Hydraulické vrtání studní na vodu vlastníma rukama: přehled technologie provádění prací

Studna na chatovém pozemku zajistí majitelům vodu. Avšak objednání vrtu u vrtné organizace, řekněme si rovnou, není pro každého dostupné. Majitelé příměstských pozemků, kteří chtějí maximálně snížit náklady na zařízení vlastního zdroje, mají možnost – hydraulické vrtání. Ne každý tuto technologii zná, souhlasíte? Ti, kteří se o ni zajímají, by se měli nejprve seznámit s metodikou.

My podrobně povíme zainteresovaným domácím mistrům, jak se provádí hydraulické vrtání studní vlastníma rukama. U nás jsou podrobně popsány technologické nuance, vyjmenovány detaily přípravy a provádění prací. S využitím pečlivě ověřených a námi předložených informací zvládnete bez nejmenších potíží náročný vrtný proces.

Kromě podrobného vylíčení technologie hydraulického vrtání autor článku popisuje specifika zařízení pozemku pro provádění samostatných vrtných prací. Představuje údaje o potřebné vrtné soupravě, nástrojích a improvizovaných pomůckách. Významnou pomoc při zvládnutí složité problematiky poskytnou informativní fotografie a video návody.

Charakteristické rysy metody

Používání studní jako autonomního zdroje pitné vody je poměrně starý a osvědčený způsob. Vedle tradičních, někdy nákladných technologií lze metodu hydraulického vrtání právem nazvat úspornou a univerzální.

Oblíbené způsoby vrtání studní jsou popsány v našem dalším článku.

Tento poměrně jednoduchý způsob prorazit studnu má některé nuance, jejichž ignorování může anulovat veškeré vaše úsilí. Jeho podstata spočívá v komplexním přístupu.

Zde se kombinují dva hlavní procesy – přímé ničení hornin vrtným nástrojem a vymývání vyvrtaných fragmentů zeminy pracovní tekutinou. To znamená, že na horninu působí vrták a tlak vody.

Potřebné zatížení pro pronikání do země poskytuje hmotnost sloupce vrtných tyčí a speciální vrtné vybavení, které čerpá proplachovací kapalinu do těla vznikajícího vrtu.

Proplachovací roztok je směsí drobných částic jílu a vody. Míchá se do konzistence o něco hustší než čistá voda. Z jímky odebírá vrtný roztok motorové čerpadlo a pod tlakem jej směruje do vrtného kmene.

Jednoduchost metody hydrovrtání, dostupnost technologie a rychlost provedení ji učinily tak populární mezi samostatnými vlastníky venkovských pozemků.

Voda ve schématu hydrovrtání plní současně několik funkcí:

• vymývá vyvrtané částice rozrušené zeminy;
• odnáší s proudem vývrt na povrch;
• ochlazuje pracovní plochy vrtného nástroje;
• při pohybu brousí vnitřní povrch vrtu;
• zpevňuje nevyztužené stěny vrtu, čímž snižuje riziko zřícení a zaplnění kmene vývrtem.

S postupným prohlubováním se vrtná kolona prodlužuje tyčemi – segmenty vodovodních plynových trubek délky 1,2 – 1,5 m, průměru 50 – 80 mm. Počet prodloužených tyčí závisí na hloubce vodonosné vrstvy. Tu lze předem zjistit dotazem sousedů na úroveň hladiny vody v jejich vrtech nebo studnách.

Předpokládanou hloubku budoucího vrtu se vydělí délkou jedné tyče, aby se vypočítalo, kolik kusů je třeba připravit pro práci. Na obou koncích každé tyče je nutné vytvořit závit pro sešroubování pracovní kolony.

Jednu stranu je třeba opatřit spojkou, kterou je vhodné přivařit k tyči, aby se ve vrtu nerozšroubovala.

Technologie hydraulického vrtání umožňuje zřídit zdroj technické vody na chalupě bez zapojení vrtné čety

V praxi se hydraulické vrtání v čisté podobě používá zřídka, protože je potřeba velký tlak vody. Také je obtížné vrtat husté jílovité vrstvy. Častěji se provádí hydraulické vrtání s předvrtávačem.

