Metode bušenja bušotina: tehnološka načela i značajke glavnih metoda

Izgradnja vodozahvatnog bunara povezana je s primjenom različitih metoda bušenja. Rahla i vodom zasićena tla izvlače se pomoću bajlera. Za prolazak kroz glinovite i stijenske slojeve koriste se načini bušenja bunara zasnovani na rotacijskom i vibracijskom principu.

U radu su uključeni mehanizmi koji omogućuju razradu tla različitih vrsta i na različite dubine. Reći ćemo Vam kako odabrati optimalnu tehnologiju bušenja koja omogućuje brz i besprijekoran prolazak iskopa za izgradnju vodozahvata.

Radi vizualnog prikaza informacija koje smo ponudili, tekst je dopunjen korisnim shemama, foto-izborima i video-vodičima.

Vrste načina bušenja

Ranije se bušenje vodonosnih bunara za osobnu upotrebu uglavnom provodilo ručnim načinom. To je bio naporan i dugotrajan proces, stoga se nije svaki vlasnik zemljišta ili vikendice mogao pohvaliti vlastitim izvorom vodoopskrbe.

Postupno je mehanizirano bušenje istisnulo ručne metode zbog značajnog olakšanja i ubrzanja procesa.

Danas se praktički svi vodonosni bunari buše mehaniziranim načinom, koji se temelji na razaranju tla i njegovom iznošenju na površinu jednim od dva načina: suhim, kada se iskorišteno tlo uklanja iz bunara pomoću mehanizama, i hidrauličkim, kada se ispire vodom dovedenom pod tlakom ili gravitacijom.

Razlikuju se tri osnovna načina mehaničkog bušenja:

• Rotacijski (tlo se razrađuje rotacijom).
• Udarni (bušaći alat razara tlo udarcima).
• Vibracijski (tlo se razrađuje visokofrekventnim oscilacijama).

Rotacijski način smatra se najproduktivnijim, 3-5 puta učinkovitijim od udarnog i 5-10 puta od vibracijskog. Osim toga, rotacijski način je najjeftiniji i najpristupačniji, te se često koristi kao osnovna metoda ručnog bušenja.

Mehanički rotacijski načini bušenja bunara za vodu zamijenili su neučinkovite ručne metode.

S druge strane, rotacijski način bušenja, koji se široko primjenjuje za izgradnju bunara za vodu, dijeli se na četiri glavne vrste bušenja:

• kolonkovo;
• šnekovo;
• udarno-užetno;
• rotorsko.

Svaka vrsta rotacijskog bušenja ima svoje posebnosti i izvodi se opremom posebno namijenjenom za to. Pogledajmo ove vrste bušenja detaljnije, odredimo u čemu su njihove razlike i koju metodu treba primijeniti u svakom konkretnom slučaju.

Specifičnost kolonastog bušenja

Kolonko bušenje – mehanička rotacijska metoda pri kojoj se glineno ili zbijeno pjeskovito tlo izvlači u obliku cilindrične jezgre. Bušaći alat za kolonko bušenje predstavlja debelostjenu metalnu cijev.

Na vrhu kolonkog bušaćeg alata nalazi se uređaj za spajanje šipki potrebnih za nadogradnju bušaće kolone. Na dnu – krunica, čiji se odabir vrši ovisno o kategoriji tla koje se buši.

Kod prodiranja kolonkovom metodom tlo se razara prstenastom krunicom. Unutarnji dio jezgre pritom se zadržava u nerazorenom obliku. Kako bi se olakšao postupak bušenja kroz tvrde i polutvrde ilovače, gline, stijene, na dno se dovodi isplaka (tekućina za bušenje).

Kod kolonkovog bušenja tlo se ne razara, nego se “izbušuje” krunicom i zahvaća kolonkovom cijevi. Na površinu se izbušena stijena izvlači u obliku jezgre – monolitnog cilindričnog stupa stijene.

Mulj s dna se ponekad uklanja ispiranjem – utiskivanjem velike količine vode u bušotinu. Najčešće se ispiranje zamjenjuje pročišćavanjem komprimiranim zrakom koji dovodi kompresor u cijev. Ova vrsta bušenja omogućuje bušenje bunara dubine do 1000 metara i promjera od 8 do 20 cm.

Mehaničko kolonsko bušenje izvodi se bušaćim postrojenjima tipa ZIF, UGB, UKB, montiranim na vozila tipa KAMAZ, KRaZ, traktore za privlačenje itd. U varijanti za ručno bušenje kolonska cijev se skraćuje i naziva zvonom ili čašom. S potonjim, prevrnutim predmetom svakodnevne uporabe naopako, konstrukcijski je slična kolonska cijev.

