Как сделать абиссинский колодец – принцип устройства абиссинской скважины

Содержание:

Самым бюджетным вариантом организации автономного водоснабжения загородного дома является абиссинский колодец. На его обустройство уходит на порядок меньше времени и сил, чем в случае с артезианской скважиной или классическим колодцем.

Принцип работы абиссинки

Абиссинский колодец является упрощенной разновидностью скважины, которая извлекает воду из проходящего сверху первого или второго водоносного горизонта. Устроена абиссинская скважина очень просто. Главным элементом конструкции является колонна с набором газоводопроводных труб из стали, которые соединены между собой. На конце колонны имеется простейший фильтр и металлическая насадка. Выработка внешне очень похожа на известный инструмент портного – иглу. Ее так и называют – скважина игла.

Чаще всего для погружения колонны в толщу земли применяется банальное забивание, именно так обустраивают абиссинские колодцы сельские шабашники. Забивание производится до погружения наконечника внутрь водоносного слоя. Для частичного заглубления применяется шнековое бурение, однако аренда ручной или механической установки на порядок увеличивает расходы на проведение работ.

Впервые использование абиссинской скважины зафиксировано во время колониального конфликта между Великобританией и Эфиопией в 1867-68 годах. Автором изобретение стал инженер из США Нортон, таким образом была решена проблема обеспечения английских подразделений водой во время военных действий в пустыне.

Конструкция, обеспечивающая подачу живительной влаги на поверхность земли, монтировалась в короткий промежуток времени. По мере передвижения войск, скважину иглу можно было быстро собирать и передвигать на место нового привала. Гидротехнические сооружения данного типа отличались мобильностью, дешевизной и простотой устройства. Именно эти характеристики способствовали большой популярности абиссинок в среде военных, путешественников и геологов.

Совет: Используйте наши строительные калькуляторы онлайн, и вы выполните расчеты строительных материалов или конструкций быстро и точно.

В Россию эта необычная идея перекочевала практически сразу по завершению конфликта в Эфиопии. Эту конструкцию для подачи воды с небольшой глубины описал К. И. Маслянников в своей книге о революционных на то время гидротехнических сооружениях. Первые пять пробных абиссинских скважин были пробиты недалеко от Царского Села. Две из них смогли предоставить пригодную для употребления воду.

Остальные колонны застряли в известняке, так и не достигнув водоносного слоя. Подача воды из скважины абиссинского колодца осуществлялась со скоростью 10 л/минуту. Мутная жижа, которая шла в начале, примерно через 30 минут становилась прозрачной и чистой водой.

С помощью скважины иглы можно преодолеть только начальные водоносные горизонты, находящиеся у поверхности. Как следствие, полученная таким образом вода обычно применяется в технических целях – полив огорода, уборка территории, замешивание различных строительных растворов и т.п. Чтобы довести качество воды до возможности использования ее для питья и готовки еды, в состав колонны вводят систему грубых и тонких фильтров, которые очищают воду от различных механических и химических примесей.

Конструктивные особенности

За 150 лет своего существования абиссинская буровая установка практически не изменилась. Были периоды, когда о ней вообще забывали, несмотря на выдающиеся эксплуатационные характеристики. В первую очередь выделяют простоту конструкции и высокую скорость обустройства скважины. Классические трубные и шахтные колодцы в этом отношении заметно отстают.

Схема абиссинки включает в себя два основных узла:

1. Буровой снаряд. Он состоит из пробивающего землю наконечника и ствола, который наращивается по мере заглубления. Внутри колонны имеется канал для подачи воды на поверхность земли. Она состоит из набора труб, а не цельного стержня.
2. Копер. Комплексный элемент, включающий металлический треножник и тяжелую болванку (она выполняет функцию ударника). Треножник в верхней точке оснащен парой блоков, через которые протянуты веревки, на них висит болванка.

Чтобы переместить болванку в верхнюю точку конструкции, веревки нужно натянуть. Их ослабление провоцирует стремительное падение груза вниз на размещенную под ним платформу, которая выполняет роль наковальни. Повторяя раз за разом это действие, добиваются постепенного заглубления колонны в землю. Платформа включает в себя два симметричных элемента. По площади соприкасающаяся с болванкой поверхность молота превосходит площадь платформы.