Tato metoda se poněkud podobá rotačnímu vrtání, ale bez rotoru. Pro lepší vystředění studny a snadnější překonávání hustých úseků se používá lalokový nebo kuželovitý tvar vrtáku.

Hydraulické vrtání není vhodné pro průchod skalními a poloskalními půdami. Pokud jsou sedimentární horniny v oblasti vrtání zastoupeny štěrkem, oblázky, písky s velkým podílem balvanů, bude nutné od této metody také upustit.

Vymýt a vyzvednout ze studny pomocí vody těžké kameny a úlomky pevných hornin je technicky nemožné.

Přidání abraziva do pracovní kapaliny zvyšuje rychlost vrtání díky zesílení destruktivního účinku

Výhody hydraulického vrtání studní

Technologie hydraulického vrtání na vodu si získala popularitu u veřejnosti poměrně nedávno, a proto má mnoho nesprávných výkladů. Zaprvé je mylná představa, že metoda je vhodná pouze pro malé studny. To není pravda.

Při dostatečné vůli a odpovídajícím technickém vybavení lze hydraulickým vrtáním vytvořit studny hluboké přes 250 metrů. Nejčastější hloubka domácích studní je však 15–35 metrů.

Názor na vysokou cenu metody také není potvrzen výpočty. Dobrá rychlost práce snižuje finanční náklady.

Mezi zřejmé výhody metody lze dále zahrnout:

• kompaktnost zařízení;
• možnost vrtání na velmi omezené ploše;
• minimum technologických operací;
• vysoká rychlost práce, až 10 m za den;
• bezpečnost pro krajinu a ekologickou rovnováhu;
• možnost vlastnoručního vrtání;
• minimální náklady.

Nejvýznamnější výhodou hydraulického vrtání je však pravděpodobně možnost provádět vrtání v upravených oblastech bez výrazných estetických obtíží.

Technologie hydraulického vrtání na stroji MBU umožňuje provést cyklus prací na malé ploše a nenarušuje úpravu pozemku

Výhody hydraulického vrtání jsou také velmi zřejmé, porovnáme-li jej s technologií suchého vrtání, kde je nutné neustále vyjímat ze šachty pracovní nástroj kvůli čištění a znovu jej vkládat.

Tato technologie je nejvíce přizpůsobena pro práci s drobnoúlomkovitými sedimentárními půdami, které se nejsnáze vytahují ze studny pomocí žlábku. A vrtný výplach umožňuje obejít se bez žlábkování.

Samozřejmě, pro dosažení dobrého výsledku podniku je třeba pořídit odpovídající mechanizační prostředky, protože s jedním doma vyrobeným vrtákem, ani v malých hloubkách, nevystačíte.

Potřebné vybavení pro práci

Standardní typ hydrovrtacích prací se provádí pomocí malorozměrových zařízení. Pro vlastní pozemek je to vynikající řešení a optimální způsob, jak svépomocí získat vodu.

Pracovní kapalinu je nutné dopravovat do vrtného kmene s výrazným tlakem, a k tomu je potřeba čerpadlo nebo motorové čerpadlo pro znečištěné kapaliny.

Někdy se pro zvýšení průrazné síly do pracovního roztoku přidává brokovnice nebo hrubý písek. Pro drcení velkých oblázků, které se mohou vyskytnout v písčitých vrstvách, se hodí kuželové a řezné korunky.

Pokud se při vrtání studní nebo stavbě studní na sousedních pozemcích vyskytly balvany nebo velké oblázky, je nutné startovací tyč vybavit zesíleným vrtákem – dlátem. Nástroj musí být na tyči upevněn tak, aby nebránil přísunu vody do kmene.

Nejvíce žádané jsou u spotřebitelů pro účely hydrovrtání speciální malorozměrové soupravy MBU. Jedná se o agregát o výšce 3 m a průměru 1 m.

Součástí této montované konstrukce jsou:

• kovový rám rozebíratelného typu;
• vrtací nástroj;
• naviják;
• motor přenášející sílu na vrták;
• otočná hlavice (vertljug), část okruhu pro kluzné upevnění dílů;
• vodní motorové čerpadlo pro zajištění tlaku v systému;
• průzkumný nebo lamelový vrták;
• vrtací tyče pro vytvoření sloupu;
• hadice pro přívod vody k otočné hlavici od motorového čerpadla;
• řídicí jednotka.

