võimaldavad arendada erinevat tüüpi pinnaseid erinevatel sügavustel. Räägime, kuidas valida optimaalne puurimistehnoloogia, mis võimaldab kiiresti ja veatult läbida puurauk veevõtuseadme rajamiseks.

Pakutud teabe visuaalseks esitamiseks on teksti täiendatud kasulike skeemide, fotokogude ja videotega.

Puurimismeetodite liigid

Varem teostati isiklikuks kasutamiseks mõeldud veekaevude puurimist peamiselt käsitsi meetodil. See oli töömahukas ja pikk protsess, mistõttu ei saanud iga krundi või suvila omanik uhkustada oma veeallika olemasoluga.

Järk-järgult tõrjus mehhaniseeritud puurimine käsitsi meetodid välja tänu protsessi olulisele lihtsustamisele ja kiirendamisele.

Tänapäeval puuritakse peaaegu kõik veekaevud mehhaniseeritud viisil, mis põhineb pinnase purustamisel ja selle pinnale toomisel kahel viisil: kuivmeetodil, kus väljapuuritud pinnas eemaldatakse kaevust mehhanismide abil, ja hüdraulilisel meetodil, kus see uhutakse välja surve all või isevoolavalt antava veega.

Eristatakse kolme peamist mehaanilise puurimise meetodit:

• Pöörlev (pinnast arendatakse pöörlemisega).
• Löök (puurimisrakend purustab pinnast löökidega).
• Vibratsioon (pinnast arendatakse kõrgsageduslike võnkumistega).

Pöörlev meetod on kõige tootlikum, ületades efektiivsuselt löökmeetodit 3-5 korda ja vibratsioonimeetodit 5-10 korda. Lisaks on pöörlev meetod kõige odavam ja kättesaadavam, mistõttu kasutatakse seda sageli käsitsi puurimise põhimeetodina.

Mehaanilised pöörlevad puurimismeetodid veekaevude puurimiseks asendasid väheefektiivseid käsitsimeetodeid.

Omakorda jaguneb veekaevude rajamisel laialt kasutatav pöördpuurimismeetod neljaks peamiseks puurimisviisiks:

• südamikpuurimine;
• kruvpuurimine;
• löök-trosspuurimine;
• rootorpuurimine.

Igal pöördpuurimise viisil on oma iseärasused ja seda teostatakse selleks ettenähtud spetsiaalse seadmega. Vaatleme neid puurimisviise üksikasjalikumalt, selgitame välja nende erinevused ja millist meetodit tuleb igal konkreetsel juhul rakendada.

Kolonni puurimise eripära

Südamikpuurimine – mehaaniline pöörlev meetod, mille rakendamisel eraldatakse savine või tihe liivane pinnas silindrilise südamiku kujul. Südamikpuurimise puurimisvahend kujutab endast paksuseinalist metalltoru.

Südamikpuurimisvahendi ülaosas asub seade varraste ühendamiseks, mis on vajalikud puurkolonni pikendamiseks. Allosas – kroon, mille tüüp valitakse sõltuvalt puuritava pinnase kategooriast.

Südamikmeetodil läbistamisel hävitatakse pinnas rõngakujulise krooniga. Südamiku sisemus jääb seejuures hävitamata kujule. Puurimisprotsessi hõlbustamiseks kõvade ja poolkõvade saviliivade, savide, kivimite puhul juhitakse puurauku pesuvedelik.

Südamikpuurimisel pinnast ei hävitata, vaid “puuritakse välja” krooniga ja haaratakse südamikutoruga. Pinnale tõstetakse puuritud kivim südamiku – monoliitse silindrilise kivimisamba kujul.

Puuraugust eemaldatakse šlamm mõnikord pesemisega – suure koguse vee pumpamisega kaevu tüvesse. Kõige sagedamini asendatakse pesemise asemel puhumisega suruõhuga, mille kompressor tarnib toru sisse. See puurimistüüp võimaldab puurida kuni 1000 meetri sügavusega ja 8–20 cm läbimõõduga kaeve.

Mehaaniline koonuspuurimine toimub puurimisseadmetega tüüpi ZIF, UGB, UKB, mis on paigaldatud sõidukitele nagu KAMAZ, KRAZ, metsatraktorid jne. Variandis käsipuurimiseks lühendatakse koonustoru, seda nimetatakse kelluks või topsiks. Viimase, tagurpidi pööratud majapidamisesemega on konstruktsioonilt sarnane koonustoru.

Koonuspuurimismeetodit kasutatakse järgmistel juhtudel:

• maavarade geoloogiline uuring;
• puuraukude uurimine;
• veekihtide puuraukude rajamine igal sügavusel, sealhulgas filtriteta kaevud kivimites.

