Подвести центральное водоснабжение к крохотной загородной усадьбе нередко бывает затруднительно из-за удалённости магистрали. Копка колодца или бурение скважины порой не по средствам хозяев. Кроме того, для создания автономной системы требуется наличие собственного водного источника.
В таких ситуациях можно самостоятельно организовать абиссинский колодец — технология его создания достаточно элементарна. Прежде чем приступить к воплощению идеи, важно разобраться в конструкции и принципе работы этой системы.
Мы расскажем о том, как спланировать абиссинский колодец, какое оборудование вам понадобится и как вручную выполнить скважину-иглу. Внимание стоит уделить типу грунта на вашем участке.
Краткое содержание статьи
Принципы работы абиссинского колодца
Абиссинский колодец представляет собой упрощённый вариант скважины, которая позволяет получать воду из верхних водоносных слоёв. Его конструкция достаточно проста: это колонна, состоящая из соединённых между собой стальных труб с простым фильтром и металлическим наконечником на конце.
Тонкий ствол выработки напоминает древний швейный инструмент, отсюда и второе название: игловидная скважина.
Правильно организованный абиссинский колодец гарантирует водоснабжение приусадебного участка, сравнимое по качеству с шахтным колодцем, и будет так же долговечен.
Традиционный способ установки абиссинского колодца заключается в забивании — это самый простой метод, который активно используют умельцы. Процесс продолжается до тех пор, пока нижняя труба с наконечником не достигнет водоносного слоя.
В некоторых случаях колонну частично заглубляют с использованием шнекового бурения, но аренда бурового оборудования значительно увеличивает общую стоимость работ.
Абиссинская скважина была разработана и испытана во времена войны между колониальной Англией и Эфиопией в 1867-68 годах. Изобретение американского инженера Нортона активно использовалось английскими войсками для обеспечения водой во время передвижений по пустынным территориям.
Данный колодец является наиболее экономичным способом извлечения грунтовой воды.
Так как глубина скважины-иглы обычно не превышает 10-12 метров, для её откачки отлично подойдут недорогие поверхностные насосы.
Дебит игловидной скважины аналогичен дебиту обычного трубчатого колодца.
Создать скважину-иглу можно в практически любом, даже труднодоступном, для бурения обычной скважины месте, например, в подвале жилого дома.
Монтаж скважины-иглы потребует минимальных затрат.
Откачка воды осуществляется с помощью поверхностных насосов.
Дебит абиссинской скважины не уступает стандартному.
Бурение абиссинской скважины возможно прямо в подвале.
Установка для извлечения воды из подземных слоёв быстро собиралась, разбиралась и вновь использовалась в следующих точках остановки.
Такие качества, как мобильность, доступность и простота конструкции, были высоко оценены военными, также привлекали путешественников и исследователей.
Преимущества создания скважины-иглы своими руками заключаются в её простоте, быстроте возведения, легкости демонтажа и низкой стоимости.
В России данное изобретение стало известно лишь спустя год после английской экспедиции. Устройство для подъёма воды с небольшой глубины было описано К. И. Маслянниковым в книге о популярных оружиях бурения того времени.
Из пяти абиссинских скважин, созданных в районе Царского Села, две были достаточно хороши для добычи свежей воды, тогда как три не смогли достичь водоносного слоя из-за близкого залегания известняка к поверхности.
Рабочие абиссинские колодцы давали около ведра воды за минуту. Сначала получалась мутная жидкость, которая через полчаса прокачивания становилась достаточно прозрачной и чистой.
Скважина-игла достигает только верхние водоносные горизонты, поэтому воду, полученную из неё, нельзя использовать для питья. Однако она прекрасно подходит для полива, уборки и других хозяйственных нужд.
При желании и наличии значительного дебита можно установить систему фильтрации, которая будет очищать воду от механических и химических примесей.
Основной недостаток абиссинского колодца — это небольшая глубина добычи воды из-за использования поверхностных насосов, однако это самый удобный временный источник воды.
Конструктивная специфика скважины-иглы
Абиссинская буровая установка, разработанная полтора века назад, за прошедшие годы не претерпела значительных изменений в конструкции. На некоторое время она была незаслуженно забыта. Однако по скорости и простоте установки она заметно превосходит традиционные колодцы по цене.
В конструкции абиссинского колодца выделяются две основные части:
- Буровой снаряд, состоящий из разрезающего грунт наконечника и трубы, увеличивающейся в процессе заглубления. Эта труба служит также каналом для подъёма воды. Поэтому её собирают из отрезков труб, а не из сплошного металла.