V rámci potřebného vybavení je také vhodné mít měnič napětí. Je potřeba ke stabilnímu zásobování procesu energií. Dále je nezbytný naviják pro zdvihání/spouštění pažnicových a sběrných trub.

Při výběru motorového čerpadla je lepší se zastavit u výkonnějšího přístroje, protože se předpokládá velké zatížení. Pro hydrovrtání bude potřeba také takový instalatérský nástroj, jako je trubkový klíč, ruční svěrka, přestavovací vidlice.

Proces hydrovrtání od samého začátku do konce prací zahrnuje neustálý oběh pracovní kapaliny. Pomocí čerpadla vystupuje vodní suspenze s rozplavenou zeminou ze studny, putuje přímo do jímky a po usazení pevných částic je znovu přiváděna do studny.

Kromě takového postupu je možné provádět hydrovrtání mělkých studní na vodu bez použití jímky. Tento způsob nevyžaduje prohlubeň pro usazování pracovního roztoku, šetří čas a umožňuje vrtat studnu i v garážích a sklepích.

Pokud je v blízkosti pozemku opuštěný rybník, lze se také obejít bez budování jímek. Na kvalitu vody dodávané do studny nejsou kladeny zvláštní požadavky.

Pro hydrovrtání se vybírá motorové čerpadlo schopné čerpat silně znečištěnou vodu. Je vhodné zakoupit agregát s dopravní výškou 26 m, tlakem 2,6 atm a výkonem od 20 m³/h.

Výkonnější čerpadlo zaručuje rychlé, bezproblémové vrtání a lepší proplach vrtu. Pro kvalitní vrtání je důležité, aby z vrtu vždy proudila dobrá voda.

Postupný rozbor prací

Technologie hydrovrtání je velmi specifická, proto vyžaduje správné dodržení etap prací. Je nutné připravit vrtací zařízení, připravit roztok pro proplach a připravit pažnici. Poté následuje montáž sestavy a zahájení vrtání.

Pažnicová kolona se prodlužuje podle postupu vrtu pro zpevnění stěn. Pažnice je potřebná, aby se do vrtu nesypal sypký písek, nedostával se oblázek ležící vedle vrtu, a aby “nevytlačovala” nabobtnaná hlína nebo písčitá hlína.

Vrtání se zastaví při objevení vodonosné vrstvy. Všechny procesy hydrovrtání mají určité nuance, jejichž znalost přichází pouze s praktickými zkušenostmi.

Krok #1 – určení uložení vodonosných vrstev

Pro úspěch celé akce má velký význam hledání vody a alespoň přibližné určení hloubky výskytu vodonosné vrstvy na pozemku.

Pokud se v důsledku dotazování sousedů nepodařilo tyto informace získat, lze se o nich dozvědět u místní vrtné nebo stavební organizace, která prováděla práce nedaleko plánovaného vrtaného pozemku.

Zpravidla se první vrstvy nasycené vodou nacházejí v prvních 1,5 – 6 m vrtu. Lidově se takové vodou nasycené vrstvy nazývají svrchní vodou.

Vodonosné horizonty vázané na klastické a jílovité usazeniny se vyskytují relativně horizontálními vrstvami. Proto lze přibližnou hloubku vodní hladiny na vlastním pozemku určit podle úrovně zrcadla vody ve vrtech a studních sousedů.

Svrchní voda nepatří k horizontům pitné kategorie, poskytuje vodu s technickými vlastnostmi kvůli tradičnímu znečištění splašky a rozlitými oleji na zem, kapalinami obsahujícími produkty zpracování ropy.

Pokud máte zájem o čistší vodu, bude nutné vrtat do 15 – 25 m. V této hloubce jsou šance získat životodárnou vodu s pitným statusem přibližně 70 %, pokud je shora překrývá nepropustný jílovitý nebo písčitohlinitý horizont.

Níže ležící vodonosné vrstvy s hloubkou 25-50 m a více na 90% zaručují přítomnost kvalitní pitné vody.

Hydrovrtáním lze snadno získat vrt 10-30 m a více. V tomto případě máme jednoduchý proces vrtání a snadné osazení pažnicových trubek. Specialisté doporučují provést průzkumné vrtání vrtákem 100 mm.

