Metoder til boring af brønde: teknologiske principper og funktioner ved de vigtigste metoder

Konstruktionen af en vandindtagsbrønd involverer anvendelse af forskellige boremetoder. Løs og vandmættet jord fjernes ved hjælp af en skovl. Til gennemtrængning af ler- og klippejord anvendes boremetoder baseret på rotations- og vibrationsprincippet.

Arbejdet involverer mekanismer, der gør det muligt at bearbejde forskellige jordtyper og i forskellig dybde. Vi vil fortælle dig, hvordan du vælger den optimale boreteknologi, der gør det muligt hurtigt og fejlfrit at gennemføre udgravningen til en vandindtagsbrønd.

For en tydelig fremstilling af den information, vi tilbyder, er teksten suppleret med nyttige diagrammer, fotosamlinger og videoguides.

Typer af boremetoder

Tidligere blev boring af vandboringer til privat brug hovedsageligt udført manuelt. Det var en besværlig og tidskrævende proces, så ikke alle grundejere eller sommerhusejere kunne prale af at have deres egen vandforsyningskilde.

Gradvist erstattede mekaniseret boring de manuelle metoder på grund af betydelig lettelse og acceleration af processen.

I dag bores næsten alle vandboringer mekanisk, hvilket er baseret på at knuse jorden og føre den til overfladen på en af to måder: tør, hvor den brugte jord fjernes fra boringen ved hjælp af mekanismer, og hydraulisk, hvor den skylles ud med vand, der tilføres under tryk eller ved tyngdekraft.

Der skelnes mellem tre grundlæggende mekaniske boremetoder:

• Rotations (jorden bearbejdes ved rotation).
• Slag (boreapparatet knuser jorden med slag).
• Vibrations (jorden bearbejdes ved højfrekvente vibrationer).

Rotationsmetoden anses for at være den mest effektive, 3-5 gange mere effektiv end slagmetoden og 5-10 gange mere end vibrationsmetoden. Desuden er rotationsmetoden den billigste og mest tilgængelige, og den bruges ofte som den primære metode til manuel boring.

Mechaniske roterende metoder til vandbrøndboring har erstattet ineffektive manuelle metoder

Roterende boring, som er meget udbredt til konstruktion af vandbrønde, opdeles i fire hovedtyper:

• kerneboring;
• skrueboring;
• slaglodsboring;
• rotaryboring.

Hver type rotationboring har sine egne særtræk og udføres med specialudstyr. Lad os se nærmere på disse boringstyper, finde forskellene og bestemme, hvilken metode der skal anvendes i hvert enkelt tilfælde.

Specifikationer for kernboring

Kerneboring er en mekanisk rotationsmetode, hvor ler- eller tæt sandjord udvindes i form af en cylindrisk kerne. Boreapparatet til kerneboring består af et tykvægget metalrør.

Øverst på kerneboreapparatet er der en anordning til tilslutning af borestænger, der er nødvendige for at forlænge borestrengen. I bunden er der en borkrone, hvis type vælges afhængigt af jordlagets kategori.

Ved kerneboring nedbrydes jorden af en ringformet borkrone. Den indre del af kernen bevares ubrudt. For at lette boringen i hårde og halvhårde lerjorde, ler og klipper tilføres der skyllevæske til borebunden.

Ved kerneboring nedbrydes jorden ikke, men “udbores” af borkronen og opsamles i kerneboretrøret. Den borede bjergart bringes op til overfladen som en kerne – en monolitisk cylindrisk søjle af bjergart.

Boreslam fra borebunden fjernes undertiden ved skylning – ved at pumpe en stor mængde vand ind i borerøret. Oftere erstattes skylning med trykluft, der blæses ind i røret fra en kompressor. Denne boringstype gør det muligt at bore brønde ned til 1000 meters dybde og med en diameter på 8 til 20 cm.

Mekanisk kerneboring udføres med boremaskiner af typen ZIF, UGB, UKB, monteret på lastbiler som KAMAZ, KRaz, skovtraktorer osv. I varianten til manuel boring forkortes kernerøret, og kaldes en klokke eller et bæger. Med sidstnævnte, en hverdaggenstand vendt på hovedet, er kernerøret konstruktionsmæssigt lig.

