Создание буровой установки своими руками: как сделать самодельный бур для проникновения в земной слой

Вам понадобятся недорогие материалы и приспособления для создания установки и бурового инструмента, а также немного здравого смысла и пара друзей, готовых помочь.

Самодельная буровая установка, как и ее заводской аналог, предназначена для подачи бурового снаряда на забой и извлечения пробуренного грунта.

Конструкция буровой установки должна быть прочной и устойчивой, чтобы выдерживать вес инструмента вместе с грунтом на глубине. Вместе с этим в верхней части установки необходимо установить блок с перекинутым через него тросом.

К тросу с помощью серьги подключаются буровые снаряды. Сам трос наматывается на лебедку, которую можно приводить в движение либо электромотором, либо вручную.

Чаще всего для изготовления буровой установки используют древесину. Владельцы сварочного оборудования сооружают установки из металлических профилей.

Наиболее распространенной формой буровой вышки является тренога, что объясняется её простой и устойчивой конструкцией.

Кроме традиционной треноги, могут быть использованы и другие формы, такие как усеченная пирамида или стрелы с надежными опорами.

Самодельная буровая установка значительно упростит процесс ударно-канатного бурения, в котором снаряды опускаются на дно и поднимаются с помощью троса и лебедки.

Компактный буровой станок обеспечит легкость в подъеме колонковой трубы и шнекового бура вместе с извлеченной породой.

Назначение буровой установки

Ключевые составляющие вышки

Механизмы для сматывания троса

Выбор материала для рамы

Наиболее распространенная форма — тренога

Буровая конструкция в виде выдвижной стрелы с опорами

Снаряды для выполнения ударно-канатного бурения

Применение при шнековом и колонковом бурении

Бурение скважин подобно искусству, так как результат трудно предсказать, и каждое сооружение по-своему уникально. Задача заключается в том, чтобы пробурить в земле длинную узкую шахту до водоносного слоя и установить в нее обсадную трубу для устойчивости стенок.

В процессе бурения придется извлечь значительное количество грунта, который может варьироваться от крупных камней до мелкого песка с водой.

Многое зависит от глубины, на которой находится водоносный слой. В некоторых случаях до него можно дойти менее чем за 10 метров, а иногда глубина достигает нескольких десятков или даже сотен метров. Эти факторы влияют на выбор методов бурения и сроки выполненных работ. Существует два основных способа: ударно-канатный и вращательный, то есть шнековый.

Самодельные буровые установки для ручного бурения создаются по одной схеме и часто представляют собой конструкции в виде треноги.

При использовании ударно-канатного метода бурение происходит с помощью тяжелого снаряда под названием желонка, которую подвешивают на тросе или канате, перекинутом через блок, установленный на треноге. С помощью лебедки, работающей от мотора или вручную, снаряд поднимается для очередного опускания в шахту.

Снаряд несколько раз роняется с высоты, в результате чего грунт рыхлится, и часть его попадает внутрь желонки. После углубления на 0,5 метра снаряд вытаскивают, очищают и снова опускают в забой. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут уровень воды.

Метод ударно-канатного бурения используется на протяжении многих веков и не теряет своей актуальности. Создать желонку довольно просто, для этого потребуется листовой металл толщиной 4-5 мм или труба диаметром 110-120 мм, а также навыки сварочных работ. При этом работать с желонкой можно и в одиночку, хотя с помощником процесс будет значительно ускорен.

Преимущества ударного бурения не только в его доступности. Желонка надежна и справляется с практически любым грунтом, кроме явно скальных пород. Для работы с супесью или суглинком вместо желонки используется стакан подходящего размера — узкий цилиндр без клапана на дне.

Желонка эффективно поднимает все виды несвязных грунтов: пески, щебень, гравий и галечники. Также её применяют для очистки дна скважины и в процессе эксплуатации для удаления ила.

Стакан разбивает глинистые породы, которые благодаря способности уплотняться и прилипать к стенкам остаются в его полости. В процессе ручного ударно-канатного бурения обычно чередуют желонку со стаканом по мере необходимости.

Когда проходка с желонкой становится затруднительной, это означает, что она натолкнулась на слой супеси или суглинка, после чего снаряд заменяют стаканом. Как только стакан перестает удерживать грунт, его снова меняют на желонку.

За одну операцию можно углубить шахту примерно на метр, хотя на практике чаще этот показатель ниже — около 20-40 см. Это является недостатком ударно-канатного метода, так как он требует много времени. На глинистых и вязких грунтах эффективнее использовать шнековый бур.

При ручном бурении обычно применяются сочетания ударно-канатных и вращательных методов, поэтому стоит подготовить минимальный набор снарядов, представленный на схеме.

В шнековой установке рабочий инструмент представляет собой колонну со штангами и буром на конце. Инструмент ввинчивается в грунт, который частично остается на лопастях.