Při pozitivních výsledcích na 10 m lze jednoduše ponechat ve vrtu vrtnou kolonu s perforovanou startovací tyčí jako filtr. Pokud se voda nachází hlouběji, vrt se rozšíří vrtákem 200 mm a do něj se zavede pažnice 116-125 s ponorným čerpadlem.

Jak pravidlo, vodonosné vrstvy se skládají ze středně a hrubě zrnitého písku, štěrkových nebo štěrkopískových nánosů. Jedná se o sedimentární horniny, jejichž částice nejsou nijak vzájemně spojeny.

Nesoudržné horniny mají nejvyšší filtrační vlastnosti. V jejich rámci se voda volně pohybuje a prosakuje do podložních vrstev.

V přirozeném uložení se nesoudržné klastické zeminy obvykle střídají s jílovitými nánosy: sprašemi a hlinitými půdami. Jemné disperzní částice jílovitých hornin jsou cementovány, což brání volnému průchodu vody.

Nepropouštějí ani nevsakují vodu, vytvářejí jakési plošiny – vodotěsné vrstvy pro akumulaci vody.

Při průchodu hutnými jílovými vrstvami se vrták pohybuje pomaleji, rychle prochází písky a jiné klastické horniny. Když narazí na vodoodpudivou jílovou vrstvu pod vodonosnou vrstvou, vrtání se poněkud zpomalí.

Tloušťku vodonosných a vodotěsných vrstev lze snadno určit podle počtu tyčí instalovaných během vrtání.

Pokud je čerpaná voda jakoby vytlačována z vrtné šachty v množství větším, než čerpadlo přečerpávalo, znamená to, že byla otevřena vodonosná vrstva. Vrtání by mělo být zastaveno a vyčkejte, aby se suspenze mohla vsáknout do zeminy.

Lze se orientovat podle značek v jímce. Dokud při vrtání nebyla otevřena vodonosná vrstva, voda v jímce zůstane na stejné úrovni. Pokud se vrt prohloubí do vrstvy s podzemní vodou, objem vody v jímce se zvětší.

Krok #2 – příprava pracovního místa

Správná příprava místa vrtání odstraní zdržení během práce a přispěje k dobrému výsledku, protože přerušení při metodě s podáváním roztoku jsou velmi nežádoucí.

Nemalý význam má dostatečné množství vody. Aby bylo zaručeno potřebné množství vody při hydraulickém vrtání, je nutné počítat s 15 m³ a podle toho připravit potřebný rezervoár.

Lze připravit další nádoby o objemu asi 2 m³ nebo vyhloubit jámu o 5 a více kubických metrech, přičemž stěny ošetřete jílovým roztokem.

Když je zásoba vody připravena, provede se montáž malorozměrové vrtné soupravy MBU. Agregát se instaluje podle návodu. Montáž trvá asi hodinu a nepředstavuje technické potíže.

Hlavní podmínkou správné montáže – je přísně horizontální umístění zařízení. Pokud dojde i k minimálnímu zkosení vrtné soupravy, nebudete moci následně nainstalovat pažnici.

Ve vzdálenosti 1,5-2 m od konstrukce se vykopávají technologické jámy pro plnění a skladování vrtného roztoku.

Dvě sousedící jámy jsou nezbytné pro přípravu vrtného roztoku před dodáním do vrtu. V první prohlubni se roztok usazuje, v důsledku čehož se vyplavený písek ze studny usazuje na dno, z druhé jámy je suspenze dodávána do studny.

Jámy jsou prohlubně v půdě typu vaniček. Jsou spojeny přelivovým kanálem – příkopem ve tvaru koryta nebo žlabu. V těchto vaničkách se nachází proplachovací roztok před čerpáním do vrtu, tamtéž se slévá i s vývrťkem.

Za optimální rozměr jam se považuje varianta 1×1×1 m. V jedné jámě se bude shromažďovat kapalina ze studny pro usazování pevných částic. Přelitá voda přes žlab do druhé jámy je pomocí čerpadla opět přečerpávána do zařízení.

První jáma funguje jako usazovací nádrž a může být menšího rozměru. Během procesu je nutné ji periodicky čistit od usazených vyvrtaných frakcí. Druhá jáma je považována za hlavní.