Kerneboring anvendes i følgende tilfælde:

• efterforskning af mineraler;
• boring af efterforskningsbrønde;
• anlæggelse af vandførende brønde af enhver dybde, herunder filterløse brønde i klippegrund.

Ved anlæggelse af private vandbrønde anvendes kerneboring i nogle tilfælde før skrue- eller rotorboring, idet den samtidig udfører en efterforsknings- og forberedende rolle.

Ved anlæggelse af private brønde anvendes kerneboring i kombination med slagreboring. Lerlag gennemgås med kernerør. Sand af løs sammensætning, grus og sten med sandfyld, som ikke holdes tilbage i kernerøret, udtages fra skakten med en bailer.

Effektivitetsmæssigt er kernemetoden noget ringere end skruemetoden til boring af vandindvindingsbrønde. Med skruen bores hurtigere, men den tillader ikke fuldstændig at rense skakten for boret materiale. De bruges sjældent sammen. Og hvis det endelig sker, passerer skruen de første par meter.

Kronerne ødelægger ikke jorden, men skærer den forsigtigt ud langs perimeteren og danner “stænger” – kærner, ved at studere hvilke man kan udarbejde et hydrologisk profil af området.

Anvendt udstyr og værktøj

Til kerneboring anvendes følgende værktøj:

• borekroner af diamant eller andet hårdmetal (stål, wolfram, pobedit);
• kernerør;
• rør til bortledning af slam;
• stænger, som kræves til forlængelse af borestrengen;
• muffesamlinger, adaptere mellem rør, vaskepakning.

Ved boring i klippegrund slides borekronen hurtigt og skal udskiftes. Kronens materiale – dyrt, modstår enorme belastninger, mest udbredt er diamantborevarianter.

Alle værktøjer, der anvendes under boreprocessen, skal overholde koaksialitet, dvs. placeres nøjagtigt i forhold til boreaksen.

Kerneboringsteknologi

Hovedkendetegnet ved kerneboring – gennemgang af bjergarten med fuld bevarelse i kernerøret. Dvs. under boringen ødelægger kronen jorden i en ring, som efterhånden som den trænger ned, presses ind i kernerøret og holdes der på grund af sin egen tæthed.

Ved udtrækning af det fyldte rør fra skakten, tømmes det for kærnen ved at banke med en forhammer.

Trinvis proces for kerneboring ser således ud:

• borekronen forbindes med kernerøret;
• kernerøret forbindes med stænger, som forlænges efterhånden som dybden øges;
• øverste stang fastgøres i boremaskinen;
• boremaskinen roterer boret og “skruer” det gradvist ned i jorden;
• kerneboret fyldes gradvist med kerne – jord, der har fastklemt sig i hulrummet;
• efter at have gennemboret 50 – 70 cm trækkes boret op til overfladen, og stængerne adskilles én efter én, indtil kerneboret er trukket ud;
• røret tømmes for det opborede materiale;
• det tømte borehoved sænkes igen ned i hullet, mens borestrengen forlænges med stænger.

Handlingerne udføres i den beskrevne rækkefølge, indtil boringen når den vandførende horisont og er gået 50 cm ned i den underliggende vandtætte jord.

Hvis det ikke er målet at nå den øvre vandførende horisont, kan de øverste lag bores med spuling. I dette tilfælde pumper pumpen skyllevæske ind i rørene via en slange. Derefter bringer væsken den udborede jord til overfladen.

Hvis formålet med boringen ikke er at nå en vandførende sandaflejring, kan boringen indtil fjeldlagene foretages med spuling.

Væsentlige fordele og ulemper

Sammenlignet med slagline- og rotationsboring udføres kerneboring forholdsvis hurtigt, hvilket væsentligt forkorter arbejdstiden. Dets største ulempe – manglende evne til at håndtere løs jord og vandmættet småsten. Det skrider langsomt frem i fjeld, og for at bore igennem klippeblokke kræves en mejsel.