- Копер, который включает в себя металлический треножник и тяжёлую бабу, выполняющую функцию молота. На верхушке треножника располагаются два блока, через которые протянуты верёвки, к которым привязана баба.
Когда верёвки натягиваются, баба поднимается, а при ослаблении стремительно падает на фиксированный на забиваемом участке ствола подбабок. Этот элемент выполняет роль наковальни, обеспечивая постепенное заглубление трубы в грунт.
Основная часть абиссинского колодца — это наконечник из трубы с внутренним диаметром 11/4, 11/2 и 2 дюйма, который состоит из продырявленной газовой трубы, аналогичной фильтру, и на конце с заострённой частью.
Подбабок по конструкции похож на хомут, состоящий из двух симметричных частей. Площадь соприкасаемой с бабой поверхности подбабка несколько больше, чем площадь дна «молота».
Когда забиваемая часть трубы почти полностью утоплена в землю, подбабок снимается. К заглублённой части трубы присоединяется следующий отрезок, на который снова устанавливается хомут-наковальня.
Когда баба падает, она ударяет по нижнему хомуту и углубляет трубу; по мере дальнейшей закачки колодца подбабок и хомут с блоками сдвигаются вверх по трубе.
Данные действия продолжаются до того момента, пока нижняя часть скважины-иглы не достигнет водоносного слоя. Причём водонос необходимо не только вскрыть, но и пройти минимум на метр.
Согласно правилам, слой следует пересекать на 2/3 его мощности, но для самообучающегося бурильщика реальные размеры водоносного горизонта могут быть неизвестны. Определить их без гидрогеологических исследований сложно.
Для получения воды на определённой позиции устанавливается треножник, навинчивается наконечник на газовую трубу, которая затем обжимается бабой для заглубления в землю.
Наличие воды в скважине нужно периодически проверять. Профессиональные бурильщики используют специальное устройство для измерения уровня воды, которое идеально подходит для определения глубины водоносного горизонта до 15 м.
Это полый металлический цилиндр, называемый хлопушкой. Устройство выглядит как перевёрнутый стакан, соединённый через петлю к рулетке.
Рабочее устройство хлопушки – полый цилиндр или конус, который, соприкасаясь с водой, издаёт характерный звук хлопка; подобный прибор можно сделать самостоятельно.
Когда край хлопушки достигает поверхности воды, слышен хлопок, подтверждающий наличие искомого объекта в скважине. Подобное контрольное устройство можно соорудить самостоятельно, прикрепив к нитке крупную гайку так, чтобы она могла коснуться поверхности воды.
Вместо гайки можно использовать не слишком лёгкий пластиковый или металлический конус, ненадёжно закрытый с одной или двух сторон.
Существует ещё одно интересное средство, которое можно использовать для контрольных целей. Для наблюдения за появлением воды в абиссинском колодце можно опустить в ствол обычную полимерную трубу. Удар о поверхность грунтовой воды даст сигнал о её наличии.
Технология изготовления ствола
В массовом производстве абиссинские колодцы нераспространены. Их изготовление можно заказать в мастерской или собрать самостоятельно.
Для облегчения заглубления в землю нижняя часть первой трубы может быть оборудована коническим наконечником, его ширина в широкой части на 3–5 см превышает диаметр основной трубы, а длина составляет около 10–15 см.
Для сооружения скважины иглы потребуются:
- Толстостенные трубы ВГП, в маркировке которых указано «усиленные». Оптимальный внешний диаметр трубопроката составляет от 25 до 40 мм. Следует учитывать, что чем толще труба, тем сложнее её забивать в грунт, однако толщина трубы не повлияет на дебит скважины.
- Стальной наконечник, изготовленный на токарном станке. Длина данной детали должна составлять 10-12 см, а её диаметр на 1-2 см больше диаметра трубы, чтобы трение грунта о трубу не замедляло процесс её установки. Наконечник может иметь коническую или пирамидальную форму, но он не должен быть сварным из отрезков трубы.
- Стальная сетка плотного галунного плетения, необходимая для создания дополнительного фильтра, которая предотвратит проникновение мелких частиц и глиняной взвеси.
Для производства ствола лучше приобрести бесшовные трубы, которые во время забивки не будут ломаться. Трубы следует нарезать на участки длиной около 1,2 – 1,5 метра. Их в бурении называют штангами.
