Csigás fúrás: a technológia és a fúrószerszám jellemzői kézi és gépi fúráshoz

A csigafúrás az ivóvízkutak fúrásának ma a legnépszerűbb módja a magánháztartások területén. Sekély vízadó kutat saját kezűleg is létesíthet kézi földfúró segítségével. A munka megkönnyítése érdekében gyakran hajtásos, kisméretű fúróberendezéseket alkalmaznak.

Elmondjuk, miért olyan népszerű ez a módszer. Elemezzük, miben különbözik a többi fúrási módtól, és milyen helyzetekben hatékony alkalmazni. A cikkben részletesen bemutatásra kerül a csigás technológia és a fúróberendezések felépítése, valamint a kézi és gépi fúrásnál használt fúrószerszám.

A csigafúrás sajátosságai

A fúrólyuk egy hengeres alakú vágat a földkéregben, amely nagy hosszúság esetén kis keresztmetszettel rendelkezik. A kezdetét szájnak, az oldalfalát falaknak, a vágat alját pedig talpnak nevezik.

Az optimális fúrási módot a kút funkcionális rendeltetése, a szükséges átmérő és mélység figyelembevételével választják ki. Fontos figyelembe venni azoknak a kőzeteknek a fizikai-mechanikai tulajdonságait, amelyeken át kell haladni a vízbeszerzési vágat kialakítása során.

Befolyásolja továbbá a fúrás műszaki-gazdasági célszerűsége az adott körülmények között. Ez jelentős szakasz a kutak tervezése során, amelynek során meghatározzák az alapvető technológiai megoldásokat – a használt berendezés típusát és a fúrási módokat.

A csigafúrás módszerének műszaki-gazdasági célszerűségét a kút minősége, tartóssága, létesítésének határideje, valamint költsége figyelembevételével határozzák meg.

A vízbeszerző kutak tervezése és ezt követő fúrása során a hosszú távú használatra kell összpontosítani. Fontos, hogy képes legyen hosszú időn át megőrizni a stabil hozamot és a fúrólyuk körüli zóna változatlan vízáteresztő képességét.

A kútfúrás folyamata több munkaműveletet foglal magában:

1. A kőzet lerombolása a fúrólyuk alján, azaz a részecskék leválasztása a tömegről.
2. A kitermelt talaj felszínre szállítása.
3. A kút üzembe helyezésének előkészítése a furat tisztításával és kialakításával, valamint a vízbeszerzési vágat átöblítésének elvégzése.

A fúrás hatékonysága közvetlenül függ a természet által adott fizikai-mechanikai tulajdonságoktól, nevezetesen: a szemcsék tömörségétől, porozitásától, a kohézió nélküli talajok vízáteresztő képességétől, valamint a kohéziós agyagos kőzetek konzisztenciájától.

A csigafúrást célszerű alkalmazni 60 mm-től 200 mm-ig terjedő átmérőjű, legfeljebb 80 m mélységű kutak készítéséhez laza és kötött talajokban (Ⅰ-Ⅲ fúrhatósági kategória). Közepes keménységű sziklás kőzetekben (Ⅳ-Ⅵ kategória) a csigás fúró alkalmazása nem célszerű.

A monolit jellegű és a szemcsék között kristályos kötést mutató sziklás kőzetek fúrására ez a módszer nem alkalmas. Minél szilárdabban konszolidálódtak a kőzetben lévő ásványszemcsék, annál nagyobb munka szükséges annak elpusztításához.

A módszer előnyei és hátrányai

A csigás fúrási változatot alkalmazzák az iparban, a polgári építkezésben és a kézi kútfúrásban. Jellemzője, hogy a kitermelt kőzetet nem öblítőfolyadékkal vagy speciális gáz-folyadék keverékekkel távolítják el, hanem közvetlenül a csigás szerelvény részeivel.

Megkülönböztetünk függőleges és vízszintes irányú csigafúrást. Az első módszert vízadó kutak létesítésénél, valamint cölöpnyílások kialakításánál alkalmazzák. A másodikat a közművek árok nélküli fektetésénél használják.

A forgatásos fúrás puha kőzetekben a leggyorsabb és legolcsóbb más módszerekhez képest.