Погрузившийся в почву отрезок ствола освобождают от наставки (платформы). На него одевают сверху следующую часть колонны винтовым способом. После этого наковальню устанавливают на верхушку. Процедура заглубления колонны проводится до момента погружения нижней части скважины иглы внутрь водоносного горизонта. Этот слой нужно не просто пробить, но и углубиться в него, как минимум, на 1 м. Согласно нормативам, горизонт должен быть пересечен на 2/3 его мощности. Как правило, при проведении самостоятельного бурения провести необходимые расчеты практически нереально. Для этого потребуется специальные гидрогеологические изыскания.

По ходу процедуры необходимо периодически проверять, не появилась ли вода. Профессионалы используют для определения уровня воды в горизонте довольно простой прибор, который способен обеспечить необходимые замеры при глубине абиссинской скважины в пределах 15-ти метров. Речь идет о полом металлическом цилиндре (его называют «хлопушкой»). Внешне прибор напоминает перевернутый стальной стакан, для фиксации которого к рулетке используется петля.

Во время контакта нижней части хлопушки с поверхностью воды, раздается характерный хлопок - это признак того, что водоносный слой достигнут. Простейшую самодельную хлопушку изготовляют из крупной гайки, подвешенной плашмя на тонкий трос. В идеале гайку заменяют увесистым конусом из металла или пластика, он должен быть открытым с двух сторон. Иногда народные умельцы применяют еще одно остроумное приспособление для контроля бурения. В этом случае внутрь колонны помещается простая полимерная труба. На факт появления воды внутри шахты укажет хлопок.

Как изготовить колонну для абиссинской скважины

Отечественная промышленность не производит комплектующие для абиссинских колодцев. Все необходимые элементы приходится заказывать в мастерской или изготовлять собственноручно.

Для изготовления скважины иглы потребуются следующие материалы:

• Трубы ВГП с толстыми стенками (маркировка должна содержать термин «усиленные»). Предпочтения необходимо отдавать изделиям с наружным диаметром 25-40 мм. Важно учитывать, что при увеличении сечения ствола, для его забивания в землю придется прикладывать больше усилий. Дебит скважины вообще не зависит от толщины колонны.
• Стальной наконечник. Его вытачивают на токарном станке. Оптимальная длина насадки – 10-12 см, диаметр должен быть больше сечения трубы на 1-2 см. Это даст возможность избегать излишнего трения земли о колонну по ходу забивки. Форма наконечника может быть конической или пирамидальной. Главное, не использовать для этого сваренные трубки в виде клина.
• Сетка из стали, для изготовления которой применяется плотное галунное плетение. Из нее изготовляют дополнительный фильтр для защиты от попадания в колонну мелких песчинок и взвесей глины.

Колонну лучше всего изготавливать из бесшовного трубопроката, заливание которого обычно происходит без трещин. Труба разрезается на отдельные части длиной 1,2 – 1,5 м. На языке бурильщиков они называются штангами. Указанные размеры, как показывает практика, наиболее удобны при проведении бурильных работ. Точные размеры определяются на основании данных о предполагаемой глубине шахты. Последняя насадка должна иметь длину 1 м: ее применяют для финального заглубления в горизонт.

По мере заглубления по направлению к водоносу, колонна постепенно наращивается через последовательное навинчивание отрезков трубы. Соединение отдельных частей осуществляется винтовым способом, необходимую для этого сантехническую резьбу нарезают с помощью специальных приспособлений (достаточно по 7 витков). Для усиления соединения применяются стальные муфты. Чтобы соединение было герметичным, резьба прокладывается сантехнической паклей.

На начальный отрезок ствола приваривается наконечник и монтируется простейший фильтр. Этот блок будет отвечать за приемку воды. Нижнюю часть колонны оснащают серией отверстий диаметром 8-10 мм, сверлить рекомендуется в шахматном порядке. Шаг между условными горизонтальными рядами выбирается в районе 50 мм: слишком близкое расположение может уменьшить прочность колонны.

Расстояние от конца иглы до первой линии отверстий – 15 см, это дает возможность сохранить необходимую жесткость наконечника. По линии коммутации первого и второго звена колонны монтируется простейший обратный клапан. Обычно речь идет о шарике, через который вода может проходить только в сторону насоса.

Модификация фильтра

С помощью упомянутого выше фильтра получается создать защиту только от гравия и мелкой гальки. Что касается мелкого мусора, то он успешно преодолевает такое препятствие. По этой причине перфорированный отрезок трубы нуждается в некоторой доработке.