Рекомендуемые размеры были выбраны с учетом максимального удобства во время работы. Длина отрезков в указанном диапазоне зависит от предполагаемой глубины разработки. Будет разумно, если один из отрезков составит 1 метр для обеспечения окончательного заглубления в водоносный слой.
Обратный клапан, выполненный в виде шарика или тарелки, предотвращает возвращение откачиваемой насосом воды обратно в скважину после остановки механического или ручного насоса.
Увеличение длины ствола осуществляется по мере погружения снаряда, что достигается за счет последовательного накручивания отрезков трубы ВГП.
Для соединения краев отрезков трубы нарезают 7 витков сантехнической резьбы и применяют стальные муфты. Соединения должны выполнять герметично, с использованием сантехнической пакли в резьбе.
Полное изготовление и установка абиссинского колодца не представляет особой сложности и может быть выполнено самостоятельно, однако временную эксплуатацию целесообразнее организовать с использованием арендованного оборудования.
На первый отрезок будущей колонны приваривают наконечник и устанавливают примитивный фильтр – это будет водоприемная часть. В начальном отрезке трубы сверлят отверстия диаметром 8–10 мм, при этом элементы перфорации располагать в шахматном порядке.
Между горизонтальными рядами отверстий должно быть около 5 см: ближе располагать их не рекомендуется, чтобы избежать ослабления трубы.
Сверление отверстий начинается с отступа в 15 см от нижнего края, чтобы сохранить прочность конструкции. В месте стыка первого звена колонны с следующим устанавливается обратный клапан насосной системы.
Как правило, это шарик, который пропускает воду только в направлении насоса.
Галерея изображений
Шаг 1: Перед началом бурения необходимо подготовить инструмент. Общая длина колонны буровых труб должна быть на 2-3 м больше предполагаемой глубины залегания водоносного горизонта.
Для упрощения процесса бурения и создания приямка под устье выработки рекомендуется вырыть шурф.
Шаг 3: Если на месте бурения встречаются валуны и крупная галька, стоит запастись бурами с функцией долота.
Шаг 4: Перед началом бурения нужно проверить, насколько хорошо свинчиваются муфты с буровыми трубами и их количество.
Если в разрезе участка присутствуют супеси и суглинки, перед установкой стартовой трубы с фильтром лучше предварительно разрушить породу с помощью штанги с заостренным концом.
Если разрез состоит из песчаных и гравийных отложений, процесс абиссинского колодца целесообразно начинать с трубы, снабженной сетчатым фильтром и конусообразным наконечником.
Если не планируется установка насосного оборудования в приямок, верхнюю часть буровой колонны лучше защитить обсадной трубой, заполненной песком или ПГС.
Установка ручного насоса на устье скважины иглы поможет значительно снизить расходы на обустройство источника.
Инструмент для сооружения абиссинской скважины
- Шурф для устройства абиссинского колодца
- Буры для разрушения валунов и гальки
- Муфты для соединения буровых труб
- Инструмент для работы с глинистыми грунтами
- Стартовая труба с фильтром и наконечником
- Вариант обустройства скважины иглы
- Ручной насос для абиссинского колодца
Усовершенствование фильтрационного элемента
Представленный фильтр эффективно защищает от попадания гравия и мелкой гальки, но он не избежит более мелких частиц. Поэтому его необходимо доработать. Чтобы улучшить перфорированный отрезок трубы, требуется выполнить следующие шаги:
- Обмотать трубу витками нержавеющей проволоки для увеличения площади фильтрующей поверхности, при этом следует оставлять расстояние между витками 3–5 мм.
- Полученную конструкцию оборачивают нержавеющей сеткой, которая впаивается в стенки трубы. Используйте только оловянный припой, так как сплав с добавлением свинца может негативно сказаться на качестве воды.
В скважинных фильтрах обычно применяется сетка галунного плетения П52, способная эффективно отфильтровывать мелкие и пылеватые пески, что защищает скважину от заиливания.
Совершенствование фильтра весьма полезно: это не только улучшает качество воды, но и препятствует заиливанию абиссинской скважины.
Тем не менее, несмотря на простоту конструкции, необходимо строго соблюдать определенные правила:
- Для сетчатого фильтра неподходяща сетка из латуни или других цветных металлов, так как в сочетании со сталью они создают коррозионную пару.
- Диаметр перфорированной трубы с дополнительным фильтром не должен совпадать с максимальным диаметром наконечника или превышать его, иначе важные фильтрующие элементы отделятся от трубы в процессе забивки.
