Boormethoden voor putten: technologische principes en bijzonderheden van de belangrijkste methoden

Het aanleggen van een waterwinput gaat gepaard met het gebruik van verschillende boormethoden. Losse en met water verzadigde grond wordt verwijderd met behulp van een beitel. Voor het boren door klei- en gesteentelagen worden boormethoden gebruikt die zijn gebaseerd op roterende en trillingsprincipes.

Bij het werk worden mechanismen gebruikt die het mogelijk maken om grond van verschillende typen en op verschillende diepten te bewerken. Wij vertellen u hoe u de optimale boortechnologie kiest waarmee u snel en feilloos de schacht kunt boren voor de aanleg van een waterwinning.

Ter verduidelijking van de door ons verstrekte informatie is de tekst aangevuld met nuttige schema's, fotocollecties en videogidsen.

Soorten boormethoden

Vroeger werd het boren van waterputten voor persoonlijk gebruik voornamelijk met de hand gedaan. Dit was een arbeidsintensief en langdurig proces, dus niet elke eigenaar van een perceel of vakantiehuis kon bogen op een eigen watervoorziening.

Geleidelijk aan heeft gemechaniseerd boren de handmatige methoden verdrongen door de aanzienlijke vereenvoudiging en versnelling van het proces.

Tegenwoordig worden vrijwel alle waterputten geboord met een gemechaniseerde methode, die is gebaseerd op het verpulveren van de grond en het naar de oppervlakte brengen ervan op een van de twee manieren: droog, waarbij de uitgegraven grond uit de put wordt verwijderd met behulp van mechanismen, en hydraulisch, waarbij deze wordt weggespoeld met water dat onder druk of door zwaartekracht wordt aangevoerd.

Er worden drie hoofdmethode van mechanisch boren onderscheiden:

• Roterend (grond wordt bewerkt door rotatie).
• Slagboren (het boorgereedschap verbrijzelt de grond met slagen).
• Trillend (grond wordt bewerkt door hoogfrequente trillingen).

De roterende methode wordt beschouwd als de meest productieve, met een efficiëntie die 3-5 keer hoger is dan die van slagboren en 5-10 keer hoger dan trillingsboren. Bovendien is de roterende methode het goedkoopst en het meest toegankelijk, en wordt deze vaak gebruikt als de belangrijkste methode voor handmatig boren.

Mechanische roterende boormethoden voor waterputten hebben de inefficiënte handmatige methoden vervangen

De roterende boormethode, die veel wordt gebruikt voor het aanleggen van waterputten, is op zijn beurt onderverdeeld in vier hoofdtypen boren:

• kernboren;
• schroefboren;
• slagkabelboren;
• rotorboren.

Elk type roterend boren heeft zijn eigen kenmerken en wordt uitgevoerd met speciaal daarvoor bestemde apparatuur. Laten we deze boormethoden nader bekijken, bepalen wat de verschillen zijn en welke methode in elk specifiek geval moet worden toegepast.

Specificaties van kernboring

Kernboren is een mechanische roterende methode waarbij klei- of dicht zandgrond in de vorm van een cilindrische kern wordt gewonnen. Het boorgereedschap voor kernboren is een dikwandige metalen buis.

Bovenaan het kernboorapparaat bevindt zich een inrichting voor het bevestigen van de stangen die nodig zijn voor het verlengen van de boorkolom. Onderaan bevindt zich een beitel, waarvan het type wordt gekozen op basis van de categorie grond die moet worden geboord.

Bij het boren met de kernmethode wordt de grond verbrijzeld door een ringvormige beitel. Het binnenste deel van de kern blijft daarbij onverbrijzeld. Om het boorproces in harde en halfharde leem, klei en gesteente te vergemakkelijken, wordt er spoelvloeistof op de bodem gebracht.

