Wiertnica własnymi rękami: wykonanie własnoręcznego świdra do wiercenia studni

Wiercenie studni na działce – to zadanie na dużą skalę. Usługi profesjonalnej ekipy nie każdego właściciela domu stać, a wynajmowanie „partaczy” – to w większości przypadków tylko wyrzucanie pieniędzy.

Prościej wykonać wszystkie prace samodzielnie: i pracuje się dla siebie staranniej, i wydatków mniej. Ponadto, jeśli wiertnica jest wykonana własnymi rękami, koszty wydadzą się wręcz śmieszne w porównaniu z rzeczywistymi cenami wiercenia.

Opowiemy Państwu, jak zrobić wiertnicę do ręcznego wykonywania ujęcia wody na działce. Przedstawione przez nas informacje opierają się na praktycznym doświadczeniu samodzielnych wiertaczy. Dla pełnego zrozumienia niełatwego tematu proponowane informacje są uzupełnione przydatnymi schematami, zdjęciami, filmami.

Czym i jak najlepiej wiercić studnię?

Początkujący wiertacz powinien zaopatrzyć się w cierpliwość i przygotować się do wykonania nie najłatwiejszej pracy.

Potrzebne będą jeszcze dostępne narzędzia i niedrogie materiały do wykonania wiertnicy i świdra, a także zdrowy rozsądek i kilku przyjaciół do pomocy.

Wiercenie studni – to praca zbliżona do sztuki, ponieważ wynik jest nieprzewidywalny, a każda konstrukcja jest unikalna. Zadanie polega na wykonaniu w gruncie długiego i wąskiego szybu do warstwy wodonośnej i opuszczeniu w nią rury osłonowej w celu wzmocnienia ścian wyrobiska.

W trakcie procesu trzeba będzie wydobyć sporo gruntu, przy czym grunt ten może być bardzo różny: od kawałków granitu po piasek zmieszany z wodą.

Wiele zależy również od głębokości warstwy wodonośnej. Czasami trzeba przebić mniej niż 10 metrów, a niekiedy studnia wodonośna osiąga kilkadziesiąt, a nawet kilkaset metrów. To wszystko wpływa na metody wiercenia i jego terminy. Aby wykonać studnię, istnieją dwa główne sposoby: udarowo-linowy i obrotowy, we współczesnej interpretacji ślimakowy.

Domowe wiertnice do ręcznego wiercenia są budowane według jednego schematu. Wieżę wiertniczą wykonuje się w formie trójnoga

W pierwszym przypadku wiercenie wykonuje się za pomocą wąskiego i ciężkiego narzędzia zwanego czerpakiem. Podwiesza się go na linie lub stalowej lince, którą przerzuca się przez krążek zamocowany na trójnogu. Do wyciągania narzędzia z szybu używa się wciągarki z silnikiem, choć w razie potrzeby można to robić ręcznie.

Narzędzie upuszcza się kilkakrotnie na dno wyrobiska z wysokości kilku metrów. Rozluźnia ono grunt, z którego część trafia do wnętrza czerpaka. Po zagłębieniu w grunt na około 0,5 m wiertło wyciąga się z otworu. Narzędzie jest czyszczone i ponownie wrzucane do szybu. Proces powtarza się, aż dotrze się do wody.

Metoda udarowo-linowa jest bardzo stara, stosuje się ją od stuleci, jeśli nie tysiącleci. Wykonanie czerpaka jest stosunkowo proste, potrzebna będzie blacha stalowa o grubości 4-5 mm lub grubościenna rura o średnicy 110-120 mm, a także umiejętność pracy ze spawarką. Pracować czerpakiem można nawet samodzielnie, choć z pomocnikiem pójdzie znacznie szybciej.

Zalety wiercenia udarowego polegają nie tylko na jego dostępności. Czerpak jest niezawodny, przechodzi przez praktycznie każdy grunt z wyjątkiem skał. Jeśli trzeba pokonać warstwę gliny lub iłu piaszczystego, czerpak zastępuje się odpowiedniej wielkości cylindrem – wąskim walcem bez zaworu na dnie.