Периодически шнек вместе с рыхлым грунтом поднимают на поверхность, а забой очищается желонкой. После этого процесс бурения повторяется, продвигаясь все глубже в землю с каждым оборотом.

Количество штанг увеличивается по мере углубления шахты. Сначала добавляют одну штангу, когда её верхняя часть практически выровняется с устьем скважины, присоединяют вторую, затем третью и так далее.

Бур можно вращать вручную или с помощью ротора электродвигателя. Для обеспечения вертикального положения штанги в промышленных мобильных буровых установках используется вертикальная рама, закрепленная на станине. Этот принцип можно использовать при создании собственного устройства.

На схеме показан вариант самодельной установки, а также итог: относительно компактное устройство для бурения скважин.

Одновременно с углублением происходит установка обсадной трубы, то есть в пробуренную шахту вставляется труба, диаметр которой на 1-2 см больше, чем у бурового снаряда. Звенья обсады соединяются между собой методом навинчивания или сваривания.

Если в обсадную трубу под большим напором подать воду, это позволит очистить забой без использования желонки. Такой метод активно используют профессиональные бригады. Вода размывает рыхлый грунт и вымывает его на поверхность.

Буровой раствор ускоряет процесс бурения, однако в результате всё вокруг оказывается залито водой и грязью. Кроме того, сложные каменистые грунты невозможно пробурить таким способом. Все эти нюансы следует учитывать еще до начала создания своей буровой установки. Также важно четко сформулировать свои цели и задачи.

Если вам нужно устройство для бурения одной или двух скважин, можно не придавать значения окончательной отделке. Однако надежная и прочная буровая установка может стать отличной базой для открытия собственного бизнеса по бурению скважин.

Подробную информацию о методах бурения водозаборных скважин можно найти в одной из статей нашего сайта.

Создание ударно-канатной буровой установки

Тренога с желонкой представляет собой невероятно простую конструкцию. Ее размеры можно оценить на глаз, здесь не требуется особенных инженерных расчетов. Например, высота конструкции должна превышать длину желонки примерно на метр.

Если бурение производится в подвале, размеры конструкции будут ограничены высотой потолка.

Ударно-канатное бурение осуществляется с использованием тяжелой желонки, которую сбрасывают вниз. Грунт разрушается, заполняет внутреннее пространство желонки, после чего инструмент поднимается и очищается.

На открытом пространстве желонку можно подвесить выше, чтобы увеличить силу удара, но не стоит делать это слишком высоко, так как это не приведет к эффективности. Сама желонка должна быть достаточно массивной, и для лучшего рыхления можно сделать на ее подошве зазубрины или закруглить острые края.

Оптимальная длина снаряда для бурения составляет 1,8 — 2,2 метра, чтобы буровик мог легко дотянуться до бура для крепления или снятия троса. Тем не менее, в ручном бурении считается, что наилучшей длиной желонки является 1,0 — 1,2 метра. Такой размер позволяет легко дотянуться до дна, особенно если снаряд не опорожняется при налипании суглинка.

В ударно-канатном бурении обычно используют желонку длиной около 1,2 — 2,0 метра. Снаряд должен быть таким, чтобы эффективно разбивать грунт и поднимать его на поверхность в больших объемах.

Желонку делают, как правило, из отрезка металлической трубы, желательно с толщиной стенок 4 — 6 мм.

Для создания такого бурового аппарата необходимо выполнить несколько шагов:

1. Подготовить отрезок трубы необходимого диаметра.
2. Сформировать клапан в нижней части устройства.
3. Закрепить защитную сетку в верхней части конструкции.
4. Приварить к аппарату ручку или «ушки» для крепления каната.
5. Обточить нижнюю часть устройства или прикрепить несколько «зубцов» из металлических прутьев или толстой проволоки.
6. Собрать треногу из металлических труб.
7. Установить блок, лебедку и мотор для поднятия снаряда из шахты.
8. Привязать канат к желонке и собрать все элементы в одно целое.

Особое внимание стоит уделить клапану желонки. В устройствах небольшого диаметра используется шаровой клапан, где в качестве шара подойдет металлический шар, размер которого чуть больше половины диаметра желонки.

Если подходящий шарик отсутствует, его можно изготовить из доступных материалов. Например, для этого прекрасно подойдет смесь свинцовой дроби с эпоксидной смолой, в качестве формы часто используют пластиковый или резиновый шарик.

Лепестковый клапан желонки представляет собой круглый металлический диск, который закрывает отверстие внизу стакана, а также пружину, удерживающую его в закрытом состоянии.

Снизу прикрепляется шайба с отверстием меньшего диаметра, чем размер шарика, чтобы последний не выскакивал. Кроме того, на некотором расстоянии от защитной решётки сверху устанавливают стопор — кусок металла, который ограничивает движение шарика вверх. Решетка из проволоки не позволяет крупным частицам грунта выскочить из желонки.