Bij kernboren wordt de grond niet verbrijzeld, maar 'uitgeboord' met de beitel en vastgegrepen door de kernbuis. Het verbrijzelde gesteente wordt naar de oppervlakte gebracht in de vorm van een kern - een monolithische cilindrische zuil van gesteente

Het boorgruis van de bodem wordt soms verwijderd door te spoelen - het in de schacht pompen van een grote hoeveelheid water. Vaak wordt spoelen vervangen door het uitblazen met perslucht, die door een compressor in de buis wordt gebracht. Dit type boren maakt het mogelijk putten te boren tot een diepte van 1000 meter en met een diameter van 8 tot 20 cm.

Mechanisch kernboren wordt uitgevoerd met boorinstallaties van het type ZIF, UGB, UKB, gemonteerd op voertuigen zoals KAMAZ, KRaZ, skidders, enz. In de variant voor handmatig boren wordt de kernboorbuis ingekort en een klok of glas genoemd. De kernboorbuis is constructief vergelijkbaar met dat laatste, een met de bodem naar boven gekeerd huishoudelijk voorwerp.

Kernboren wordt in de volgende gevallen gebruikt:

• prospectie van minerale grondstoffen;
• het boren van exploratieboorgaten;
• aanleg van waterputten van elke diepte, inclusief filterloze putten in gesteente.

Voor de aanleg van particuliere waterputten wordt in sommige gevallen de kernboormethode gebruikt voordat met schroef- of roterend boren wordt begonnen, en vervult deze tegelijkertijd een verkennende en voorbereidende rol.

Bij de aanleg van particuliere waterputten wordt kernboren in combinatie met kabel-slagboren gebruikt. Kleilagen worden doorboord met de kernboorbuis. Losse zanden, grind en keien met zandvulling, die niet in de kernboorbuis blijven hangen, worden uit de boorschacht verwijderd met behulp van een bailer.

Wat betreft efficiëntie is de kernboormethode enigszins inferieur aan de schroefboormethode voor waterwinningsputten. Met een schroefboor wordt sneller geboord, maar deze maakt het niet mogelijk de schacht volledig te ontdoen van het geboorde gesteente. Ze worden zelden in combinatie gebruikt. En als dat toch gebeurt, worden de eerste paar meters met de schroefboor geboord.

Boorkronen vernietigen de grond niet, maar snijden deze voorzichtig langs de omtrek uit, waarbij “pilaartjes” – boorkernen worden gevormd, door bestudering waarvan een hydrologisch profiel van het terrein kan worden opgesteld.

Gebruikte apparatuur en gereedschappen

Voor kernboren worden de volgende gereedschappen gebruikt:

• boorbits van diamant of ander hardmetaal (staal, wolfraam, pobedit);
• kernboorbuis;
• slibafvoerbuis;
• boorstangen voor het verlengen van de boorkolom;
• koppelingen, verloopstukken tussen buizen, spoelpakking.

Bij het boren in gesteente verslijt de boorbit snel en moet worden vervangen. Het materiaal van de boorbit is kostbaar en bestand tegen enorme belastingen; de meest voorkomende zijn diamanten boorvarianten.

Alle tijdens het boorproces gebruikte gereedschappen moeten coaxiaal zijn, d.w.z. precies ten opzichte van de booras zijn uitgelijnd.

Technologie van kernboring

Het belangrijkste kenmerk van kernboren is het doorboren van gesteente met volledig behoud ervan in de kernboorbuis. Dat wil zeggen, tijdens het werken van de boorapparatuur vernietigt de boorbit de grond in een ring, die naarmate deze dieper wordt, in de kernboorbuis wordt geduwd en daarin wordt vastgehouden door zijn eigen dichtheid.

Bij het verwijderen van de gevulde buis uit de boorschacht, wordt deze van de kern bevrijd door er met een voorhamer op te tikken.

Het stapsgewijze proces van kernboren ziet er als volgt uit:

• de boorbit wordt met de kernboorbuis verbonden;
• de kernboorbuis wordt verbonden met de boorstangen, die naarmate de diepte toeneemt worden verlengd;
• de bovenste stang wordt in de boormachine bevestigd;
• de boormachine draait de boorkolom en “schroeft” deze geleidelijk de grond in;
• de kernbuis vult zich geleidelijk met kern – de grond die in de holte is vastgelopen;
• na het boren van 50 – 70 cm wordt de boorkolom naar de oppervlakte gehaald, de stangen worden één voor één losgekoppeld totdat de kernbuis wordt verwijderd;
• de buis wordt van het geboorde gesteente ontdaan;
• het lege boorgereedschap wordt weer op de bodem neergelaten, waarbij de boorkolom met stangen wordt verlengd.