Bušenje kolonskom metodom koristi se u sljedećim slučajevima:

• geološka istraživanja mineralnih sirovina;
• bušenje istražnih bušotina;
• izrada vodonosnih bušotina bilo koje dubine, uključujući bušotine bez filtera u stjenovitim formacijama.

Za izradu privatnih bušotina za vodu u nekim se slučajevima kolonska metoda koristi prije početka pužnog ili rotacijskog bušenja, obavljajući istodobno istražnu i pripremnu ulogu.

U izradi privatnih bušotina kolonsko bušenje koristi se u kombinaciji s udarno-užetnim. Glineni slojevi prolaze se kolonskom cijevi. Pijesci labave strukture, šljunak i oblutci s pjeskovitim punilom, koji se ne zadržavaju u kolonskoj cijevi, izvlače se iz kanala željeniranjem.

Po učinkovitosti kolonska metoda donekle zaostaje za pužnim načinom bušenja vodozahvatnih bušotina. Pužem se buši brže, ali ne omogućuje potpuno oslobađanje kanala od izbušene stijene. Rijetko se koriste u paru. A ako se i dogodi, pužem se prolaze prvih nekoliko metara.

Krune ne razaraju tlo, već ga pažljivo izrezuju po obodu, stvarajući “stupiće” – jezgre, proučavajući koje se može sastaviti hidrološki presjek lokaliteta

Korištena oprema i alati

Za kolonsko bušenje koriste se sljedeći alati:

• bušaće krune od dijamantnog ili drugog tvrdog materijala (čelik, volfram, pobedit);
• kolonska cijev;
• cijev za odvod mulja;
• šipke potrebne za produživanje bušaće kolone;
• spojnice, adapteri između cijevi, ispiralna brtvica.

Pri bušenju u stjenovitim formacijama bušaća kruna brzo se troši i podliježe zamjeni. Materijal krune – skupocjen, podnosi ogromna opterećenja, najraširenije su dijamantne bušaće varijante.

Svi alati koji se koriste u procesu bušenja moraju biti u osi (koaksijalni), tj. moraju biti poravnati u odnosu na os bušenja.

Tehnologija jezgrenog bušenja

Glavna značajka kolonskog bušenja – prolaženje kroz stijenu uz potpuno njezino očuvanje u kolonskoj cijevi. To jest, tijekom rada bušaće opreme kruna prstenasto razara tlo koje se, kako prodire dublje, gura u kolonsku cijev i u njoj zadržava vlastitom gustoćom.

Prilikom vađenja napunjene cijevi iz kanala iskopa, oslobađaju je od jezgre udaranjem maljem.

Postupni proces kolonskog bušenja izgleda ovako:

• bušaća kruna se spaja s kolonskom cijevi;
• kolonska cijev se spaja sa šipkama koje se produžuju kako se produbljuje;
• gornja šipka se učvršćuje u bušaćem stroju;
• bušaći stroj okreće bušaću kolonu i postupno je “uvija” u tlo;
• cijev za jezgru postupno se puni jezgrom – tlom koje se zaglavilo u njezinoj šupljini;
• Nakon prođe 50 – 70 cm, bušaća kolona izvlači se na površinu, šipke se redom odvajaju sve dok se ne izvuče cijev za jezgru;
• cijev se oslobađa od izbušene stijene;
• prazna naprava ponovno se spušta na dno bušotine, nadograđujući bušaću kolonu šipkama.

Radnje se izvode opisanim redoslijedom sve dok bušotina ne otvori vodonosni horizont i ne produbi se 50 cm u niže ležeću vodonepropusnu stijenu.

Ako fiksacija gornjeg vodonosnog horizonta nije cilj prolaženja, gornje slojeve je moguće bušiti ispiranjem. U tom slučaju pumpa potiskuje ispiruću otopinu kroz crijevo unutar cijevi. Zatim otopina iznosi iskopano tlo na površinu.

Ako cilj izrade bušotine nije vodonosni sloj u pješčanim naslagama, bušenje do dosezanja stijenskih formacija može se provoditi s ispiranjem

Značajne prednosti i nedostaci

U usporedbi s udarno-čeličnim i rotacijskim načinom mehaničkog bušenja, bušenje jezgrom provodi se prilično brzo, znatno skraćujući vrijeme rada. Njegov glavni nedostatak – nemogućnost podizanja rastresitih tala i vodom zasićenih šljunaka. Sporo napreduje u stijenskim formacijama, a za prolaženje gromada potrebno je dlijeto.