Технология модификации:

1. На трубу нужно намотать нержавеющую проволоку. Это позволит сделать площадь фильтровальной поверхности более обширной. Оптимальная дистанция между витками –3-5 мм.
2. Поверх оснащенной проволокой трубы намотать нержавеющую сетку. Ее фиксируют методом пайки к стенкам колонны. Разрешается применять только оловянный припой, т.к. свинцовые материалы содержат вредные для здоровья примеси. Попав в воду, они ухудшают ее качество.

Некоторые специалисты для усиления эффекта дополняют модернизацию фильтра за счет наружной укладки нержавеющей катанки. Есть у этого решения и противники, по их мнению наружные витки на первом участке во время заглубления обязательно открепятся, создав дополнительные препятствия при забивке.

В целом же усовершенствование фильтра дает возможность увеличить качество добываемой воды и защитить скважину от заиливания.

По ходу модернизации необходимо придерживаться следующих правил:

• Запрещается изготавливать сетчатый фильтр из латунной сетки. То же самое касается изделий из других цветных металлов. Если их спаять со сталью, получится гальваническая пара, она достаточно быстро выйдет из строя под воздействием коррозии.
• Сечение перфорированного участка, оснащенного дополнительным фильтром, должно слегка уступать диаметру наконечника. В противном случае возникнет реальная угроза по ходу забивки отсоединения фильтра от трубы.
• Нежелательно применять для изготовления буровой колонны и начального патрубка чугунные изделия, они слишком хрупкие для водоприемной части.
• Соединительные муфты должны быть максимально прочными. Лучше всего отдавать предпочтение надежной сертифицированной продукции, а не самодельным вариантом с некачественной резьбой. В случае разгерметизации соединений потребуется демонтаж иглы и еще одна проходка скважины.

В каких случаях используется абиссинский колодец

Чтобы обзавестись на своем участке абиссинским колодцем, кроме собственного желания и знания конструкции водозаборной установки, потребуется проведение геологических исследований. Очень важно, чтобы совпали необходимые условия для проведения бурильных мероприятий. Различные грунты отличаются по своим физико-механическим характеристикам. Имеется в виду их плотность, структура, степень твердости, химический состав и т.д.

Специальные таблицы содержат классификацию «буримости» грунтовых пород. Чтобы пройти песчаник и песок, используется различная комплектация инструментов и технологий бурения. Для проходки скального песчаника обычно применяют колонковую трубу, оснащенную коронкой из твердых сплавов. Водосодержащие пески хорошо поддаются ударно-канатному методу, для чего используется желонка.

Исходя из физико-механических характеристик, используется следующая классификация пород по степени их буримости:

• Твердые или скальные. Они склонны к раскалыванию, дроблению и медленному разрушению по ходу бурения абиссинского колодца. Процедуру данного типа необходимо осуществлять с высокой скоростью и давлением. В состав поверхностных твердых пород входят отложения известняков, песчаников, мергелей, доломитов и т.п.
• Пластичные. При разрезании этих пород ножом или буром не возникает никаких проблем. То же самое относится к использованию наконечника абиссинской иглы. Пластичные грунты включат в себя глину, суглинки, мягкие супеси.
• Сыпучие. Их особенностью является сложность удержания формы, из-за наличия в составе почвы несоединенных между собой частиц. Если в толще пылеватого грунта появляется много воды, он начнет «плыть». Сыпучие породы включают в свой состав все типы песков, гравий, гальку, дресвяно-щебнистые и другие схожие почвы.

Как правило, обычный владелец загородного участка не располагает необходимым бурильным оборудованием для проходки упомянутых выше пород. Исключение составляют только пластичные и сыпучие разновидности. Использовать для проходки твердых слоев наконечник абиссинской иглы нецелесообразно.

Если на пути шахты встретился крупный валун, лучше передвинуться в сторону для нового бурения, благо разборка водозаборной установки не занимает много времени. Попытки разбить большие камни, как правило, заканчиваются неудачей. Кроме ограничений по буримости, во время проведения работы необходимо учитывать высоту водоносного слоя на участке. Проблема заключается в ограниченности по высоте подъема воды (до 8 м), на который способны поверхностные насосы. Никакое другое помповое оборудование не в состоянии извлекать воду из тонкоствольной выработки.