De handelingen worden in de beschreven volgorde uitgevoerd totdat de put de watervoerende laag heeft bereikt en 50 cm in de onderliggende ondoorlatende laag is doorgedrongen.

Als het vaststellen van de bovenste watervoerende laag niet het doel van de boring is, kunnen de bovenste lagen met spoeling worden geboord. In dit geval pompt de pomp spoelvloeistof via een slang in de buizen. Vervolgens voert de vloeistof het losgeboorde materiaal naar de oppervlakte.

Als het doel van de put niet de watervoerende laag in zandafzettingen is, kan het boren tot het bereiken van gesteente met spoeling worden uitgevoerd

Grote voor- en nadelen

In vergelijking met de kabel-slagmethode en de roterende methode van mechanisch boren, wordt kernboring vrij snel uitgevoerd, wat de werktijd aanzienlijk verkort. Het grootste nadeel – het onvermogen om losse grond en met water verzadigde grindlagen op te halen. Het vordert traag in gesteente, voor het doorboren van keien is een beitel nodig.

Tot de voordelen van kernboring behoren:

• een hoge productiviteit en de mogelijkheid om putten te boren met een diepte van meer dan 100 m;
• vermindering van belastingen op de boorapparatuur door het breken van kleiachtig gesteente, vergelijkbaar met het wegsnijden ervan;
• de mogelijkheid om een mobiele boorinstallatie met compacte afmetingen te gebruiken.

Kernboring – is een van de snelste methoden voor het ontwikkelen van waterwinningswerken. Een zandput kan met deze methode in één werkdag worden geboord. Een handmatig ontwikkelde waterwinningswerk zal veel meer tijd in beslag nemen.

Kenmerken van schroefboring

Dit type boring wordt tegenwoordig het meest gebruikt bij de aanleg van waterputten in particuliere huishoudens. Het kenmerk van schroefboring is dat het geboorde gesteente volledig uit de schacht wordt verwijderd zonder extra apparatuur. De methode lijkt op het indraaien, maakt het mogelijk om in de diepte te boren en tegelijkertijd ongewenste grond te verwijderen.

Het voor het boren gebruikte gereedschap heet een schroef. Het is een metalen staaf met schoepen. Terwijl het de grond in draait, verbrijzelt de schroef het gesteente, dat op de schoepen blijft zitten. Vanwege de specifieke constructie is het met de schroef niet mogelijk om de boorbodem volledig van los materiaal te ontdoen. Daarom wordt deze hoofdzakelijk gebruikt voor het doorboren van de bovenste lagen.

Boren met behulp van een schroef – een snelle en goedkope methode, die geen organisatie van een reservoir voor spoelvloeistof vereist

Boren met behulp van een schroef vereist geen grote inspanning en financiële kosten, daarom is het toepassingsgebied van deze methode vrij breed: geologische exploratieputten, aanleg van nutsvoorzieningen, constructie van boorpalen en gedeeltelijk boren naar water.

Het wordt nu actief gebruikt voor de aanleg van Abessijnse putten, om de naaldput niet volledig in dichte grond te hoeven slaan, maar het proces van het inbrengen van de schacht in vooraf gebroken gesteente enigszins te vergemakkelijken.

De methode is geschikt voor het ontwikkelen van waterhoudende putten met een diepte tot 30 m in zachte en losse grond en tot 20 m in middelmatig dichte grond. Na het boren met de schroef en het plaatsen van de bekisting, moet de putschacht worden gereinigd met een bailer van niet verwijderd gesteente.