Ez a módszer egyidejűleg nagy haladási sebességet biztosít nem sziklás talajokban akár 50-80 méteres mélységig, lehetővé téve a kitermelés falainak azonnali kialakítását béléscsőoszlop beépítésével.

További előny a kitermelt talaj felszínre juttatása a szerszám felemelése nélkül. Továbbá: mivel a csigafúráshoz nincs szükség öblítőfolyadékra, sikeresen alkalmazzák vízmentes régiókban, valamint alacsony hőmérsékletű időszakokban is.

Manapság a csigás fúróberendezésekkel végzett fúrást a következőkre használják:

• Egyedi víztermelő kutak létesítéséhez;
• Csigás/fúrt cölöpökből készült alapozások építésénél;
• Kerítések és vasbeton oszlopok elhelyezéséhez;
• Közművek árok nélküli fektetésénél;
• Sekély kutak és aknák építéséhez.

Vannak azonban hátrányok is. Csigákkal nem lehet nagy keménységű kőzetekben kutat fúrni. Kemény és félig kemény agyagos talajokban, mészkőrétegeket tartalmazó agyagokban nehézségek merülhetnek fel, és kopással járó kőzetek fúrásakor nagy a fúrószerszám elhasználódása.

Ezenkívül korlátozott a mélység. Ilyen módszerrel 80 méternél mélyebb kutat létesíteni nagyon nehéz.

A függőleges vágatok áthatolásának technológiája

A csiga egy nagy szilárdságú fúrócső rátekert spirállal, amely függőleges csavarszállítóként működik. A tengelyirányú terhelés hatására a fúrószerszám munkarésze behatol a kőzetbe, és vágással, lazítással megsemmisíti azt. Egyidejűleg a csigafúró a kitermelt talajt a csiga spiráljára továbbítja.

A kút tisztítási folyamata folyamatosan, párhuzamosan halad a kőzet bontásával. A fúrófejtől elválasztott talaj egy nagy sebességgel forgó csigára kerül.

A centrifugális erők hatására a fellazított talaj a fúróoszlop lapátjain felfelé emelkedik. Az emelkedés a spirális csúszásnak köszönhetően történik, mivel a talaj súrlódása a csigán kisebb, mint a kút falán.

Így a megsemmisült kőzet aprított állapotban a fúrófejtől a felszínre kerül, és a kút szájon keresztül kidobódik. Akadálymentes szállítás esetén a talaj a csigamenetek közötti tér térfogatának 30-40%-át tölti ki.

A csigaoszlop paramétereinek biztosítaniuk kell a csiga által megsemmisített talaj teljes tömegének gyors felemelkedését. Azonban fúrás közben a fellazított talaj egy része visszahullik a fúrófejre. Ezért a csigás fúrás során a fúrólyuk erőteljesebb tisztítására van szükség, és a befejezése után kötelező az öblítés.

Vízszintes irányított csigafúrás

Különböző funkcionális rendeltetésű közművek beszerelésekor akadályok (autópályák, vasútvonalak, erdős területek) alatt vízszintes irányított csigás fúrást alkalmaznak.

A munka kezdeti szakaszában két gödör kerül ásásra – egy indító (munka) és egy fogadó. Ezeknek a tervezett kúttal azonos szinten kell lenniük. Ezt követően a munka-gödörbe leeresztik és felszerelik a szükséges berendezéseket.

Vízszintes irányú csigás fúráshoz nagy méretű berendezéseket használnak mozgatható fúróforgatóval, amely fokozott nyomatékkal rendelkezik.

Az ilyen berendezés nagy előtolási úttal rendelkezik, és kopásálló, magas ötvözésű acélból készült fúrófejjel van felszerelve. Rajta egy szonda is található a fúrás nyomon követésére. A monitoron érkező jeleket fogadva a kezelő ellenőrzi a folyamat menetét, és korrigálhatja a mozgás irányát, valamint a fúrófej dőlésszögét.