Некоторые модели поверхностных насосов по документам способны поднимать воду на высоту 10 м. Однако важно помнить об обычных потерях давления внутри шахты и о том, что часть транспортируемой воды уходит в горизонтальном направлении. В пересчете на высоту, каждые 10 м такого участка отнимают у глубины всасывания 1 м. Кроме того, согласно инструкции, поверхностные помпы должны устанавливаться в закрытых помещениях (а это еще дополнительное расстояние от точки водозабора).

В тех случаях, когда абиссинская скважина в доме является единственным возможным вариантом подачи воды, а водоносный слой расположен на глубине 12-15 м, для поднятия жидкости применяют эрлифт или ручную помпу. Данные приспособления в состоянии поднимать воду на указанную высоту. Еще одним способом решения проблемы излишнего заглубления водоносного слоя является обустройство приямка. Для этого в самом начале забивки выкапывается шурф метровой глубины. Штанги погружают в таком случае, начиная со дна шурфа. По завершению работ проводится монтаж насоса в приямке.

Самостоятельные геологические изыскания

Несмотря на видимую простоту бурения абиссинской скважины, перед началом забивки необходимо тщательно подготовиться. Речь идет не только о приобретении всей необходимой комплектации штанг и стартовых звеньев с фильтром. Копер можно взять в аренду или изготовить самостоятельно.

Что касается геологических исследований, то действовать рекомендуется следующим образом:

• Некоторые данные об уровне грунтовки можно взять у соседей. Как правило, практически на каждом загородном участке имеется колодец или скважина. В качестве измерительного инструмента глубины обычно используют самодельную хлопушку. Кроме того, соседская скважина или колодец могут иметь технический паспорт с указанием всех нужных параметров. Там же можно узнать о специфике грунтовой породы.
• На равнинах пласты пород имеют практически горизонтальную ориентацию, с небольшими изгибами. Это дает возможность уровню грунтовой воды сохранять примерно одинаковую отметку. Обычно различия глубины возможны только там, где рельеф местности с перепадами.
• Важно помнить, что абиссинская скважина берет воду из верховодки. Иногда удается достать до следующего водоносного слоя пласта, расположенного под глиной или суглинком. Скальные водоупоры в этом случае исключены. Это обеспечивает нестабильность уровня воды в шахте, на этот показатель будут влиять такие факторы, как атмосферные осадки или весеннее снеготаяние. В засушливые периоды высота зеркала будет существенно снижаться. Информацию о перепадах уровня также можно выяснить у владельца уже существующего колодца или скважины.

Вопрос о геологических исследованиях является достаточно серьезным. Есть местности, где добыча воды осуществляется из крупных песков с большим числом крупных валунов. Дробление или извлечение подобных препятствий не всегда возможно, поэтому буровикам приходится сдвигать место выработки в сторону. Забивать колонну в таких условиях нет смысла, т.к. она скорее всего будет повреждена. Если опыт соседнего участка показал, что данная местность изобилует трещиноватыми доломитами, песчаниками и известняками, то от использования скважины-иглы лучше отказаться.

Если принимается решение во время сооружения абиссинского колодца использовать приямок, важно собрать информацию о структуре почвы и состоянии ее слоев. Это относится только к породам, расположенным на глубине шурфа. Присутствие в шахте сложных супесей, суглинков и чередующихся слоев требует дополнительного укрепления приямка. Шурфы в песках обычно усиливают дощатыми щитами или бетонной заливкой. Песчаная шахта демонстрирует неустойчивость, с постоянной угрозой обрушения и засыпания точки водозабора. Как правило, под завалом остается дорогостоящее насосное оборудование.

Точная информация о состоянии верхних слоев необходима также в тех случаях, когда начальная выработка будет преодолеваться шнеком. Подобная технология на порядок увеличивает скорость проведения работ, однако и риски создает довольно большие. Чтобы песчаные стенки не обваливались, используют обсадную трубу.

Итоги

Самым простым и недорогим способом получить воду из близкорасположенных водоносных слоев является обустройство абиссинского колодца. Для реализации подобного проекта не понадобится специальная дорогостоящая техника. Как правило, бурильные работы выполняются самостоятельно. Перед началом обустройства необходимо выяснить, как работает абиссинская скважина. Это даст возможность правильно оценить условия местности и специфику залегающих на участке грунтов. Если все сделать правильно, затраченные средства полностью окупятся в течение небольшого времени, а сам абиссинский колодец прослужит также долго, как и любой другой источник воды.