De schroef is absoluut niet geschikt voor werk in rotsachtige gesteenten! Het wordt gebruikt voor gedeeltelijk boren van putten tot 120 m, waarbij deze methode wordt gecombineerd met andere: roterend, slagkabel, kernboren.

Ingeschakelde apparatuur en gereedschappen

Schroefboren wordt uitgevoerd met een boorinstallatie, waarvan het belangrijkste element een schroefvormig boorgereedschap is, gemaakt van zeer sterk metaal. De boorkolom wordt naarmate deze dieper gaat, verlengd met schroeven van gelijke grootte.

In de set worden soms bladvormige beitels gebruikt, die nodig zijn voor het doorboren van losse gesteenten, evenals beitels met ronde of kegelvormige koppen, gebruikt voor het ontwikkelen van harde gesteenten.

Een boorinstallatie op basis van een auto, uitgerust met een krachtige motor – een optimale optie voor boren op moeilijk bereikbare en afgelegen plaatsen.

De meeste moderne boorinstallaties zijn uitgerust met holle projectielen, voorzien van reversibele sloten die beweging van het gereedschap in de tegenovergestelde richting voorkomen.

De snijdelen van de schroef koelen tijdens het boren af door de bewerkte grond, en het bewerkte gesteente stijgt omhoog langs de spiralen. Dit maakt het mogelijk om ononderbroken te boren, waardoor de tijd en energie die nodig zijn voor het aanleggen van een waterhoudende put aanzienlijk worden verminderd.

Technologie van schroefboring

Na het uitvoeren van een doorgang met een diepte van 1,5 – 2,0 m, wordt de schroef verwijderd en worden in het boorgat buisvormige bekledingen geplaatst. De diameter van de waterwinningsput, geboord met een schroef, bedraagt 50 – 200 mm en is afhankelijk van de grootte van het gebruikte gereedschap.

Het instorten van de wanden van de put wordt voorkomen door buisvormige bekledingen. Dit is vooral belangrijk voor losse, niet-samenhangende gronden, daarom geldt er bij boormeesters een regel: gebruik bij het boren in zandige leem en leem schroeven met bladen onder een hoek van 30 – 60º, en bij het boren in dicht gepakte zanden gereedschap met bladen onder een hoek van 90º.

Bij een kleinere helling van de windingen van de schroefspiraal brengt de schroef meer niet-samenhangend afval naar de oppervlakte.

Schroefboren vereist geen gebruik van spoelvloeistof; het gesteente dat met de beitel is losgemaakt, wordt naar de oppervlakte gebracht op de bladen van het gereedschap.

Voor- en nadelen van het gebruik van een schroefboor

De schroefboormethode maakt het mogelijk om een put zo snel mogelijk te plaatsen, op voorwaarde dat de grootte van de schroef en de hellingshoek van de beitel correct zijn gekozen.

Tot de voordelen van schroefboren behoren:

• de grond wordt onmiddellijk tijdens het boren naar de oppervlakte gebracht;
• hoge snelheid van het boren in de grond zonder technologische stops;
• geen noodzaak om de boorstreng te spoelen;
• met een compacte schroefinstallatie of een handmatige schroef kan er binnen in huis (in de kelder) worden geboord;
• geen noodzaak om de eerste schakel naar de oppervlakte te brengen en de boorkolom te demonteren/monteren zoals bij de kernboormethode.

Het grootste nadeel van schroefboren is de onmogelijkheid om te werken in losse en zeer harde gronden, maar tegelijkertijd is de schroef een ideaal gereedschap voor boren in leemachtige, gemengde (klei en zandige leem) en zachte kleigronden.

Nog een nadeel dat het gebruik van een schroef voor de aanleg van waterhoudende putten beperkt, is de noodzaak om de kabel-slagmethode toe te passen voor het reinigen van de boorstreng van het losgemaakte gesteente.

Het equivalent van de schroef – de spiraalboor wordt veel gebruikt bij handmatig boren. Het verbrijzelt op dezelfde manier het gesteente en grijpt het met de bladen om het naar boven te halen.