Prednostima bušenja jezgrom pripadaju:

• visoka produktivnost i mogućnost bušenja bušotina dubine preko 100 m;
• smanjenje opterećenja na bušaću opremu zbog razaranja glinovite stijene, usporedivo s njezinim izrezivanjem;
• mogućnost primjene mobilne bušaće opreme kompaktnih dimenzija.

Bušenje jezgrom – jedan od najbržih metoda izrade vodozahvatnih iskopa. Bušotinu na pijesak s njegovom primjenom može se proći u jednom radnom danu. Ručno izrađeni vodozahvatni iskop oduzet će mnogo više vremena.

Osobitosti pužnog bušenja

Ovaj tip bušenja danas se najčešće koristi pri izradi vodonosnih bušotina u privatnim domaćinstvima. Posebnost pužnog bušenja je ta da se razrađena stijena potpuno uklanja iz debla bušotine bez angažiranja dodatne opreme. Metoda podsjeća na uvijanje, omogućuje bušenje u dubinu i istovremeno uklanjanje nepotrebnog tla.

Alat koji se koristi za bušenje zove se puž. Predstavlja metalnu šipku s lopaticama. Uvijajući se u tlo, puž razara stijenu koja se zadržava na njegovim lopaticama. Zbog specifičnosti konstrukcije, pužem nije moguće potpuno osloboditi dno bušotine od iskopa. Stoga se uglavnom koristi za prolazak gornjih slojeva.

Bušenje pomoću pužnog svrdla brz je i jeftin način koji ne zahtijeva organizaciju spremnika za ispiračku tekućinu

Bušenje pomoću pužnog svrdla ne zahtijeva velike napore i financijske troškove, stoga je područje primjene ove metode prilično široko: geološka istraživanja bušotina, polaganje komunikacija, izrada bušotina bušenjem i djelomično bušenje vode.

Trenutačno se aktivno koristi za izradu abesinskih bunara, kako se ne bi potpuno zabijala igla-bušotina u gustu podlogu, već da se malo olakša proces uranjanja cijevi u prethodno razorenu stijenu.

Metoda je prikladna za izradu vodonosnih bušotina dubine do 30 m u mekim i rastresitim tlima te do 20 m u srednje gustim tlima. Nakon prolaska pužem i ugradnje obložne cijevi, cijev bušotine se obavezno čisti grabilom od neizvađene stijene.

Pužno svrdlo kategorički nije prikladno za rad u stjenovitim stijenama! Koristi se za djelomični prolazak bušotina do 120 m, pri čemu se ova metoda kombinira s drugima: rotacijskim, udarno-čeličnim, jezgrenim.

Korištena oprema i alati

Pužno bušenje izvodi se bušaćom opremom, čiji je glavni element alat za bušenje vijčanog tipa, izrađen od visokočvrstog metala. Bušaća kolona se tijekom produbljivanja nadograđuje pužnim svrdlima jednake veličine.

U setu se ponekad koriste lopatična dlijeta potrebna za prolazak kroz rastresite stijene, kao i dlijeta s okruglim ili stožastim glavama koja se koriste za razradu tvrdih stijena.

Bušaća oprema na bazi automobila opremljenog snažnim motorom optimalna je varijanta za bušenje na teško dostupnim i udaljenim mjestima

Većina modernih bušaćih postrojenja opremljena je šupljim alatima s reverznim bravama koje ne dopuštaju kretanje alata u suprotnom smjeru

Rezni dijelovi pužnog svrdla tijekom bušenja hlade se zahvaljujući tlu koje se obrađuje, a razrađena stijena diže se prema gore spiralama. To omogućuje bušenje bez zaustavljanja, značajno smanjujući vremenske i energetske troškove za izradu vodonosne bušotine

Tehnologija pužnog bušenja

Nakon izvođenja bušenja, čija dubina iznosi 1,5 – 2,0 m, šneka se izvlači, a u bušotinu se ugrađuju obložne cijevi. Promjer vodozahvatne bušotine izbušene pomoću šneke iznosi 50 – 200 mm i ovisi o veličini korištenog alata.

Obrušavanje stijenki bušotine sprječavaju obložne cijevi. Ovo je posebno važno za rastresita nevezana tla, stoga među bušačima postoji pravilo: pri bušenju pjeskovitih ilovača i ilovača koristiti šneke s lopaticama pod kutom od 30 – 60°, a pri bušenju pijeska zbijene strukture alat s lopaticama pod kutom od 90°.

Kod manjeg nagiba zavoja šnečne spirale, šneka iznosi na površinu više nevezanog iskopa.

Šnečno bušenje ne zahtijeva uporabu isplake, iskopana stijena pomoću dlijeta iznosi se na površinu na lopaticama alata.