Vedle ní je umístěno motorové čerpadlo. Hadice z vstupního otvoru motorového čerpadla je spouštěna do hlavní jámy. Hadice z výstupního otvoru vede k vrtné soupravě.

Navzdory existenci jasného plánu přípravy pracoviště je technologie hydraulického vrtání velmi jednoduchá a úsporná. Jámy umožňují neznečišťovat území.

Voda vháněná do vrtné kolony ochlazuje vrták, což výrazně zvyšuje provozní životnost nástroje. Během vrtání voda bez zahřívání cirkuluje v kruhu. Po dokončení vrtání je voda jednoduše odčerpána do prohlubní vytvořených pro ni.

V případě, že je přesto nutné ponechat agregát přes noc v nečinnosti, vozík s pracovním orgánem se zvedne navijákem do horní úrovně MBU a zajistí se.

Druhý den se čerpadlo spustí, pracuje půl hodiny/hodinu a spustí se pohon. Poté se spustí a nadzvedne navijákem kolona tyčí. Když se vozík začne snadno pohybovat, lze znovu zahájit vrtání.

Krok #3 – vrtání studny MBU

Po technologických přípravách a sestavení vrtné soupravy MBU se jámy naplní pracovním roztokem a započne vrtání.

Po ponoření startovací tyče do země na 95% její délky se provede její spojení s následujícím článkem vrtné kolony našroubováním. Proces probíhá až do okamžiku, kdy se voda v jámě začne prudce zvyšovat.

Celý proces hydraulického vrtání může někdy trvat od 1 do 7 dnů v závislosti na dovednosti provádějícího a typu hornin, které se v dané lokalitě vyskytují.

Pro vrtání v málo vlhkých sypkých píscích je nutná určitá zásoba vrtného roztoku, protože tyto usazeniny rychle vsakují vodu.

Hydrovrtání písčitých půd vyžaduje velkou zásobu vody a hustý jílový roztok.

Jílovitá složka suspenze brání prosakování vody. Ucpává póry ve stěnách vrtu, čímž se snižuje absorpce kapaliny pískem.

Nejlepší je připravit roztok smícháním jílu mixérem v jímce s vodou. Před zahájením práce nezapomeňte zkontrolovat funkčnost navijáku a čerpadla, protože při průchodu písčitou půdou se nezastavuje.

Aby se zabránilo sesuvům širokého vrtu, pažnicová trubka se spouští prakticky současně s prohlubováním vrtné kolony. Je žádoucí, aby pažnice při průchodu písky mírně předstihla vrtný nástroj. Je to nutné k zastavení neustálého přísunu sypké horniny do šachty z boku.

Pro pažení se používají trubky z ocelové slitiny nebo plastu. Dnes jsou plastové trubky velmi oblíbené díky své trvanlivosti, odolnosti vůči deformacím a korozi.

Při této metodě vrtání je však často nutné pažnicové trubky silou protlačovat do vrtu. Proto je lepší dát přednost ocelové variantě se závitem pro našroubování dalšího článku.

Aby byla pažnicová kolona bezpečně upevněna ve vrtu, je lepší během nástavby ihned nasadit objímku. Ty se také používají při částečném vytažení pažnice z vrtu, což se provádí k obnažení filtru v šachtě.

Pokud objímky chybí, lze použít pevné lano umístěné na vrtáku ve formě smyčky. Druhý konec lana se před odšroubováním vrcholu vrtáku připevní ke stromu, kmenu nebo jinému masivnímu předmětu.

Pro usnadnění procesu šroubování pažnicových trubek se fixují objímkami. Spodní část pažnicové kolony v tomto případě zůstává nehybná, články se odšroubovávají postupně.

Nejjednodušší schéma hydrovrtání nelze nepochopit, tím spíše se s jeho realizací nedokážeme vyrovnat. Motopumpou je roztok přiváděn do hadice spojené s vrtnou kolonou. Dutinou uvnitř tyčí se kapalina přesouvá na vrtný nástroj a dále přispívá k rozrušování vrtané horniny.

Kapalina zachycující odval je směrována do první jímky (filtrační). Po usazení suspenze na dno jímky kapalina přetéká do sousedního prohlubně a je znovu použita.