Amikor a csiga belép a fogadó gödörbe, azaz a terv szerinti végpontba, a fúrót eltávolítják. Helyette tágítót és csövet rögzítenek. Ezután a lapátok forgását fordított irányban indítják el, hogy a csövet a kész kútba húzzák. A fúrási munkálatok befejezésekor az indító gödörből kiemelik a csigás berendezést.

Az ároknélküli módszer lehetővé teszi csövek fektetését közművek alá a talajvíz szintje alatt, akár 80 m hosszúságban. Minden bonyolult munka az árok munkaigényes kiépítése nélkül történik, ami lehetővé teszi a végrehajtási idő minimalizálását és a pénzügyi költségek csökkentését.

Vízszintes csigás fúrást alkalmaznak nyomás alatti csővezetékek lefektetésekor és kommunikációs rendszerek telepítésekor olyan területeken, ahol más módszerekkel nem lehetséges a fektetés. A ároknélküli fektetés fő előnye a gazdaságosság. Ezenkívül a kész üreg stabilitásának fenntartásához nem szükséges betonitot vagy más polimereket használni.

A különböző kőzetekben történő fúrás jellemzői

A fúrás alapvető technológiai paraméterei – a csigaszállító csavar tengelyirányú terhelése és forgási sebessége. A terhelés növelésekor a fúrási sebesség is növekszik, ami különböző vészhelyzetek kialakulásához vezethet.

Ezért feltétlenül ügyelni kell arra, hogy a csiga által egységnyi idő alatt leválasztott kőzet térfogata ne haladja meg a szállító kapacitását. Ellenkező esetben dugók képződnek a meneteken.

A csigafúrás sebessége közvetlenül függ a talajok tulajdonságaitól, a kút mélységétől és átmérőjétől, a kolonna fordulatszámától, a fúrófej tengelyirányú terhelésétől, a kőzetbontáshoz használt szerszám szerkezetétől.

Általában a képlékeny agyagos kőzeteket, a laza és közepes sűrűségű homokokat erőszakos tengelyirányú terhelés nélkül fúrják. A csigaszerszám a saját súlya alatt hatol a talajba, valamint a kitermelt kőzet hengeres járat szájához történő továbbításakor fellépő reaktív erő hatására.

Az 5 kN-ig terjedő tengelyirányú terheléseket általában a kút indításakor, kemény homokos vályogok, vályogok, agyagok, argillitek, aleurolitok fúrásakor alkalmazzák. A kolonna forgási sebessége nem haladhatja meg az 1,7-3,3 s^-1-et.

Magasabb frekvenciák esetén rezgések keletkeznek belül, amelyek miatt a fúrókolonna szemei elveszíthetik a kapcsolatot. Ennek eredményeként a fúrószerkezet a kút alján marad, kiemelése szinte lehetetlen, így új járatot kell fúrni. Alacsony frekvenciáknál pedig a kitermelt talaj felfelé szállítása erősen akadályozott.

A kőzetek keménységének növekedésével a tengelyirányú terheléseket növelik. A kavicsos és zúzottköves talajokban, fagyott vályogokban, vízzel telített homokokban, kvarczárványos aleurolitokban végzett fúrás 8-10 kN tengelyirányú terheléssel és 1,3-2,2 s^-1 kolonnaforgási sebességgel történik.

A kavicsos rétegeket és a sziklatömböket tartalmazó kőzeteket nem fúrják csigás módszerrel. Ezeket a lekerekített szikladarabokat fúrófejjel törik össze és bóréval emelik a felszínre.

A különböző sűrűségű és víztelítettségű homokokban, kavicsos és zúzottköves üledékekben nagy fordulatszámon fúrnak, és egyidejűleg a járat falait béléscsövekkel erősítik meg.

A csigás fúrás a lágyplasztikus és folyósplasztikus agyagokban gyakran dugók képződésével jár. Amikor agyagrészecskék tapadnak a csigaszerszámra, a kút mélyítése leáll, a kitermelt kőzet felfelé szállítása erősen akadályozott.

Ennek elkerülése érdekében a fúrási sebességet a lehető legkisebbre csökkentik, a kolonnát fel-le mozgatják, és vizet adnak a kúthoz. Hasonló helyzetben segít a fúrószerszám időszakos felszínre emelése és a ráragadt vályog eltávolítása.