Prednosti i nedostaci primjene puža

Šnečna metoda bušenja omogućuje izvođenje bušotine maksimalno brzo, pod uvjetom da su veličina šneke i kut nagiba dlijeta pravilno odabrani.

Kao prednosti šnečnog bušenja navode se:

• tlo se podiže na površinu odmah tijekom bušenja;
• velika brzina produbljivanja u tlo bez tehnoloških stanki;
• nema potrebe za ispiranjem kanala bušotine;
• kompaktnom šnečnom opremom ili ručnom šnekom može se bušiti unutar kuće (u podrumu);
• nema potrebe za podizanjem prvog članka na površinu i rastavljanjem/sastavljanjem bušaće kolone kao kod jezgrenog bušenja.

Glavnim nedostatkom šnečnog bušenja može se smatrati nemogućnost rada na sipkim i vrlo tvrdim tlima, ali istodobno je šneka – idealan alat za bušenje u ilovastim, mješovitim (glina i pjeskovita ilovača) i mekim glinovitim tlima.

Još jedan nedostatak koji ograničava primjenu šneke za izradu vodonosnih bušotina – potreba korištenja udarno-užadne metode za čišćenje kanala od iskopane stijene.

Sličnost šneke – zmijoliko svrdlo široko se primjenjuje u ručnom bušenju. On na isti način razara stijenu i lopaticama je zahvaća radi izvlačenja na površinu.

Karakteristika rotacijskog bušenja

Rotorno bušenje – metoda rotacijsko-vibracijskog bušenja, pri kojem se razaranje tla obavlja pomoću dlijeta pokretanog na dnu bušotine rotorom bušaće opreme. Rotor se okreće pomoću motora vozila ili zasebno instaliranog elektromotora putem pogonskog vratila.

Iskopano tlo ispire se iz okna bušotine metodom izravnog ili obrnutog ispiranja. Isplaka se može dovoditi samotokom ili pumpnom stanicom.

Većina arteških bušotina buši se metodom rotacijskog bušenja: pomoću bušaćeg dlijeta koje rotira rotor, s naknadnim ispiranjem bušotine i učvršćivanjem zaštitnih cijevi.

Rotacijsko bušenje primjenjuje se za obradu stjenovitih i polustjenovitih tla pri izradi dubokih bušotina do 150 m. Rotacijska bušaća garnitura s pravilno odabranim dlijetom i teškim bušaćim cijevima izvrsno se nosi sa stjenovitim stijenama.

Stručnjaci bušači preporučuju korištenje ove metode bušenja uz poštivanje sljedećih uvjeta:

1. Hidrogeološki presjek terena dovoljno je dobro proučen. Poznato je da će se bušiti stjenovite stijene. Poznata je razina ležišta vodonosne zone u matičnim stijenama.
2. Podzemna voda ima karakteristični tlak za arteške bušotine.
3. Postoji mogućnost neprekidne dostave tehničke vode za ispiranje bušotine.

U južnim područjima rotacijsko bušenje može se obavljati tijekom cijele godine, dok je u sjevernoj klimi primjena ove metode ograničena zbog mogućnosti smrzavanja tekućine za ispiranje.

Primijenjena oprema i alati

Rotacijsko bušenje vodonosnih bušotina izvodi se pomoću okvirnog ili rešetkastog tornja na kojem se nalazi dizalna oprema i ostali elementi bušaće garniture. Toranj omogućuje podizanje i spuštanje bušaćih kolona u bušotinu.

U sastav rotacijske bušaće garniture ulaze:

• okvirni ili rešetkasti toranj;
• motor s pogonom;
• rotor i bušaća kolona;
• crpna oprema i sustav pročišćavanja tekućine za ispiranje;
• dizalna oprema, tlačni vod, swivel (okretnica), brtve itd.

U samohodnim garniturama kao motor koristi se motor automobila (ICE) na čijoj je platformi smješten bušaći kompleks. U ovom slučaju snagom motora reguliraju se okretaji bušaćeg alata.

Kao izvor energije za rotacijsku bušaću garnituru može poslužiti stacionarni ili mobilni elektromotor, motor automobila (ICE), generatori

Rotor pomoću zupčanog uređaja prenosi okretanje na pogonsku cijev, koja zatim prenosi okretanje na glavni bušaći alat – dlijeto. Dlijeto može imati različite oblike i izrađuje se od visokočvrstih materijala: kompozita, čelika s dijamantnim premazom i dr.

Za svaki tip tla odabire se posebna veličina i oblik dlijeta, čime se osigurava visoka učinkovitost i brzina probijanja.