Složení vrtné směsi je třeba upravovat podle procházených hornin. Pro písky se používá hustý jílový roztok – zpevní stěny a zabrání jejich destrukci.

Jílovitou půdu, písčité hlíny s jílovitými hlínami lze vrtat čistou vodou, a pro průchod pevnými horninami lze do roztoku přidat abrazivo, drť nebo hrubý písek.

Po dokončení vrtání je nutné studnu důkladně propláchnout čistou vodou. Teprve po proplachu může být instalováno ponorné čerpadlo nebo zavedena do vrtu hadice povrchového čerpadla vybavená síťovým filtrem.

MBU dobře pracuje v hloubce 10–50 m. V praxi se touto soupravou budují studny i do 120 m.

Krok #4 – instalace filtru a zařízení studny

Po otevření vodonosné vrstvy se vrtá až do opření o podložní nepropustnou vrstvu. Tu lze poznat podle zpomalení a ztížení ponoru vrtné kolony. Vrtné tyče se vytahují po důkladném propláchnutí studny čistou vodou.

Pro zvýšení kvality vody ve studni se instalují filtry – duplicitní pažnice trubek menšího průměru s perforovaným prvním článkem.

Pokud se provádělo vrtání široké studny pro následnou instalaci ponorného čerpadla, je třeba se postarat o zařízení filtru. K tomu se do pažnicové kolony vkládá další, ale menšího průměru.

První článek vnitřní pažnice musí mít podélné štěrbiny nebo otvory vyvrtané v šachovnicovém uspořádání.

Pro zlepšení kvality čištění vody je článek s filtrem doplněn jemnou ocelovou sítí nebo polypropylenovým nástřikem.

Když filtr klesne na dno, pažnicová trubka se mírně vytáhne z vrtu tak, aby se odkryly filtrační otvory. Přebytek trubky se odřízne a upraví se hlavice studny.

A pokud se kolem vrtu vytvoří mezera, vyplní se štěrkem a zalije se cementovou maltou, aby se upevnilo ústí studny a zabránilo se prosakování povodňových vod do vodonosné vrstvy.

Instaluje se tak, aby nad ním byla hladina vody více než 3 m, ale v žádném případě se nesmí dotýkat dna. Po správném umístění čerpadla je studna připravena k použití.

Ponorné čerpadlo se instaluje do studny podle pokynů výrobce. V závislosti na značce může být mezi dnem vrtu a čerpadlem 0,5 až 1,0 m, což je nutné na ochranu před nasáváním zakalené vody.

Krok #5 – závěrečné fáze vrtání

Když je studna hotová, je nutné provést demontáž vrtné soupravy a uvést ji do provozu.

V úzkých vrtech plní vrtná kolona společně s vrtákem funkci pažnicové kolony s filtrem. Není nutné je z vrtu vytahovat, protože odčerpávání vody z odběrného místa bude probíhat stejnými kanály, kterými cirkulovala vrtná suspenze.

Proces hydraulického vrtání se vyznačuje dostupnou technologií, která nevyžaduje speciální teoretické znalosti. Dodržování základních kroků procesu spolu s kvalitním vybavením jistě přinese dobré výsledky a potěší vás čistou podzemní vodou.

Mohlo by Vám také být užitečné informace o tom, jak rozhýbat studnu po vrtání, popsané v tomto článku.

Závěry a užitečné video k tématu

Použití MBU pro vrtání studny na vodu v hlinitopísčitých půdách:

Provádění vrtání studny vlastními silami:

Chybám a drobným přehlédnutím při hydraulickém vrtání se lze vyhnout tím, že se neodchýlíte od technologických zásad.

Aby se ještě více snížily finanční náklady při jednorázovém hydraulickém vrtání soukromé studny, lze si MBU nekoupit, ale pronajmout. Takto vlastníma rukama za velmi krátkou dobu získáte vlastní, bezplatný zdroj vody na dlouhá léta.

Znáte metodu hydraulického vrtání? Nebo dáváte přednost jednoduššímu způsobu vrtání studny? Možná jste objevili nepřesnost v námi popsaném algoritmu hydraulického vrtání? Napište nám o tom – zanechte své komentáře pod článkem.