Csigafúráshoz használt szerszámok

A csigás fúrású kutak szerszámait a konstrukció típusa szerint a menetszám és a vágó rész geometriája különbözteti meg. A kemény és félkemény homokos vályogokban és agyagos vályogokban történő haladáshoz gyakran használnak olyan fúrószerelvényeket, amelyek éle további vágókkal van ellátva.

Leggyakrabban a magánszemélyek számára készült vízvételi akna kialakításához csak egy kezdő csigát használnak kiegészítések nélkül, mivel üledékes, kötött és nem kötött kőzeteket kell fúrni. A mélyítéskor a szerszámot egyszerűen fúrórudakkal toldják meg.

Ebben az esetben a szerelvényt a kút törzséből 0,5 – 0,7 méterenként távolítják el, hogy megtisztítsák a fúrót és a fúrótalpat a megsemmisült kőzettől. Ez egy gazdaságosabb, de munkaigényesebb fúrási változat.

A sziklák és kavicsok kifúrásához, amelyek az üledékes talajokban előfordulhatnak, átváltanak az ütő-kötél módszerre. Általában ehhez szerszámacélból készült vésőt használnak. Ezt az alsó végén kihegyezett fúrót erőteljesen “ledobják” a fúrótalpra, amíg el nem pusztítják a “kemény akadályt”.

A kavics vagy szikla elpusztítása után a darabokat egy pohárral (magcsővel) vagy kanalas fúróval hozzák a felszínre. Ezután visszatérnek a csigás módszerhez. Leggyakrabban a kialakításhoz több fúrási eljárást kell kombináltan használni.

A laza homokok és lágy agyagos vályogok fúrásakor olyan csigás fúrószerelvényeket használnak, amelyek lapátjai a fúrótalp felé 30–60º-os szögben vannak elfordítva, a kötött agyagos kőzetekben pedig – 90º.

Szerkezetileg a csiga egy csőből vagy hosszú, tömör rúdból/pálcából áll, amelyre spirál van tekerve.

Ezt a spirált egy 5–7 mm átmérőjű nagy szilárdságú acélszalagnak egy csigás tüskére történő feltekercselésével állítják elő. Kifeszítik a csövön/rúdon, majd hozzáhegesztik.

Minél nagyobb az alapcső átmérője, annál kisebb a csiga szállítóképessége. Azonban a hosszú termék átmérőjét korlátozza a csiga mechanikai szilárdsága, valamint a gyártási technológia.

Ma kétféle csigát gyártanak:

• Központi furattal, azaz üreges;
• Nehezített – furat nélkül.

Az abrazív kőzetekben történő fúráskor a csigás szállító kopásának minimalizálása érdekében a külső élre acélszalagot tekernek, vagy a felületre fémréteget hegesztenek.

Nagy sebességű csigás fúrás esetén a szerelvény fölé egy speciális átmeneti darabot rögzítenek kétszeres menetű szalagacél tekercseléssel. Ilyenkor a kőzet nagy része dörzsölés nélkül kerül a csigás szállítóra.

A spirállal tekert cső végére kötelezően hozzáhegesztik a csatlakozó elemeket. Kétféle csigakötést különböztetünk meg: menetes és menet nélküli. Az első esetben a csigákat toldózárakkal kötik össze, és fémcsapokkal rögzítik, a második esetben pedig becsavarozással.

A fúróoszlopba való csigák menetes kapcsolata lehetővé teszi azok össze- és szétszerelésének gépesítését a ki- és beépítési műveletek során, valamint a folyadék fúrófejre juttatásakor. Van azonban egy jelentős hátránya – ebben az esetben nincs lehetőség a csigák fordított forgatására. Ezért a menet nélküli kapcsolat szélesebb körben elterjedt.

A speciális fúróberendezések általában különböző átmérőjű csigakészleteket tartalmaznak.

A leghatékonyabbak a központi furattal rendelkező csigák, amelyeken keresztül levegőt vagy vizet juttatnak a fúrófejhez. Ez lehetővé teszi a kőzet súrlódásának csökkentését a csigás szállítófelületen.