Шарик клапана не должен опускаться ниже уровня заточенных краев или металлических зубьев, иначе это может снизить ударную силу. В то же время «зубцы» не следует делать слишком длинными, поскольку это может мешать попаданию грунта внутрь желонки.

В верхней части корпуса желонки необходимо вырезать небольшой проем. Он понадобится для очистки устройства от набившегося грунта.

Для создания шарового клапана желонки потребуется металлический шар диаметром около 60 мм. Такой компонент можно извлечь из большого подшипника.

Альтернативный вариант клапана — лепестковый. Он изготавливается из металла и выглядит как круглая дверца, которая крепится на пружине в нижней части желонки. Когда снаряд опускается под давлением грунта, клапан открывается, а затем пружина закрывает его, удерживая грунт внутри. Иногда такой клапан уплотняется резиновым элементом, хотя это не обязательно.

Если во время бурения самодельной желонкой выясняется, что она собирает недостаточно грунта, возможно, требуется всего лишь немного отрегулировать конструкцию. Иногда достаточно немного расширить отверстие снизу. Если снаряд слишком легкий, его нужно утяжелить.

Для этого верхнюю часть желонки могут залить бетоном, но также возможно просто прикрепить дополнительный груз на подвижном соединении.

Треногу для бурения методом удара и каната можно изготовить из металлической трубы, хотя для краткосрочного использования подойдет и прочная древесина, например, брус размером 150-200 мм.

На вязких грунтах может эффективно работать вариант желонки без клапана. Плотный грунт естественным образом набивается внутрь устройства и удерживается там. Очистка происходит через узкое вертикальное отверстие с боковой стороны.

Если есть возможность, разумно изготовить две разные желонки для работы на различных типах грунтов. Желонка также может использоваться для чистки готовой скважины от песка и грязи, но в этом случае нет необходимости в большом объеме устройства; подойдет конструкция длиной около 0,8-1,0 метра.

Создание установки для шнекового бурения

Каркас такой машины может быть выполнен в виде треноги, однако чаще его создают из вертикально расположенных направляющих, закрепленных на основании и объединенных сверху горизонтальной планкой. Каркас установки должен надежно поддерживать рабочую колонну бурового снаряда и наращиваемые штанги во время извлечения их из скважины.

На схеме наглядно отображено устройство буровой установки на металлическом каркасе с вертлюгом, буром, электрической лебедкой и редукторным мотором (+).

Бур изготавливают следующим образом:

1. К отрезку узкой металлической трубы длиной приблизительно 1,5 метра приваривают пару витков из металлической полосы, чтобы сформировать нечто подобное винтовой нарезке.
2. На концах шнека устанавливаются ножи, чьи режущие кромки должны располагаться под углом к горизонту.
3. Ножи заточиваются.
4. К верхнему краю бура присоединяется тройник с внутренней резьбой.
5. Заготавливаются отрезки металлической трубы того же диаметра, что и шнек, для дальнейшего наращивания буровой колонны. Это штанги.
6. На этих трубках нарезается резьба для соединения или сверлится отверстие для фиксации стопорным штифтом.

Однако для увеличения длины буровой штанги можно также применять муфтовое или замковое соединение. Буровую вышку создают из металлических труб, швеллера или древесины. Главное, чтобы она надежно удерживала буровую колонну.

В верхней части каркаса устанавливается блок, который подключается к лебедке для подъема колонны труб с буровым снарядом. Считается, что вышка нужна лишь для бурения на глубоких скважинах более восьми метров, в то время как небольшие сооружения можно пробурить и без нее, хотя это усложнит работу.

Увеличение длины буровой штанги заметно увеличивает общий вес колонны, поэтому для её подъема используется электромотор с лебедкой. Если планируется «мокрое» бурение, вращение бура также осуществляется с помощью электродвигателя.

Специалисты рекомендуют использовать стандартное устройство мощностью 2,2 кВт при 60-70 оборотах, которое может быть подключено к обычной розетке на 220 V. Подходят модели типа 3МП 31,5, 3МП 40 и 3МП 50.

Вертлюг — это элемент, который передает момент вращения с электродвигателя на буровую штангу. Через него также подается буровой раствор в шахту. Буровые штанги крепятся на подвижной части этого механизма. Для бурового раствора имеется специальный герметичный патрубок.

На схеме показана конструкция вертлюга для малогабаритной буровой установки. Через боковой патрубок в шахте подается промывочная жидкость (+).

Так как вертлюг во время бурения постоянно находится в движении, при плохом исполнении он может быстро выйти из строя. Чтобы этого избежать, необходимо придерживаться двух основных правил: использовать для его изготовления только высокопрочные стали и обеспечить минимальный зазор между неподвижными и движущимися элементами устройства.