Osobitost rotacijske tehnologije

Rotacijsko bušenje bušotina za vodu odvija se u tri faze:

1. Razbijanje stijene pomoću dligeta.
2. Iznošenje razbijene stijene na površinu strujom utisnute vode.
3. Učvršćivanje stijenki bušotine obradnim cijevima.

Iznošenje razbijenog tla vrši se obrnutim ili izravnim ispiranjem. Izbor načina ispiranja ovisi o posebnim uvjetima: dubini bušotine, vrsti tla, raspoloživosti potrebne količine vode za ispiranje.

U pravilu se u privatnim domaćinstvima koristi tehnologija bušenja s izravnim ispiranjem, koja uključuje sljedeće faze:

• produbljivanje u tlo dligeta velikog promjera;
• rotacija dligeta pod utjecajem rotora;
• instalacija bušaćih cijevi i montaža otežanih cijevi između njih i dligeta;
• uklanjanje iskorištenog tla potiskom tekućine pomoću pumpe;
• montaža obradne cijevi kako bi se spriječilo osipanje tla unutar bušotine;
• bušenje dligetom manjeg promjera i ponavljanje cijelog ciklusa.

Pri obrnutom ispiranju tlo se iznosi iz bušotine kroz cijevi bušaće kolone, a tekućina za ispiranje ulijeva se između stijenki bušotine i cijevi.

Voda samotokom dolazi u prethodno pripremljeni spremnik, gdje se čisti od tla i mulja, te se vraća u bušaću kolonu za novu količinu iskorištene stijene.

U nekim se slučajevima pri izvođenju rotacijskog bušenja ne koristi izravno ili obrnutio ispiranje, već propuhivanje zrakom pod tlakom stvorenim pomoću kompresora.

Prednosti i nedostaci rotacijskog bušenja

Glavna prednost rotacijske metode je mogućnost bušenja dubokih bušotina s crpljenjem vode iz pukotinastog vapnenca.

Osim toga, ova metoda bušenja ima sljedeće prednosti:

• visoka kvaliteta otvaranja vodonosnika u temeljnim kamenitim stijenama;
• mogućnost izrade bušotine velikog promjera do 200 cm;
• velika brzina bušenja, mali utrošak energenata.

Značajnim nedostatkom rotacijskog bušenja može se smatrati potreba za organizacijom ispiranja bušotine.

Koji način bušenja odabrati?

Sve razmatrane metode mehaničkog bušenja široko se primjenjuju za izradu vodonosnih bušotina.

Sumirajući, može se reći da:

1. Bušenje jezgre svrhovito je koristiti za prolazak u plastičnim glinenim tlima. Jezgreni način prikladan je za izradu većine vodozahvatnih radova, a po potrebi se koristi u paru s udarno-konopnim.
2. Šnekovo bušenje po području primjene slično je kolonskom bušenju. Od njega se razlikuje lošim čišćenjem bušotine te zahtijeva obaveznu upotrebu žlice ili dugotrajno ispiranje bušotine prije puštanja u rad.
3. Rotacijsko bušenje optimalan je izbor za probijanje bušotina u kamenitim tlima.

Cijena izrade bušotine primjenom pojedine metode bušenja uvelike ovisi o korištenoj opremi te o kategorijama prohodnih stijena prema bušivosti.

Pravilno odabran način bušenja bunara pomoći će ne samo smanjiti vremenske troškove bušenja, već će omogućiti i buduće korištenje izvora vode bez problema.

O tome kako sami izraditi bušaći stroj možete pročitati u drugom popularnom članku naše web stranice.

Zaključci i koristan video na temu

Video #1. Demonstracija načela klasičnog kolonskog bušenja s vađenjem jezgre pomoću vodenog pritiska:

Video #2. Značajke bušenja bunara šnekom:

Video #3. Kolonsko bušenje bunara s ispiranjem dna bušotine i postavljanjem dvostruke obložne cijevi, čiji je vanjski dio od čeličnih cijevi, a unutarnji od polimernih:

Bušenje vodonosnog bunara je naporan proces. Od ispravnosti odabrane metode bušenja ne ovisi samo brzina izrade autonomnog izvora vode, već i financijski troškovi.

Prvo na što treba obratiti pažnju pri odabiru metode bušenja jest vrsta tla i dubina vodonosnog sloja. Na temelju tih parametara moći ćete odabrati optimalnu opciju koja će vam omogućiti brzo i jeftino bušenje bunara.

Želite li podijeliti priču o bušenju bunara na vlastitoj parceli ili korisne informacije o temi članka? Molimo ostavite komentare u bloku ispod. Ovdje također možete postaviti pitanje ili ukazati na sporne točke u tekstu.