Czerpak stosuje się do wydobywania wszystkich rodzajów gruntów niespoistych: piasków, żwirów, rumowisk i osadów otoczakowych. Używa się go do oczyszczania dna studni oraz w okresie eksploatacji wyrobiska do usuwania osadów mułowych.

Stakan skutecznie niszczy skały ilaste, które dzięki własnej zdolności do zagęszczania się i przylegania do ścianek są utrzymywane w jego wnętrzu. W ręcznym wierceniu udarowo-linowym łyżkę i stakan stosuje się naprzemiennie w miarę potrzeby.

Gdy tylko postęp wiercenia łyżką znacząco się zmniejsza, oznacza to, że napotkała strop gliny lub piasku gliniastego, dlatego wymienia się ją na stakan. Gdy tylko w wnętrzu stakana przestaje zatrzymywać się zniszczony w odwiercie grunt, wymienia się go na łyżkę.

W jednej 'sesji' można pogłębić szyb o metr, choć częściej wynik jest skromniejszy, około 20–40 cm. To jest wada metody udarowo-linowej – długi czas pracy. Na gliniastych, plastycznych gruntach bardziej efektywne jest użycie świdra lub inaczej wiertła ślimakowego.

W ręcznym wierceniu najczęściej trzeba łączyć metody udarowo-linowe z obrotowymi, dlatego lepiej zaopatrzyć się w minimalny zestaw sprzętu przedstawionego na schemacie.

Narzędzie robocze wiertnicy ślimakowej stanowi kolumnę rur wiertniczych z wiertłem na dolnym końcu. Narzędzie dosłownie wkręca się w grunt, który częściowo jest zatrzymywany na jego łopatkach.

Okresowo świder wraz z spulchnionym gruntem wyciąga się na powierzchnię, a dno otworu z osypanym urobkiem oczyszcza się łyżką. Następnie ponownie wierci się świdrem, wnikając coraz głębiej w ziemię z każdym obrotem.

Rury wiertnicze stopniowo się przedłuża w miarę pogłębiania szybu. Najpierw długość kolumny wiertniczej zwiększa się przez zamocowanie jednej rury. Gdy jej górna część prawie zrówna się z ujściem odwiertu, dołącza się drugą, potem trzecią itd.

Obrócić wiertło można ręcznie lub za pomocą wirnika silnika elektrycznego. Aby utrzymać rurę w prawidłowej pozycji pionowej, w przemysłowych mobilnych wiertnicach zastosowano zamocowaną na ramie pionową ramę. Na tej zasadzie można wykonać własny aparat.

Na schemacie pokazano wariant wiertnicy wykonanej własnoręcznie, a także rezultat: stosunkowo kompaktowe urządzenie do wiercenia studni.

Równocześnie z pogłębianiem obudowuje się kolumnę odwiertu, tzn. w wywiercony otwór instaluje się rurę, której średnica jest o 1–2 cm większa od podobnego wymiaru narzędzia. Odcinki obudowy łączy się w jednolitą konstrukcję przez nakręcanie lub spawanie.

Jeśli do obudowanej studni pod ciśnieniem poda się dużą ilość wody, dno otworu można czyścić bez użycia łyżki. Ta metoda jest z powodzeniem stosowana przez profesjonalne ekipy. Woda rozmywa spulchniony grunt i wypłukuje go na powierzchnię.

Płuczka wiertnicza przyspiesza prace kilkakrotnie, ale wszystko wokół zostanie zalane wodą zmieszaną z błotem. Co więcej, gruntów kamienistych w ten sposób nie da się przewiercić. Wszystko to należy uwzględnić jeszcze przed przystąpieniem do wykonania własnej wiertnicy. Ponadto trzeba określić swoje cele i zadania.

Jeśli potrzebny jest agregat do wykonania zaledwie jednej lub dwóch studni, można nie przykładać zbytniej wagi do staranności wykonania. Z kolei solidna i wytrzymała wiertnica może stać się istotnym powodem, aby rozpocząć własną działalność w zakresie wiercenia studni.