Kenmerken van roterend boren

Roterend boren is een methode van roterend-vibrerend boren, waarbij het gesteente wordt verbrijzeld met behulp van een beitel die in de bodem van de put in beweging wordt gebracht door de rotor van de boorinstallatie. De rotor wordt aangedreven door de motor van een auto of een apart geïnstalleerde elektromotor via een aandrijfas.

Het losgemaakte gesteente wordt uit de putschacht gespoeld door middel van directe of omgekeerde circulatie. De spoelvloeistof kan zowel door zwaartekracht als door een pompstation worden toegevoerd.

De meeste artesische putten worden geboord met behulp van de roterende boormethode: met behulp van een boorbeitel die door een rotor wordt rondgedraaid, gevolgd door het spoelen van het boorgat en het plaatsen van mantelbuizen.

Roterend boren wordt toegepast voor het bewerken van rots- en halfrotsachtige bodems bij het aanleggen van diepe putten tot 150 m. Een roterende boorinstallatie met een correct gekozen beitel en verzwaarde boorstangen kan uitstekend overweg met rotsformaties.

Boorspecialisten adviseren deze boormethode te gebruiken onder de volgende voorwaarden:

1. De hydrogeologische doorsnede van het terrein is voldoende onderzocht. Het is bekend dat er in rotsformaties geboord moet worden. Het niveau van de watervoerende zone in het gesteente is bekend.
2. Het grondwater heeft een druk die kenmerkend is voor artesische putten.
3. Er is de mogelijkheid om ononderbroken technisch water aan te voeren voor het spoelen van het boorgat.

In zuidelijke regio's kan het hele jaar door roterend worden geboord, maar in een noordelijk klimaat is de toepassing van deze methode beperkt vanwege de kans dat de spoelvloeistof bevriest.

Toegepaste apparatuur en gereedschappen

Roterend boren van waterputten gebeurt met behulp van een frame- of tralieboorstelling, waarop het hijsgereedschap en de overige componenten van de boorinstallatie zijn geplaatst. De boorstelling maakt het mogelijk om boorkolommen in de put te heffen en te laten zakken.

Een boorinstallatie van het roterende type bestaat uit:

• een frame- of tralieboorstelling;
• een motor met aandrijving;
• een rotor en een boorkolom;
• pompapparatuur en een systeem voor het reinigen van de spoelvloeistof;
• hijsgereedschap, een drukleiding, een zwenkovergang, pakkingen, enz.

In zelfrijdende installaties wordt de verbrandingsmotor van het voertuig gebruikt als motor, waarop het boorcomplex is geplaatst. In dit geval worden de toerentallen van het boorgereedschap geregeld door het motorvermogen.

Als energiebron voor de roterende boorinstallatie kan een stationaire of mobiele elektromotor, de verbrandingsmotor van een voertuig, of generatoren dienen.

De rotor brengt via een tandwieloverbrenging de rotatie over op de aandrijfbuis, die deze op zijn beurt overbrengt op het eigenlijke boorgereedschap – de beitel. De beitel kan verschillende vormen hebben en wordt vervaardigd uit zeer sterke materialen: composieten, staal met diamantcoating, enz.

Voor elk type bodem wordt een specifieke maat en vorm van de beitel gekozen, wat zorgt voor een hoge efficiëntie en boorsnelheid.

Eigenaardigheid van roterende technologie

Het rotorboren van waterputten gebeurt in drie fasen:

1. Het verbrijzelen van gesteente met behulp van een beitel.
2. Het afvoeren van het verbrijzelde gesteente naar het oppervlak door een stroom van ingepompt water.
3. Het versterken van de putwanden met behulp van bekistingsbuizen.

Het afvoeren van het verbrijzelde gesteente gebeurt door middel van tegenstroom- of gelijkstroomspoeling. De keuze van de spoelmethode hangt af van de specifieke omstandigheden: de diepte van de put, het type grond, de beschikbaarheid van het benodigde volume spoelwater.