Erakaevude rajamisel vee jaoks kasutatakse mõnel juhul koonusmeetodit enne teo- või pöördpuurimise alustamist, täites samaaegselt luure- ja ettevalmistavat rolli.

Erakaevude rajamisel kasutatakse koonuspuurimist koos löök-trosspuurimisega. Savikihid läbitakse koonustoruga. Lahtise struktuuriga liivad, kruus ja veeris koos liivatäitega, mis ei püsi koonustorus, eemaldatakse tüvest kühveldamisega.

Tõhususe poolest jääb koonusmeetod veepuuraukude puurimisel mõnevõrra teopuurimisele alla. Teoga puuritakse kiiremini, kuid see ei võimalda tüve täielikult puuritud kivimist vabastada. Neid kasutatakse harva koos. Ja kui juhtub, siis läbitakse teoga esimesed paar meetrit.

Kroonid ei hävita pinnast, vaid lõikavad selle ettevaatlikult ümbermõõdult, moodustades “sambaid” – puursüdamikke, mida uurides saab koostada ala hüdroloogilise läbilõike.

Kasutatavad seadmed ja tööriistad

Koonuspuurimisel kasutatakse järgmisi tööriistu:

• teemant- või muust kõvasulamist (teras, volfram, pobedit) puurkroonid;
• koonustoru;
• toru sette eemaldamiseks;
• vardad, mis on vajalikud puurkolonni pikendamiseks;
• muhvühendused, torudevahelised adapterid, pesutihend.

Puurimisel kivimites kulub puurkroon kiiresti ja see vajab väljavahetamist. Krooni materjal – kallis, taludes tohutuid koormusi, kõige levinumad on teemantpuurimisvariandid.

Kõik puurimisprotsessis kasutatavad tööriistad peavad olema koaksiaalsed, st paiknema täpselt puurimistelje suhtes.

Südamikpuurimise tehnoloogia

Koonuspuurimise peamine omadus – kivimi läbimine, säilitades selle täielikult koonustorus. See tähendab, et puurimisseadmete töötamisel hävitab kroon rõngakujuliselt pinnase, mis süvenemise käigus lükatakse koonustorusse ja püsib seal oma tiheduse tõttu.

Täidetud toru eemaldamisel puuraugust vabastatakse see puursüdamikust koputades haamriga.

Koonuspuurimise samm-sammuline protsess on järgmine:

• puurkroon ühendatakse koonustoruga;
• koonustoru ühendatakse varrastega, mida pikendatakse süvenemise edenedes;
• Ülemine varras kinnitatakse puurimisseadmes;
• Puurimisseade pöörab puurkolonni ja “kruvib” selle järk-järgult pinnasesse;
• Kolonni toru täitub järk-järgult puursüdamikuga – pinnasega, mis on selle õõnsusse kinni kiildunud;
• Pärast 50 – 70 cm läbimist tõstetakse puurkolonn pinnale, vardad ühendatakse üksteise järel lahti, kuni kolonnitoru eemaldatakse;
• Toru vabastatakse puuritud kivimist;
• Tühjendatud kest langetatakse uuesti puurimispõhjale, pikendades puurkolonni varrastega.

Toimingud tehakse kirjeldatud järjekorras, kuni puurauk avab veekandva kihi ja süveneb 50 cm allpool olevasse veekindlasse kivimisse.

Kui ülemise veekandva kihi fikseerimine ei ole läbimise eesmärk, saab ülemisi kihte puurida loputusega. Sel juhul pumpab pump loputuslahuse vooliku kaudu torude sisse. Seejärel kannab lahus väljatöötatud pinnase pinnale.

Kui puuraugu seadmise eesmärk ei ole veekiht liivastes setetes, võib puurimist kivimiteni teha loputusega

Kaalukad eelised ja puudused

Võrreldes löök-tross- ja pöördmeetodil mehaanilise puurimisega, toimub kolonnipuurimine üsna kiiresti, vähendades oluliselt tööde aega. Selle peamine puudus – võimetus tõsta lahtist pinnast ja veega küllastunud kruuskihte. See liigub aeglaselt kivimite läbimisel, rahnude läbimiseks on vaja peitlit.

Kolonni puurimise eelisteks loetakse:

• kõrget tootlikkust ja võimet puurida üle 100 m sügavusi puurauke;
• puurimisseadmete koormuse vähendamine tänu savikivimi hävitamisele, mis on võrreldav selle väljalõikamisega;
• võimalus kasutada kompaktsete mõõtmetega mobiilset puurimisseadet.