Szczegółowe informacje o metodach wiercenia studni wodociągowych znajdą Państwo w jednym z popularnych artykułów na naszej stronie.

Wykonanie udarowo-linowej wiertnicy

Trójnóg z czerpakiem – konstrukcja prosta, jak wszystko, co genialne. Jego wymiary można oszacować „na oko”, nie są potrzebne szczególnie precyzyjne obliczenia inżynierskie. Na przykład wysokość trójnoga, na którym zamocowany będzie czerpak, powinna być większa od tego świdra o około metr.

Jeśli prace wiertnicze są prowadzone w piwnicy domu, wymiary konstrukcji będą ograniczone wysokością sufitu.

Wiercenie udarowo-linowe wykonuje się za pomocą ciężkiego narzędzia – czerpaka. Zrzuca się go z wysokości, grunt ulega zniszczeniu i wypełnia wnętrze czerpaka, po czym urządzenie jest wyciągane i oczyszczane.

Na otwartej przestrzeni czerpak można zawiesić wyżej, aby zwiększyć siłę uderzenia. Nie należy jednak robić go zbyt wysokim, to nie jest efektywne. Sam czerpak powinien być wystarczająco ciężki. Aby skutecznie spulchniać grunt, na jego spodzie lepiej zrobić ząbki lub stępić ostrą krawędź.

Za optymalną długość narzędzia do wiercenia uważa się zakres 1,8 – 2,2 metra, aby wiertacz mógł swobodnie sięgnąć do górnej części świdra w celu zamocowania lub odczepienia liny. Jednak w wierceniu ręcznym za najlepszą długość czerpaka uznaje się 1,0 – 1,2 m. Taki rozmiar pozwala sięgnąć ręką do dna narzędzia, jeśli nie opróżnia się ono przy przyklejaniu się gliny, na przykład.

W wierceniu udarowo-linowym używa się czerpaka o długości około 1,2 – 2,0 metrów. Narzędzie powinno być wystarczająco ciężkie, aby rozbijać grunt i wydobywać go na powierzchnię w dużych ilościach.

Czerpak wykonuje się najczęściej z kawałka metalowej rury, pożądana grubość metalu to 4 – 6 mm.

Aby wykonać takie urządzenie wiertnicze, należy wykonać następujące czynności:

1. Przygotować odcinek rury o odpowiednim rozmiarze.
2. Wykonać zawór w dolnej części narzędzia.
3. Przyspawać u góry siatkę ochronną.
4. Przyspawać uchwyt lub 'uszka', aby zamocować linę.
5. Naostrzyć dolną część narzędzia lub przyspawać kilka 'zębów' z kawałków metalu lub z kawałków grubego drutu.
6. Wykonać trójnóg z metalowych rur.
7. Zamontować bloczek, wciągarkę i silnik do podnoszenia narzędzia z szybu.
8. Przywiązać linę do bajlera i złożyć konstrukcję.

Zawór bajlera zasługuje na szczególną uwagę. W osprzęcie o małej średnicy stosuje się zawór kulowy. Do jego roli nadaje się metalowa kula o średnicy nieco większej niż połowa średnicy bajlera.

Jeśli nie ma odpowiedniej kulki, można ją wykonać z dostępnych materiałów. Na przykład często stosuje się mieszankę śrutu ołowianego i żywicy epoksydowej, a rolę formy odlewniczej spełnia jakaś dziecięca kulka z plastiku lub gumy.

Zawór płatkowy bajlera składa się z okrągłego kawałka metalu, który zamyka prześwit na dole cylindra, oraz sprężyny utrzymującej go w stanie zamkniętym.

Od dołu przyspawa się podkładkę z otworem o średnicy mniejszej niż rozmiar kulki, aby nie wypadała. W tym samym celu na górze, w pewnej odległości od siatki ochronnej, umieszcza się ogranicznik – kawałek metalu, który ogranicza ruch kulki do góry. Siatka z drutu nie pozwala na wypadanie z bajlera dużych kawałków gruntu.