Fordelene ved kerneboring inkluderer:

• høj produktivitet og mulighed for at bore huller dybere end 100 m;
• reduktion af belastningen på boreudstyret ved at nedbryde lerjorden på en måde, der kan sammenlignes med at skære den ud;
• mulighed for at anvende en mobil boremaskine med kompakte dimensioner.

Kerneboring – er en af de hurtigste metoder til at etablere vandindtagsboringer. En sandbrønd kan med denne metode opnås på én arbejdsdag. En manuelt udført vandindtagsboring vil tage meget længere tid.

Kendetegn ved sneglboring

Denne type boring bruges i dag oftest til etablering af vandbrønde på private ejendomme. Det særlige ved snegleboring er, at den udborede jord fjernes helt fra borehullet uden brug af ekstra udstyr. Metoden minder om indskruning og gør det muligt at bore i dybden og samtidig fjerne overskydende jord.

Værktøjet, der bruges til boring, kaldes en snegl. Det er en metalstang med skovlblade. Når sneglen skrues ned i jorden, nedbryder den jorden, som samler sig på dens blade. På grund af snekglens konstruktion er det ikke muligt at fjerne alt materiale fra bunden. Derfor bruges den hovedsageligt til at bore gennem de øverste lag.

Boring ved hjælp af skrue – en hurtig og billig metode, der ikke kræver et reservoir til skyllevæske

Boring med skrue kræver ikke store kræfter og finansielle omkostninger, derfor er anvendelsesområdet ret bredt: geologiske undersøgelsesbrønde, kabelføring, etablering af borede pæle og delvis vandboring

Det bruges nu aktivt til etablering af abessinske brønde, for ikke helt at hamre nålebrønden ned i tæt jord, men lette processen med at nedsænke skaftet i forud knust sten

Metoden er egnet til udvikling af vandførende brønde op til 30 m dybde i bløde og løse jordarter og op til 20 m i mellem-kompakte. Efter skrueboring og installation af foringsrør skal brøndens skaft renses med en bailer for ikke-udvundet materiale

Skruen er absolut ikke egnet til arbejde i klippefyldte bjergarter! Den bruges til delvis gennemføring af brønde op til 120 m, og denne metode kombineres med andre: rotary, slagtovsboring, kernedrivning

Anvendt udstyr og værktøj

Skrueboring udføres med en borerig, hvis hovedelement er et boreværktøj af skruetypen, lavet af højstyrke metal. Borestrengen forlænges med jævne mellemrum med skruer af samme størrelse

I sættet anvendes undertiden vingebits, der er nødvendige til passage af løse lag, samt bits med runde eller koniske hoveder, der bruges til at bearbejde hårde lag

Borerig baseret på en bil udstyret med en kraftig motor – optimalt til boring på svært tilgængelige og fjerne steder

De fleste moderne borerigge er udstyret med hule stænger med reverserende låse, der forhindrer værktøjet i at bevæge sig tilbage

Skruens skærende dele køles ned af den bearbejdede jord, og den udgravede sten stiger op ad spiralerne. Dette gør det muligt at bore uden stop, hvilket betydeligt reducerer tids- og energiforbruget til etablering af en vandførende brønd

Teknologi for sneglboring

Efter at have nået en dybde på 1,5–2,0 m, trækkes sneglen op, og der installeres foringsrør i borehullet. Diameteren på vandindtagsboringen, der er boret med snegl, er 50–200 mm og afhænger af størrelsen på det anvendte værktøj.

Foringsrør forhindrer sammenstyrtning af borehullets vægge. Dette er især vigtigt i løse, ikke-sammenhængende jordarter, så borefolk har en regel: Brug snegle med vingevinkel på 30–60º ved boring i sandblandet ler og muldjord, og ved boring i fast sand brug værktøj med vingevinkel på 90º.

Ved en mindre hældning af sneglens spiral bringer sneglen mere ikke-sammenhængende opgravningsmateriale op til overfladen.

Snegleboring kræver ikke brug af skyllevæske; den jord, der er brudt op med mejslen, bringes op til overfladen på værktøjets vinger.