- Для создания буровой колонны и водоприемной части не подходят хрупкие чугунные трубы.
Также не стоит экономить на муфтах, приобретая изделия сомнительного качества: если соединения разойдутся при забивке, придется демонтировать иглу и заново проходить скважину.
Условия для сооружения абиссинской скважины
Для успешной установки абиссинского колодца недостаточно лишь желания владельца участка и знаний о конструкции водозаборного устройства. Прежде всего, необходимо убедиться, что геологические условия подходят для сооружения скважины-иглы.
Земные породы различаются по своим физико-механическим характеристикам: плотности, структуре, твердости и другим параметрам. Буровики используют классификацию, основанную на так называемой «буримости» пород.
Для бурения песчаника и песка применяются разные инструменты и методы. Скальный песчаник бурится колонковой трубой с твердосплавной коронкой, а водовмещающие пески поднимаются ударно-канатным способом с помощью желонки.
Установка абиссинского колодца невозможна, если известняк (1) или песчаник (2) залегают близко к поверхности, а оптимальными для работы считаются глинистые отложения (3) и пески (4).
По совокупности физико-механических характеристик и буримости породы можно условно классифицировать на:
- Твердые или скальные. Они способны раскалываться, ломаться и постепенно разрушаются при бурении с повышенным давлением и скоростью. К твердым породам относятся известняки, песчаники, мергели и доломиты.
- Пластичные. Такие породы легко или относительно легко поддаются резке ножом и буровым инструментом, включая наконечник абиссинской скважины. Пластичные породы представлены глинами, суглинками, и супесками с высоким индексом пластичности.
- Сыпучие. Эти породы не держат форму, так как состоят из несвязанных между собой частиц. При увлажнении некоторые пылеватые виды могут «плыть». К сыпучим относятся пески различных категорий по крупности, гравий, дресва и схожие отложения.
Для домашних мастеров, желающих заняться сооружением абиссинского колодца, отсутствует буровое оборудование для работы со всеми перечисленными типами грунтов. Самостоятельные буровики могут справиться только с пластичными и сыпучими породами, так как разрушить твердые породы с помощью наконечника скважины невозможно.
Для создания и нормального функционирования абиссинской скважины лучше всего подходят осадочные породы: гравий, щебень, галька, песок, супеси и суглинки (+).
Не следует пытаться разрушать крупные валуны – лучше немного переместиться и начать бурение заново. К тому же демонтаж водозаборного устройства займет существенно меньше времени, чем его установка.
Кроме требований по буримости, на возможность создания скважины-иглы влияет уровень подземных вод. Дело в том, что дождевую воду из тонкоствольной скважины можно откачивать только с помощью поверхностного насосного оборудования. Большинство типов таких насосов способны поднимать воду с глубины не более 8 м.
Для откачки из скважины-иглы применяются поверхностные насосы, способные извлекать воду с глубины в среднем 8–10 м.
Даже если в техническом паспорте указана величина всасывания около 10 м, нельзя забывать о стандартных потерях давления в стволе и о том, что насос обычно также транспортирует воду по горизонтальному участку.
Каждые 10 м горизонтального передвижения отнимают 1 м от глубины всасывания. Кроме того, настоятельно рекомендуется устанавливать поверхностные насосы в закрытых помещениях, которые зачастую находятся на удалении от места, где происходит забор воды.
Если, кроме абиссинской скважины, нет других вариантов, а глубина воды в ближайших колодцах составляет 12–15 м от поверхности, то для подъема воды нужно запастись эрлифтом или ручным насосом, который сможет откачивать с указанной глубины.
Для откачки воды с глубины более 15–20 м можно использовать эрлифт, который не только поднимет воду, но и насытит ее кислородом.
Полезную информацию о том, как определить местоположение водоносных слоев для колодца, можно найти в этой статье.
Альтернативный способ адаптации водозаборной иглы к неподходящему уровню грунтовых вод заключается в создании приямка. Перед забивкой колонны в землю выкапывается шурф глубиной около метра, шириной, удобной для работы лопатой. Забивка штанг начинается с дна шурфа. В таких ситуациях насос устанавливается в приямке.
Если уровень грунтовых вод ниже, чем максимальная глубина всасывания насоса, необходимо создать приямок и установить в нем насосное оборудование.