Kulka zaworu nie powinna opadać poniżej poziomu zaostrzonej krawędzi lub metalowych zębów, w przeciwnym razie będzie tłumić siłę uderzenia. Z drugiej strony, „zębów” nie należy robić zbyt długich, ponieważ nie pozwolą one części gruntu dostać się do wnętrza bajlera.

W górnej jednej trzeciej obudowy bajlera wycina się okienko. Będzie ono potrzebne, gdy pełny bajler będzie wymagał oczyszczenia z nagromadzonego wewnątrz gruntu.

Do wykonania zaworu kulowego bajlera potrzebna jest metalowa kula o średnicy około 60 mm. Taki element można pozyskać z dużego łożyska.

Inny wariant zaworu – płatkowy. Wykonuje się go z kawałka metalu. Zawór płatkowy wygląda jak okrągłe drzwiczki zamocowane na sprężynie w dolnej części bajlera. Podczas ruchu w dół zawór otwiera się pod naciskiem gruntu, a następnie sprężyna go zamyka i utrzymuje grunt wewnątrz. Czasami taki zawór uszczelnia się kawałkiem gumy, ale nie jest to konieczne.

Jeśli podczas wiercenia domowej roboty bajlerem okaże się, że pobiera on zbyt mało gruntu, być może trzeba po prostu nieco poprawić konstrukcję. Czasami trzeba lekko rozwiercić prześwit na dole urządzenia. Jeśli osprzęt okazał się zbyt lekki, należy go obciążyć.

W tym celu górną część bajlera czasami zalewa się betonem. Można też po prostu przymocować dodatkowy ciężar na ruchomym połączeniu od góry.

Trójnóg do wiercenia udarowo-linowego można wykonać z metalowej rury, ale do krótkotrwałego użytkowania wystarczy również wytrzymałe drewno, np. belka o wymiarach 150-200 mm.

Na gruntach lepkich skuteczna może okazać się odmiana bajlera bez zaworu. Gęsty grunt nabija się do wnętrza narzędzia i utrzymuje się tam naturalnie. Takie urządzenie czyści się przez wąski pionowy otwór z boku.

Jeśli istnieje możliwość i potrzeba, należy zrobić dwa różne bajlery, aby używać ich na różnych gruntach. Bajlera używa się również do czyszczenia gotowego odwiertu z piasku i brudu. Ale w tej sytuacji nie ma potrzeby robienia tak dużego narzędzia, wystarczy urządzenie o długości około 0,8 - 1,0 metra.

Budowa urządzenia do wiercenia ślimakowego

Rama takiego urządzenia może być wykonana w postaci trójnoga, ale częściej robi się ją z pionowych prowadnic, zamocowanych na podstawce i połączonych u góry poziomą konstrukcją. Rama wiertnicy powinna solidnie utrzymywać kolumnę roboczą składającą się z narzędzia wiertniczego i przedłużanych żerdzi podczas ich wyciągania z odwiertu.

Na schemacie wyraźnie przedstawiono budowę wiertnicy na metalowej ramie z głowicą obrotową, świdrem, wyciągarką elektryczną i silnikiem z przekładnią (+)

Świder wykonuje się w następujący sposób:

1. Do odcinka wąskiej metalowej rury o długości około 1,5 metra przyspawa się parę zwojów z metalowej taśmy, aby uzyskać rodzaj spiralnego nacięcia.
2. Do krawędzi ślimaka mocuje się noże, których krawędzie tnące powinny znajdować się pod kątem do poziomu.
3. Noże poddaje się ostrzeniu.
4. Do górnej krawędzi świdra przykręca się lub przyspawa trójnik z gwintem wewnętrznym.
5. Przygotowuje się odcinki metalowej rury o tej samej średnicy co rura ślimaka, aby w przyszłości wydłużać długość kolumny wiertniczej. Są to żerdzie.
6. Na tych kawałkach rury nacina się gwint, aby je łączyć, lub wierci się otwór do mocowania sworzniem blokującym.