Как уже было упомянуто, существующие строгие нормы при создании самодельных буровых установок отсутствуют. Чаще всего сооружается гибридная конструкция, позволяющая одновременно применять методы ударного бурения и вращательного бурения.

В такой конструкции используется одинаковая рама, что дает возможность переходить с одного метода к другому без изменения конструкции.

Это вариант комбинированной буровой установки, подходящей как для ударно-канатного, так и для шнекового бурения.

Если есть стремление серьезно заняться бурением, то лучше знать, что комплектующие детали целесообразнее приобретать, чем изготавливать самостоятельно, или арендовать. Можно заказать все необходимые элементы у профессионального токаря. Понадобится также купить надежный электромотор с редуктором, а мотопомпу, шланг и рукав, если планируются работы с использованием гидронапора.

Раму и бур лучше изготавливать после приобретения вертлюга, электродвигателя и лебедки. Это позволит правильно и быстро подстроить все части установки друг под друга. Чтобы обеспечить возможность продления длинных штанг на бур, рекомендуется создавать раму с запасом примерно 3,3 метра.

Для создания вертлюга и замков следует использовать качественную сталь, так как эти части конструкции воспринимают наибольшие нагрузки во время бурения.

Вертлюг для самодельной буровой установки можно также сделать вручную, однако гораздо проще и надежнее воспользоваться промышленной моделью.

Закаленная сталь не является лучшим выбором для самодельных буровых установок, поскольку после обработки ей требуется дополнительная шлифовка. Лучше использовать обычную сталь. Для штанг предпочтительнее применять трапециевидную резьбу, а не конусную.

Она обладает необходимыми прочностными характеристиками, и любой токарь сможет выполнить такую резьбу. Дабы изготовить штангу с конусной резьбой, придётся отыскать специалиста.

Для бурения на глубину свыше 30 метров рекомендуется использовать штанги из труб со стенкой толщиной 5-6 мм. Обычные трубы со стенкой 3,5 мм не всегда справляются с такими нагрузками. Для производства бура лучше применять обычную, а не легированную сталь, чтобы избежать сложностей при сварке.

Для работы с твердыми грунтами имеет смысл использовать высокопрочное бур-долото промышленного производства. Наиболее эффективно работают снаряды с тремя лопастями. При их использовании используется циклическое вращение, что позволяет максимально эффективно рыхлить грунт.

Буровые инструменты для ручного производства бывают разной конструкции. Существуют модели ложкового и змеевикового типа, а также буровые долота. Ложковые буры хорошо подходят для пластичных грунтов: супесях, глинах и суглинках. Резец таких буров обычно выполнен в форме ковша. Для их создания можно использовать трубу подходящего диаметра.

Для работы на плотных суглинках можно использовать змеевиковый бур. Это устройство по своему устройству похоже на штопор, а его режущий элемент имеет форму раздвоенного, или, как его называют, «хвоста ласточки». Вместо змеевого бура также можно попробовать аналог ледового бура, однако его эффективность может оказаться ниже.

На твердых горных породах наилучшие результаты показывает буровое долото с углом заточки от 110 до 130 градусов. Форма долота может быть разнообразной, так как оно предназначено для разрушения каменных пород с различной степенью твердости.

Буровое долото совместимо как с твердыми, так и с мягкими грунтами. Такой инструмент можно изготовить из доступных материалов.

При бурении сложных геологических условий иногда рекомендуется использовать метод, состоящий из двух этапов с применением различных буров. Сначала производится разведочное бурение узким буром, имеющим диаметр около 80 мм. После этого, с помощью буры большего размера, осуществляется дальнейшее бурение для получения скважины необходимого диаметра.

Грузоподъемность лебедки должна составлять как минимум одну тонну. Кроме электрической лебедки, опытные мастера часто дополнительно устанавливают механическую версию, так как она может более эффективно решать некоторые задачи, например, в случае заклинивание обсадной трубы. Рекомендуется использовать два отдельных пульта управления для электродвигателя и лебедки.

Заключительные замечания и полезные видеоматериалы

Видео #1. Подробный обзор самодельной буровой установки:

Видео #2. Пример комбинированной буровой установки для ударно-канатного и шнекового бурения:

Видео #3. Применение желонки в ударно-канатном бурении:

Самодельная буровая установка для скважин — это достаточно простой в реализации агрегат, который предоставляет множество возможностей для проявления инженерной креативности. Однако важно помнить, что узлы и механизмы такого оборудования подвержены значительным нагрузкам во время работы. Поэтому необходимо использовать прочные материалы и уделить внимание качеству исполнения.

Хотите поделиться своим опытом по сборке и применению буровой установки? Есть вопросы или недопонимания по данной теме? Оставляйте свои комментарии в блоке ниже.