Kolonni puurimine – üks kiiremaid meetodeid veevõtukaevanduste arendamiseks. Liivakaevu saab selle abil läbida ühe tööpäevaga. Käsitsi arendatav veevõtukaevandus võtab palju rohkem aega.

Teopuurimise iseärasused

Seda tüüpi puurimist kasutatakse tänapäeval kõige sagedamini veekandvate puuraukude seadmisel eramaadel. Kruvipuurimise eripäraks on see, et arendatav kivim eemaldatakse täielikult puuraugu avast ilma lisaseadmeid kasutamata. Meetod meenutab sissekruvimist, võimaldades puurida sügavusele ja samal ajal eemaldada mittevajalik pinnas.

Puurimiseks kasutatavat tööriista nimetatakse kruviks. See on metallvarda labadega. Pinnasesse kruvides hävitab kruvi kivimi, mis jääb kinni selle labadele. Konstruktsiooni eripära tõttu ei ole kruviga võimalik puurimispõhja täielikult puistangust vabastada. Seetõttu kasutatakse seda peamiselt ülemiste kihtide läbimiseks.

Kruviga puurimine – kiire ja odav meetod, mis ei nõua pesuvedeliku reservuaari korraldamist.

Kruviga puurimine ei nõua palju pingutusi ega rahalisi kulutusi, seega on selle meetodi kasutusala üsna lai: geoloogilised uurimispuuraugud, kommunikatsioonide paigaldamine, puurvaiakaevude rajamine ja osaliselt veepuurimine.

Seda kasutatakse praegu aktiivselt Abessiinia kaevude ehitamisel, et vältida nõelkaevu täielikku sissetungimist tihedasse pinnasesse ja kergendada tüve sukeldumist eelnevalt purustatud kivimisse.

Meetod sobib kuni 30 m sügavuste veekandvate kaevude arendamiseks pehmetes ja lahtistes pinnastes ning kuni 20 m keskmiselt tihedates pinnastes. Pärast kruviga läbistamist ja manteltoru paigaldamist tuleb kaevu tüvi kindlasti puhastada želooniga ekstraheerimata kivimist.

Kruv ei sobi absoluutselt tööks kivimimassiivis! Seda kasutatakse kuni 120 m sügavuste kaevude osaliseks läbimiseks, kusjuures seda meetodit kombineeritakse teistega: rootor-, löökköis- ja südamikpuurimisega.

Kasutatavad seadmed ja tööriistad

Kruvpuurimist teostatakse puurimisseadmega, mille põhielement on kõrgtugevast metallist valmistatud kruvitüüpi puurimistööriist. Süvenemisel pikendatakse puurikolonne võrdse suurusega kruvidega.

Komplektis kasutatakse mõnikord labameisleid, mis on vajalikud lahtiste kivimite läbimiseks, samuti ümmarguste või koonusekujuliste peadega meisleid, mida kasutatakse kõvade kivimite töötlemiseks.

Tugeva mootoriga varustatud autole paigaldatud puurimisseade – optimaalne variant puurimiseks raskesti ligipääsetavates ja kaugemates paikades.

Enamik kaasaegseid puurimisseadmeid on varustatud õõnespuurvarrastega, mis on varustatud tagurduslukkudega, mis ei võimalda tööriista liikumist tagurpidi.

Kruvi lõikeosad jahutatakse puurimisprotsessis puuritava pinnase arvelt ning töödeldud kivim tõuseb spiraalidel üles. See võimaldab puurida ilma peatumata, vähendades oluliselt aja- ja energiakulusid veekandva kaevu rajamisel.

Teopuurimise tehnoloogia

Pärast läbimurde teostamist, mille sügavus on 1,5–2,0 m, eemaldatakse tigupuur ja paigaldatakse kaevu manteltorud. Veekogumiskaevu, mis on puuritud tigupuuriga, läbimõõt on 50–200 mm ja sõltub kasutatava tööriista suurusest.

Manteltorud takistavad kaevu seinte varisemist. Eriti oluline on see lahtiste sidumata pinnaste puhul, mistõttu kehtib puurijate reegel: kasutada läbimurdel liivsavi ja saviliiva korral tigupuure, mille labade asend on 30–60º, ja tiheda liiva puurimisel tööriista, mille labad on 90º nurga all.

Väiksema tigupuurspiraali keerdude kalde korral toob tigupuur rohkem sidumata puistangut pinnale.

Tigupuurimine ei vaja pesuvedeliku kasutamist, meisli abil purustatud kivim tuuakse pinnale tööriista labadel.