Zresztą, do przedłużania długości żerdzi wiertniczej z powodzeniem stosuje się również połączenie mufowe lub zamkowe. Wieżę wiertniczą można zrobić z metalowych rur, ceownika lub z drewna. Najważniejsze, aby solidnie utrzymywała kolumnę wiertniczą.

W górnej części ramy instaluje się blok, który podłącza się do wyciągarki do podnoszenia kolumny rur z narzędziem wiertniczym. Uważa się, że wieża jest potrzebna tylko przy wierceniu odwiertów głębszych niż osiem metrów. Niewielką konstrukcję można odwiercić bez niej, ale prace będą utrudnione.

Zwiększanie długości żerdzi wiertniczej znacznie obciąża kolumnę, dlatego do jej podnoszenia używa się silnika elektrycznego z wyciągarką. Jeśli planuje się wiercenie „mokre”, obrót świdra również odbywa się za pomocą silnika elektrycznego.

Specjaliści uważają za optymalną opcję do tych celów typowe urządzenie o mocy 2,2 kW na 60-70 obrotów, które można zasilić ze zwykłego gniazdka 220 V. Odpowiednie mogą okazać się modele typu 3MP 31,5, 3MP 40 lub 3MP 50.

Głowicą obrotową nazywa się element, za pomocą którego moment obrotowy przenoszony jest z silnika elektrycznego na żerdź wiertniczą. Przez nią również podaje się płuczkę wiertniczą do szybu. Żerdzie wiertnicze mocuje się na ruchomej części tego urządzenia. Do płuczki wiertniczej przeznaczony jest specjalny szczelny przewód.

Na schemacie przedstawiono konstrukcję głowicy obrotowej dla małogabarytowej wiertnicy. Przez boczny przewód do szybu podawany jest płyn płuczący (+)

Ponieważ głowica obrotowa podczas wiercenia stale się porusza, przy niedbałym wykonaniu może bardzo szybko ulec uszkodzeniu. Aby do tego nie doszło, należy przestrzegać dwóch zasad: użyć do jej wykonania tylko stali o wysokiej wytrzymałości oraz zapewnić minimalny luz między elementami statycznymi a ruchomymi urządzenia.

Jak już wspomniano, nie istnieją żadne nadmiernie rygorystyczne zasady dotyczące budowy własnych wiertnic do studni. Najczęściej konstruuje się hybrydową konstrukcję, która pozwala jednocześnie stosować metodę udarowo-linową oraz wiercenie obrotowe.

W takiej konstrukcji wykonuje się tę samą ramę, umożliwiającą przejście z jednej metody na drugą bez wprowadzania jakichkolwiek zmian konstrukcyjnych.

Jest to wariant wiertnicy typu kombinowanego, można ją stosować zarówno do wiercenia udarowo-linowego, jak i świdrowego

Jeśli istnieje chęć profesjonalnego zajęcia się wierceniem studni, to wszystkie części lepiej nabyć na zewnątrz, a nie wykonywać samodzielnie, lub wziąć w wynajem. Można zamówić wszystkie te elementy u doświadczonego tokarza. Należy kupić niezawodny silnik elektryczny z reduktorem, a także motopompę, wąż i przewód, jeśli przewiduje się wykonywanie prac z wykorzystaniem ciśnienia hydraulicznego.

Ramę i wiertło lepiej wykonać po nabyciu głowicy obrotowej, silnika elektrycznego i wciągarki. To pozwoli poprawnie i szybko dopasować wszystkie części urządzenia do siebie. Aby uzyskać możliwość przedłużania dłuższych żerdzi na wiertle, zaleca się wykonanie ramy z zapasem około 3,3 m.

Do wykonania głowicy obrotowej i zamków należy użyć stali wysokiej jakości, ponieważ te części konstrukcji przenoszą największe obciążenia podczas wiercenia.

Głowicę obrotową do wiertnicy wykonanej własnoręcznie można również zrobić samodzielnie, ale prościej i pewniej będzie użyć przemysłowego modelu takiego urządzenia.

Stal hartowana niezbyt dobrze nadaje się do produkcji domowych wiertnic, ponieważ po obróbce wymaga dodatkowego szlifowania, lepiej wziąć zwykłą stal. Na żerdziach najlepiej zastosować gwint trapezowy, a nie stożkowy.