Сам себе гидрогеолог: оценка грунта
Несмотря на то что забивка скважины иглы может показаться простой задачей, к этому процессу необходимо подходить с полным вниманием. Нельзя ограничиться лишь необходимыми инструментами, такими как штанги и стартовое звено с фильтром, а также копером, будь то в аренде или изготовленный самостоятельно. Важной задачей является сбор информации о геологической и гидрогеологической ситуации в районе, где будет установлено абиссинское колодец.
Где же можно получить такую информацию? Подходящими источниками могут стать соседские колодцы или имеющиеся скважины, откуда можно получить сведения о уровне подземных вод.
Самостоятельно измерить уровень воды можно с помощью особого устройства, либо опросив владельца источника о глубине, на которой он добывает воду. Это позволит также узнать, какой тип грунта поднимали в процессе бурения или копки.
Следует отметить, что готовые коперы и стволы для игольчатых скважин в промышленности не производятся, их можно приобрести в готовом виде или заказать индивидуальное изготовление.
В равнинных регионах слои горных пород, как правило, располагаются почти горизонтально с минимальным углом наклона. Уровень подземных вод окажется практически на одинаковой глубине. Разница между уже существующим и ожидаемым колодцем может быть обусловлена лишь рельефом земли.
Имейте в виду, что при создании абиссинского колодца вскрывается верховодка или водоносный горизонт, который прокладывается глиной или суглинком, но не скальными водоупорами. Это означает, что уровень воды в колодце может колебаться, в зависимости от количества осадков.
В период весеннего таяния снега и в дождливую погоду уровень грунтовых вод будет выше по сравнению с сухими сезонами. Важно узнать у владельца существующего источника, каковы максимальные и минимальные колебания уровня воды, чтобы зимой не остаться без воды в абиссинском колодце.
Если стенки шурфа выполнены из устойчивых, неосыпающихся материалов, сооружение скважины можно провести с использованием ручного бурового оборудования с шнеком.
Тем не менее, стоит осознавать, что вопрос поднимаемых пород является критически важным. Например, в Ленинградской области вода извлекается из крупных песков, которые могут содержать большие валуны.
При невозможности разбить и извлечь крупный камень буровики могут изменять траекторию скважины. То же самое имеет смысл делать, если в местности, где сооружается абиссинский колодец, встречаются подобные породы.
Попытки забивки скважины в условиях высоких слоев скальных и полускальных пород окажутся безрезультатными. Если на соседнем участке стабильно получают подземные воды из трещиноватых доломитов, песчаников или известняков, лучше отказаться от идеи создания игольчатого колодца.
Более детальную информацию о проведении геологических изысканий можно найти в статье — Где и когда лучше бурить скважину на участке: общие правила + советы опытных буровиков.
Тем, кто намерен сооружать абиссинский колодец с приямком, необходимо изучить состав и состояние грунтовых слоев до глубины шурфа. Если разрез состоит из супесчаных или суглинковых слоев, укрепление приямка не потребуется.
Если стенки приямка рыхлые и неустойчивые, их следует укрепить, чтобы предотвратить засыпание устья колодца иглы и насосного оборудования несвязными грунтами.
При копке шурфа в песчаных слоях стенки обязательно нужно укрепить дощатыми щитами или бетоном, поскольку песок слишком неустойчив и может обрушиться, что приведет к засыпанию водозаборной точки вместе с насосом.
Сведения о верхних слоях грунта также будут полезны тем, кто планирует пройти верхнюю часть выработки шнеком. Хотя шнековое бурение значительно ускорит процесс, оно не гарантирует достижения желаемого результата. Для этого используются простые устройства — как покупные, так и самодельные.
Если песчаные стенки обваливаются, стоит установить обсадную трубу, что поможет сократить затраты на абиссинский колодец.
Выводы и полезное видео по теме
Рассмотрим преимущества и недостатки абиссинского колодца по сравнению с обычной скважиной:
Смотрите видео о процессе заглубления шнеком и последующей забивки абиссинского колодца:
На тему бесполезности использования народных методов поиска воды с помощью рамок:
Создание и эксплуатация абиссинского колодца – это один из самых простых и экономически выгодных способов получения воды из верхних водоносных слоев. Процесс сооружения водозаборной конструкции можно выполнить самостоятельно, без необходимости в специальной технике.
Ваши усилия и небольшие вложения вскоре окупятся, а абиссинский колодец прослужит не меньше, чем традиционные источники воды. Главное — это желание и стремление реализовать задуманное, воспользовавшись представленными нами знаниями.
У вас есть опыт в обустройстве скважины-иглы? Мы будем рады видеть ваши комментарии с вашими знаниями или вопросами по данной тематике ниже!