Teopuuri kasutamise plussid ja miinused

Tigupuurimismeetod võimaldab kaevu rajamist võimalikult kiiresti, tingimusel et tigupuu suurus ja meisli kaldenurk on õigesti valitud.

Tigupuurimise eelisteks on:

• pinnas tuuakse pinnale kohe puurimise käigus;
• suur pinnasesse süvenemise kiirus ilma tehnoloogiliste peatusteta;
• pole vaja teha kaevu tüve pesemist;
• kompaktse tigupuurseadmega või käsitigupuuriga saab puurida maja sees (keldris);
• pole vaja tõsta pinnale esimest lüli ja lahti võtta/kokku panna puurkolonni nagu südamikpuurimise meetodil.

Tigupuurimise peamiseks puuduseks võib pidada võimetust töötada puistel ja väga kõvadel pinnastel, kuid samal ajal on tigupuur – ideaalne tööriist puurimiseks saviliiva-, segatud (savi ja liivsavi) ja pehmetes savipinnastes.

Veel üks puudus, mis piirab tigupuu kasutamist veekogumiskaevude rajamiseks – vajadus rakendada lööktrossi meetodit tüve puhastamiseks puistatud kivimist.

Sarnane tigupuu – spiraal on laialt kasutusel käsipuurimisel. See purustab samamoodi kivimit ja haarab labadega selle üles toomiseks.

Rootorpuurimise iseloomustus

Rootorpuurimine – pöörlev-vibratsiooniline puurimismeetod, mille puhul pinnase purustamine toimub meisli abil, mida liigutatakse kaevu põhjas puurimisseadme rootori poolt. Rootor pöörleb auto mootori või eraldi paigaldatud elektrimootori abil läbi veovõlli.

Purustatud pinnas uhutakse kaevu šahtist välja otsese või tagurpidi pesu meetodil. Pesulahust saab anda nii isevooluga kui ka pumbajaamaga.

Enamik arteesiakaevu puuritakse rootorpuurimise meetodil: rootori pööratava puuritera abil, millele järgneb puuraugu loputamine ja manteltorude kinnitamine.

Rootorpuurimist kasutatakse kivimite ja poolkivimite arendamiseks sügavate kaevude rajamisel kuni 150 m. Õigesti valitud puuritera ja raskendatud puurtorudega rootorpuurimisseade tuleb suurepäraselt toime kivimitega.

Puurimisspetsialistid soovitavad seda puurimismeetodit kasutada järgmiste tingimuste täitmisel:

1. Ala hüdrogeoloogiline läbilõige on piisavalt hästi uuritud. Teatakse, et puurida tuleb kivimite. Teada on põhjakivimites paikneva veekandva tsooni lasumistase.
2. Põhjavesi omab arteesiakaevudele iseloomulikku survet.
3. Võimalik on katkematu tehnilise vee tarnimine puuraugu loputamiseks.

Lõunapiirkondades saab rootorpuurimist teha aasta ringi, põhjakliimas on selle meetodi kasutamine piiratud loputusvedeliku külmumisohtlikkuse tõttu.

Rakendatavad seadmed ja tööriistad

Veekandvate kaevude rootorpuurimine toimub raam- või resttorni abil, millel asuvad tõsteseadmed ja ülejäänud puurimisseadme elemendid. Torn võimaldab puurkolonne kaevu tõsta ja langetada.

Rootortüüpi puurimisseadme koosseisu kuuluvad:

• raam- või resttorn;
• ajamiga mootor;
• rootor ja puurkolonn;
• pumbaseadmed ja loputusvedeliku puhastussüsteem;
• tõsteseadmed, survepeatorustik, pöördepea, tihendid jne.

Iseliikuvates seadmetes kasutatakse mootorina auto sisepõlemismootorit, mille baasil on paigutatud puurimiskompleks. Sel juhul reguleeritakse mootori võimsusega puurimistööriista pöördeid.

Rootorpuurimisseadme energiaallikana võib toimida statsionaarne või mobiilne elektrimootor, auto sisepõlemismootor, generaatorid

Rootor edastab hammasülekande abil pöörlemise juhttorule, mis omakorda annab selle edasi peamisele puurimistööriistale – puuriterale. Puuritera võib olla erineva kujuga ja valmistatud ülitugevatest materjalidest: komposiidid, teemantpihustusega teras jne.

Igale pinnasetüübile valitakse sobiv puuritera suurus ja kuju, tagades seeläbi kõrget efektiivsust ja läbimiskiirust.