Ma wystarczające właściwości wytrzymałościowe, a wykonanie takiego gwintu poradzi sobie każdy tokarz. Natomiast do wykonania żerdzi z gwintem stożkowym trzeba będzie poszukać specjalisty.

Do wiercenia na głębokość powyżej 30 metrów zaleca się wykonywanie żerdzi z rur o grubości ścianki 5-6 mm. Zwykłe rury o grubości ścianki 3,5 mm mogą nie wytrzymać takich obciążeń. Do wykonania świdra lepiej wziąć stal zwykłą, a nie stopową, aby uniknąć problemów podczas spawania.

Do wiercenia w twardych gruntach warto zastosować wysokowytrzymałe wiertło-dłuto produkcji przemysłowej. Dobry efekt daje użycie pocisku z trzema łopatami. Przy jego pracy stosuje się obrót cykliczny, co pozwala na maksymalnie efektywne spulchnianie gruntu.

Narzędzia wiertnicze do prac ręcznych mają różne konstrukcje. Rozróżnia się modele łyżkowe i ślimakowe, a także dłuta wiertnicze. Świdry łyżkowe są skuteczne w gruntach plastycznych: piaskach gliniastych, glinach, iłach. Nóż takiego świdra jest zwykle wykonany w formie łyżki. Taki świder można wykonać samodzielnie z rury o odpowiedniej średnicy.

Na zwartych glinach można również zastosować świder ślimakowy. To urządzenie konstrukcyjnie przypomina korkociąg, a element tnący jest rozdwojony, tzw. jaskółczy ogon. Alternatywą dla świdra ślimakowego może być odpowiednik świdra lodowego, ale może nie być tak skuteczny.

Na twardych skałach najlepiej sprawdza się dłuto wiertnicze z kątem ostrzenia 110-130 stopni. Dłuto może mieć bardzo różne kształty, ponieważ jest przeznaczone do niszczenia skał o różnym stopniu twardości.

Dłuto wiertnicze nadaje się do pracy na gruntach twardych i miękkich. Taki świder można wykonać z dostępnych materiałów.

Do wiercenia w skomplikowanych przekrojach geologicznych czasem lepiej zastosować wiercenie dwuetapowe dwoma różnymi świdrami. Najpierw wykonuje się wiercenie wąskim świdrem o średnicy około 80 mm. Po takim wierceniu rozpoznawczym prace wykonuje się świdrem o większej średnicy, aby uzyskać otwór o wymaganym rozmiarze.

Udźwig wciągarki musi wynosić co najmniej jedną tonę. Oprócz wciągarki elektrycznej niektórzy rzemieślnicy od razu montują drugą, mechaniczną. W niektórych przypadkach radzi sobie skuteczniej, na przykład gdy zakleszczy się rura osłonowa. Do silnika elektrycznego i wciągarki zaleca się stosowanie dwóch różnych pulpitów sterowniczych.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Wideo #1. Przegląd poglądowy wiertnicy wykonanej własnymi rękami:

Wideo #2. Wariant wiertnicy typu kombinowanego do wiercenia udarowo-linowego i ślimakowego:

Wideo #3. Zastosowanie żerdzi czerpakowej do wiercenia udarowo-linowego:

Domowa konstrukcja do wiercenia studni – to niezbyt skomplikowane urządzenie, pozostawiające pole do popisu dla myśli inżynieryjnej. Należy jednak pamiętać, że podzespoły i mechanizmy takiego urządzenia podczas wiercenia podlegają znacznym obciążeniom. Dlatego materiały muszą być wytrzymałe, a prace należy wykonać jak najlepiej.

Czy chcieliby Państwo podzielić się osobistym doświadczeniem w montażu i praktycznym zastosowaniu wiertnicy? Czy mają Państwo pytania dotyczące tematu artykułu, chcą Państwo wyjaśnić niejasne kwestie? Prosimy o pisanie komentarzy w bloku znajdującym się poniżej.