A menetes kapcsolódású üreges csigákat használják átfúvásos fúrásnál, víz kiszivattyúzására hengeres járatok földkéregben való kialakításakor, töltet elhelyezésére geofizikai kutakba, valamint beton cölöplyukakba való injektálására. Használhatók továbbá bélésoszlopként is.

Tömör fúrófejjel végzett fúrás esetén a központi csatornát egy kötélen lévő fúrószerszámmal zárják el.

Fúróberendezések áttekintése

A csigás fúráshoz mind kéziszerszámokat, mind gépesített berendezéseket használnak. A legkönnyebb szerkezetű a kézi földfúró. Ez egy rúdból/csőből áll, csavarvonalú késsel és mereven rögzített T-alakú fogantyúval.

Az ilyen típusú fúrószerszámot a talajba csavarják, akár egy dugóhúzót. A járat kialakítása során rudakkal hosszabbítják meg. A kézi földfúrókat szétszerelhetőre készítik, hogy a lehető legkényelmesebben lehessen őket személygépkocsiban szállítani. Ez lehetővé teszi a csigás fúróoszlop hosszának változtatását is.

Kézi szerszámmal legfeljebb 2 méter mély és 20 centiméter átmérőjű lyukakat lehet készíteni. Léteznek benzines vagy elektromos meghajtású motoros fúrók is. Szerkezetük tartalmaz egy csavaros szállítót, azaz csigát, valamint egy motort és egy reduktort. A motor tengelyének forgása biztosítja a csiga mozgását.

Meghajtott szerszám használatával, fúrórudak jelenlétében akár 25 méter mély kutakat is lehet fúrni. Legfeljebb 30 centiméter átmérőig használják utcai világítási oszlopok telepítésére, kerítésoszlopok felszerelésére, valamint alapozási és talajvizsgálati shurfok kialakítására.

Vízkutak fúrása magánházak területén és nagyméretű lyukak kialakítása cölöpalapozáshoz történhet hordozható kisméretű gépekkel vagy mobil járművekre szerelt fúróberendezésekkel.

A mobil egységek kis méretű, elektromos vagy benzines motorral ellátott gépek. Segítségükkel gyorsan lehet fúrni egy nyaralói kutat és előkészíteni nagyszámú, különböző funkciójú támasztólyukat.

Ezeket a fúróállomásokat gyakran személygépkocsi utánfutó formájában készítik, hogy megkönnyítsék a munkavégzés helyszínére szállítást.

A polgári és ipari építőiparban a nagy mélységű és átmérőjű üregek kialakításához csigás speciális berendezéseket használnak, amelyek mobil gépekre – teherautókra, traktorokra – vannak rögzítve.

Ezt használják nagyfeszültségű távvezetékek oszlopainak és közvilágítási oszlopok szerelésénél, stadionok, sportkomplexumok, ipari létesítmények, repülőterek kerítésoszlopainak telepítésénél. Ezenkívül a mobil gépekre szerelt csigás fúróberendezésekkel építenek résfalazatot a munkagödrök számára, valamint csavarcölöpöket helyeznek el.

Hasznos videó a témában

Csigás fúrás 20 m mély vízkút létesítéséhez magánháztartás területén:

Ez a videó bemutatja a vízszintes csigás fúrás technológiáját közművek fektetéséhez az autópálya alatt:

Cölöpök építése nagy átmérőjű, központi csatornás folyamatos csigával. A munkák elvégzéséhez Bauer BG-30 fúróberendezést és nagy teljesítményű, helyhez kötött Liebherr betonszivattyút használnak:

A csigás módszer biztosítja a kutak gyors fúrását. A kút kialakítása és a kitermelt talaj szállítása a fúrási talptól a felszínre egyidejűleg és folyamatosan történik, ami időt, a fúrók erőfeszítéseit és a projektbe fektetett pénzt is megtakarít. Ezért népszerű a csigás fúrás módszere.

Hagyjon kérem megjegyzéseket az alábbi blokk-űrlapon. Mondja el, használt-e már kézi csigás szerszámot, vagy fúrt-e kisméretű fúróállvánnyal csiga segítségével. Ossza meg a technológiai finomságokat, amelyek hasznosak lehetnek a webhely látogatói számára.