Rootortehnoloogia omapära

Vee puuraukude rootorpuurimine toimub kolmes etapis:

1. Kivimi purustamine meisli abil.
2. Purustatud kivimi väljaviimine pinnale survevee vooluga.
3. Puuraugu seinte tugevdamine katte torudega.

Purustatud pinnase väljaviimine toimub pöörd- või otseuhtmise teel. Uhtmismeetodi valik sõltub konkreetsetest tingimustest: puuraugu sügavus, pinnase tüüp, vajaliku uhtveekoguse olemasolu.

Reeglina kasutatakse eramajapidamistes otseuhtmisega puurimise tehnoloogiat, mis hõlmab järgmisi etappe:

• suure läbimõõduga meisli süvendamine pinnasesse;
• meisli pööramine rootori toimel;
• puuritorude paigaldamine ja rasketorude kinnitamine nende ja meisli vahele;
• töödeldud pinnase eemaldamine vedeliku surve abil pumba kaudu;
• katte toru paigaldamine, et vältida pinnase varisemist puuraugu sees;
• väiksema läbimõõduga meisliga puurimine ja kogu tsükli kordamine.

Pöörduhtmise korral viiakse pinnas puuraugust välja läbi puurkolonni torude, ning uhtvedelik valatakse puuraugu seinte ja torude vahele.

Vesi voolab isevooluliselt eelnevalt ettevalmistatud reservuaari, kus see puhastatakse pinnasest ja mudast, ning naaseb puurkolonni uue portsjoni töödeldud kivimi järele.

Mõnel juhul ei kasutata rootorpuurimisel otse- ega pöörduhtmist, vaid suruõhuga puhumist, mille tekitab kompressor.

Rootorpuurimise eelised ja puudused

Rootormeetodi peamine eelis on võimalus puurida sügavaid puurauke veehaardega murenenud lubjakivis.

Lisaks on sellel puurimismeetodil järgmised eelised:

• veeandja avamise kõrge kvaliteet põhjakivimites;
• võimalus rajada suure läbimõõduga (kuni 200 cm) puurauk;
• kõrge puurimiskiirus, väikesed energiaressursside kulud.

Rootorpuurimise oluliseks puuduseks võib pidada vajadust korraldada puuraugu uhtmine.

Millist puurimismeetodit valida?

Kõiki vaadeldud mehaanilise puurimise meetodeid kasutatakse laialdaselt veeandvate puuraukude rajamiseks.

Kokkuvõtteks võib öelda, et:

1. Südamikpuurimist on otstarbekas kasutada plastsete savipinnaste läbimiseks. Südamikmeetod sobib enamiku veehaardetööde rajamiseks, vajadusel kasutatakse seda koos löök-trosspuurimisega.
2. Snekkpuurimine on oma kasutusvaldkonnas sarnane kolonnpuurimisele. Erinevus seisneb tüve ebakvaliteetses puhastamises, nõuab enne kasutamist kindlasti želooni või pikaajalist kaevu pesemist.
3. Rootorpuurimine – optimaalne variant kaevušahtide läbimiseks kivimites.

Kaevu rajamise maksumus sõltub suuresti kasutatavast seadmest ning läbitud kivimite puuritavuse kategooriatest.

Õigesti valitud kaevu puurimismeetod aitab mitte ainult vähendada puurimisele kuluvat aega, vaid võimaldab ka tulevikus veekasutusallikat probleemideta kasutada.

Sellest, kuidas ise puurmasinat teha, saate lugeda meie saidi teisest populaarsest artiklist.

Järeldused ja kasulik video teemal

Video #1. Klassikalise kolonnpuurimise põhimõtte demonstreerimine südamiku väljatõmbega veesurve abil:

Video #2. Kaevu puurimise iseärasused snekiga:

Video #3. Kaevu kolonnpuurimine põhja pesemise ja topeltvoodri paigaldamisega, mille välimine osa on valmistatud terastorudest, sisemine polümeertorudest:

Veekaevu puurimine – töömahukas protsess. Valitud puurimismeetodi õigsusest sõltub mitte ainult iseseisva veeallika rajamise kiirus, vaid ka rahalised kulud.

Esimene asi, millele puurimismeetodi valikul tähelepanu pöörata, on pinnase tüüp ja veekihi sügavus. Nende parameetrite põhjal saate valida optimaalse variandi, mis võimaldab teil kaevu kiiresti ja odavalt puurida.

Kas soovite jagada oma krundil kaevu puurimise lugu või artikliteemalist kasulikku teavet? Palun jätke kommentaarid allpool asuvasse plokki. Siin saate ka küsimusi esitada või osutada tekstis olevatele vastuolulistele punktidele.