Fordele og ulemper ved at bruge snegl

Snegleboringsmetoden gør det muligt at etablere et borehul meget hurtigt, forudsat at sneglens størrelse og mejslenes hældningsvinkel er valgt korrekt.

Fordelene ved snegleboring omfatter:

• jorden bringes op til overfladen umiddelbart under boringen;
• høj hastighed ved indtrængning i jorden uden tekniske stop;
• ingen behov for at skylle borehullets skaft;
• med en kompakt snegleenhed eller en håndsnegl kan der bores indendørs (i kælderen);
• ingen behov for at hente det første led op til overfladen og adskille/samle borestrengen som ved kernemetoden.

Den største ulempe ved snegleboring er, at det ikke er muligt at arbejde i løs sand og meget hårde jordarter, men samtidig er sneglen det ideelle værktøj til boring i lerjord, blandede (ler og sandblandet) og bløde lerjordarter.

Endnu en ulempe, der begrænser brugen af snegl til vandboringer, er behovet for at anvende slagline-metoden til at rense skaftet for opgravet materiale.

En analog til snegl – spiralbor anvendes bredt ved håndboring. Den knuser jorden på samme måde og griber den med vingerne for at bringe den op.

Karakteristik af rotationsboring

Roterende boring er en metode med roterende-vibrerende boring, hvor jorden brydes ved hjælp af en mejsel, der bevæges nede i borehullet af boreudstyrets rotor. Rotoren drives af en bilmotor eller en separat elektrisk motor via en drivaksel.

Den brudte jord skylles ud af borehullets skakt ved direkte eller omvendt skylning. Skyllevæsken kan tilføres enten ved gravitation eller via en pumpestation.

De fleste artesiske boringer udføres ved hjælp af rotaryboring: med et borekrone, der roteres af en rotor, efterfulgt af rensning af boringen og montering af foringsrør.

Rotaryboring anvendes til bearbejdning af klippe- og halvklippejord ved anlæggelse af dybe boringer op til 150 m. En rotaryboremaskine med et korrekt valgt borekrone og tunge borerør klarer sig fremragende i klippeformationer.

Boreeksperter anbefaler at bruge denne boremetode under følgende betingelser:

1. Den hydrogeologiske profil af området er tilstrækkeligt undersøgt. Det vides, at der skal bores i klippeformationer. Grænsen for grundvandszonen i grundfjeldet er kendt.
2. Grundvandet har et tryk, der er karakteristisk for artesiske boringer.
3. Der er mulighed for uafbrudt levering af teknisk vand til rensning af boringen.

I sydlige områder kan rotaryboring udføres året rundt, mens anvendelsen af denne metode i nordligt klima er begrænset på grund af risikoen for, at boremudderet fryser.

Anvendt udstyr og værktøj

Rotaryboring af vandførende boringer udføres med en ramme- eller gittermast, hvorpå løfteudstyret og de øvrige elementer af boreriggen er placeret. Masten gør det muligt at hæve og sænke borestrengen i boringen.

En rotaryboremaskine består af:

• ramme- eller gittermast;
• motor med drev;
• rotor og borestreng;
• pumpeudstyr og system til rensning af boremudder;
• løfteudstyr, trykledning, svirvel, pakdåser osv.

I selvkørende enheder bruges bilens forbrændingsmotor som motor, på hvis basis borkomplekset er placeret. I dette tilfælde reguleres boreværktøjets omdrejningshastighed af motorens effekt.

Som energikilde for en rotaryboremaskine kan anvendes en stationær eller mobil elektrisk motor, bilens forbrændingsmotor, generatorer

Rotoren overfører ved hjælp af et tandhjul rotation til drivrøret, som igen overfører det til hovedboreværktøjet – borekronen. Borekronen kan have forskellige former og er fremstillet af højstyrkematerialer: kompositter, stål med diamantbelægning osv.

For hver jordtype vælges en bestemt størrelse og form på borekronen, hvilket sikrer høj effektivitet og gennemtrængningshastighed.

Særpræg ved rotationsteknologi

Roterende boring af vandbrønde udføres i tre faser:

1. Nedbrydning af bjergarten ved hjælp af en mejsel.
2. Transport af den nedbrudte bjergart til overfladen ved hjælp af en strøm af indpumpet vand.
3. Forstærkning af brøndens vægge med foringsrør.