In particuliere huishoudens wordt doorgaans de boortechniek met gelijkstroomspoeling gebruikt, die de volgende fasen omvat:

• het in de grond laten zinken van een beitel met grote diameter;
• het draaien van de beitel onder invloed van de rotor;
• het plaatsen van boorbuizen en het monteren van verzwaarde buizen tussen deze en de beitel;
• het verwijderen van het verbruikte gesteente door vloeistofdruk met behulp van een pomp;
• het monteren van een bekistingsbuis om te voorkomen dat de grond in de put afbrokkelt;
• het boren met een beitel van kleinere diameter en het herhalen van de hele cyclus.

Bij tegenstroomspoeling wordt het gesteente uit de put afgevoerd via de buizen van de boorkolom, terwijl de spoelvloeistof tussen de putwanden en de buizen wordt gegoten.

Het water stroomt door zwaartekracht in een vooraf voorbereid reservoir, waar het wordt gereinigd van gesteente en slib, en keert terug naar de boorkolom voor een nieuwe portie verbruikt gesteente.

In sommige gevallen wordt bij het uitvoeren van rotorboren geen gelijkstroom- of tegenstroomspoeling toegepast, maar een luchtblazing onder druk, gecreëerd met behulp van een compressor.

Voor- en nadelen van roterend boren

Het belangrijkste voordeel van de rotormethode is de mogelijkheid om diepe putten te boren met waterwinning uit gebroken kalksteen.

Daarnaast heeft deze boormethode de volgende voordelen:

• hoge kwaliteit van het aansnijden van de watervoerende laag in vaste rotsgesteenten;
• mogelijkheid om een put met een grote diameter tot 200 cm aan te leggen;
• hoge boorsnelheid, lage energiekosten.

Een belangrijk nadeel van rotorboren is de noodzaak van het organiseren van de putspoeling.

Welke boormethode kiest u?

Alle besproken methoden van mechanisch boren worden veel gebruikt voor het aanleggen van waterhoudende putten.

Samenvattend kan gezegd worden dat:

1. Kernboren is geschikt voor gebruik in plastische kleigronden. De kernboormethode is geschikt voor de meeste waterwinningswerken, en wordt indien nodig in combinatie met het slag-kabelboren gebruikt.
2. Schroefboren is qua toepassingsgebied vergelijkbaar met de kernboormethode. Het verschilt ervan door een slechte reiniging van de boorschacht en vereist het verplichte gebruik van een bailer of langdurig spoelen van de put voor ingebruikname.
3. Rotaryboren – de optimale optie voor het doorboren van boorschachten in rotsachtige grond.

De kosten van het ontwikkelen van een put met behulp van een bepaalde boormethode hangen grotendeels af van de gebruikte apparatuur en ook van de categorieën van doorboorde gesteenten op basis van boorbaarheid.

Een correct gekozen boormethode voor de put helpt niet alleen de tijdskosten voor het boren te verlagen, maar maakt het ook mogelijk om de waterbron in de toekomst zonder problemen te exploiteren.

Over hoe u een boortoren met uw eigen handen kunt maken, kunt u lezen in een ander populair artikel op onze site.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video #1. Demonstratie van het principe van klassiek kernboren met extractie van de kern door waterdruk:

Video #2. Kenmerken van het boren van een put met een schroef:

Video #3. Kernboren van een put met spoeling van de boorvloer en installatie van dubbele voering, waarvan het buitenste deel is gemaakt van stalen buizen en het binnenste van polymeer:

Het boren van een waterput – een arbeidsintensief proces. Van de juistheid van de gekozen boormethode hangt niet alleen de snelheid van de aanleg van een autonome waterbron af, maar ook de financiële kosten.

Het eerste waar u op moet letten bij het kiezen van een boormethode, is het type grond en de diepte van de watervoerende laag. Op basis van deze parameters kunt u de optimale optie kiezen waarmee u snel en goedkoop een put kunt boren.

Wilt u een verhaal delen over het boren van een put op uw eigen terrein of nuttige informatie over het onderwerp van het artikel? Laat dan uw reacties achter in het onderstaande blok. Hier kunt u ook een vraag stellen of wijzen op controversiële punten in de tekst.