Transport af den nedbrudte jord sker ved omvendt eller direkte skylning. Valget af skyllemetode afhænger af de specifikke forhold: brøndens dybde, jordtypen og tilgængeligheden af den nødvendige mængde skyllevand.

Som regel anvendes der i private husholdninger boringsteknologi med direkte skylning, som omfatter følgende trin:

• neddybning af en mejsel med stor diameter i jorden;
• rotation af mejselen under påvirkning af rotoren;
• installation af borerør og montering af tunge rør mellem dem og mejselen;
• fjernelse af brugt jord ved væsketryk ved hjælp af en pumpe;
• montering af foringsrør for at forhindre jord i at falde ind i brønden;
• boring med en mejsel med mindre diameter og gentagelse af hele cyklussen.

Ved omvendt skylning transporteres jorden ud af brønden gennem rørene i borekolonnen, og skyllevæsken hældes mellem brøndens vægge og rørene.

Vandet løber af sig selv ned i en forberedt tank, hvor det renses for jord og slam, og vender tilbage til borekolonnen for en ny portion brugt bjergart.

I nogle tilfælde anvendes der ved roterende boring ikke direkte eller omvendt skylning, men luftgennemblæsning under tryk skabt af en kompressor.

Fordele og ulemper ved rotationsboring

Den største fordel ved den roterende metode er muligheden for at bore dybe brønde med vandindtag i sprækket kalksten.

Derudover har denne boremetode følgende fordele:

• høj kvalitet af åbning af vandførende lag i grundfjeldsklipper;
• mulighed for at anlægge en brønd med stor diameter op til 200 cm;
• høj borehastighed, lave energiomkostninger.

En væsentlig ulempe ved roterende boring er behovet for at organisere skylning af brønden.

Hvilken boremetode skal man vælge?

Alle de nævnte mekaniske boremetoder anvendes i vid udstrækning til anlæggelse af vandførende brønde.

Sammenfattende kan man sige, at:

1. Kerneboring er hensigtsmæssig at anvende til gennemboring i plastiske lerjorde. Kernemetoden er velegnet til de fleste vandindtagsboringer og anvendes om nødvendigt sammen med slag-line-boring.
2. Sneglboring minder i anvendelsesområde om kolonneboring. Den adskiller sig ved dårlig rensning af borehullet og kræver obligatorisk brug af bøsse eller langvarig skylning af boringen før ibrugtagning.
3. Rotationsboring – er det optimale valg til at gennembryde borehuller i klippegrund.

Omkostningerne ved at udvikle en boring ved hjælp af en given boremetode afhænger i høj grad af det anvendte udstyr samt af kategorierne af de gennemborede jordarter i forhold til borebarhed.

Et korrekt valgt boremetode til boringen hjælper ikke kun med at reducere tidsforbruget, men også med at kunne udnytte vandkilden problemfrit i fremtiden.

Om hvordan du bygger en borerig selv, kan du læse i en anden populær artikel på vores hjemmeside.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Video #1. Demonstration af princippet for klassisk kolonneboring med kerneudtagning ved vandtryk:

Video #2. Funktioner ved sneglboring af en boring:

Video #3. Kolonneboring af en boring med bundskylning og installation af dobbelt foring, hvor den ydre del er udført i stålrør og den indre i polymer:

Boring af en vandboring – en arbejdskrævende proces. Afhængigt af rigtigheden af den valgte boremetode påvirkes ikke kun hastigheden af etableringen af en uafhængig vandkilde, men også de økonomiske omkostninger.

Det første, man skal være opmærksom på ved valg af boremetode, er jordtypen og dybden af vandførende lag. Ud fra disse parametre kan du vælge den optimale løsning, der gør det muligt at bore hurtigt og billigt.

Vil du dele en historie om boring af en boring på din egen grund eller nyttig information om emnet? Efterlad venligst kommentarer i boksen nedenfor. Her kan du også stille et spørgsmål eller påpege kontroversielle punkter i teksten.