Лекция №17,18 Фильтры водозаборных скважин.

Лекция №17,18 Фильтры водозаборных скважин.

Фильтр является ответственной частью скважины. Правильное и качественное его устройство влияет на работу скважины. Фильтры устраивают в рыхлых, неустойчивых скальных и полускальных породах.

В зависимости от пород и глубины скважины наиболее часто применяемые фильтры: дырчатые, щелевые, проволочные, каркасно-стержневые, сетчатые, гравийные (рис.1).

Рис.1 Схемы конструкций фильтров водозаборных скважин: а,б,в – на основе стержневых каркасов, трубчатых каркасов со щелевой перфорацией и трубчатых каркасов с круглой перфорацией, г – гравийный;

1 – стержневой каркас на опорных кольцах, 2 – щелевой трубчатый каркас, 3 – трубчатый каркас с круглой перфорацией, 4 – проволочная обмотка из нержавеющей стали, 5 – рыхлая обсыпка, 6 - опорные проволочные стержни, 7 – гравийная обсыпка в кожухе,8 – лист, штампованный из нержавеющей стали, 9 – опорная проволочная спираль, 10 – гравийный блок, 11 – сетка из нержавеющей стали или латуни, 12 – сетка подкладная синтетическая

Фильтр состоит из рабочей (водоприемной) перфорированной части, через которую поступает в скважину вода; верхней надфильтровой глухой части, имеющей прорези для возможности опускания и установки фильтра; глухой нижней части длиной 2 м, которая служит отстойником, предотвращающим вынос из колодца мелких частиц грунта. Длина рабочей части фильтра зависит, как ранее отмечалось, от типа и конструкции скважины, количества отбираемой воды и меняется в пределах 3-5 м. В любой конструкции фильтра скважины основным элементом является каркас, который может сам быть фильтрующей поверхностью или быть опорой для этой поверхности. Опорный каркас изготовляют из перфорированных труб, размеры отверстий принимают по данным СНиП в зависимости от вида пород водоносных пластов. Отверстия могут быть круглого или прямоугольного вида. В прямоугольных отверстия (щелевых) длина щелей в 15-20 раз больше ширины. Иногда каркас можно изготовить из оцинкованного листа толщиной t = 2 – 3 мм. Каркасы фильтров должны готовиться из стальных труб с антикоррозионным покрытием или из других высокопрочных материалов, стойких к коррозии и не токсичных по отношению к воде. Поэтому в практике строительства скважин перспективны в более широком применении стеклопластиковые трубы.

Отношение площади всех отверстий к площади той поверхности каркаса, в которой они сделаны, определяет скважность фильтра:

n = F_отв / F_карк;

Чем скважность больше, тем лучше. Поэтому тщательное изготовление отверстий имеет большое значение. К фильтрам любой конструкции предъявляются следующие требования: фильтр должен обладать достаточной механической прочностью и устойчивостью против коррозии, иметь наибольшую скважность и предельно допустимые размеры отверстий.

Строительные нормы и правила рекомендуют следующие типы каркасов: стержневые, трубчатые с круглой и щелевой перфорацией, штампованные из стального листа. В качестве фильтрующей поверхности применяют сетки различного плетения, проволочную обмотку, штампованный лист с однослойной или двухслойной песчано-гравийной обсыпкой. При заборе небольших количеств воды могут применяться фильтры из пористого бетона

Проволочный фильтр – перфорированная труба стальная труба, к которой параллельно оси через 30-40 мм приваривают проволоку d=3-5 мм. На них наматывают тонкую проволоку d=1-2,5 мм из нержавеющей стали с шагом 0,5-1 м.

В стержневых фильтрах (по конструкции схожие с проволочными), различие в том, что проволока наматывается прямо на каркас.

Сетчатый фильтр – каркас из перфорированной трубы, проволока наматывается по спирали (расстояние между витками 5-10 мм), на нее накладывается сетка (пластмассовая, стальная, латунная) различного плетения, для которой каркас является опорой. С практической стороны более применимы фильтры из полиэтиленовых труб с наплавленной стеклотканью, а также из асбестоцементных труб с полиамидной или нейлоновой сеткой. Недостаток: закупоривание отверстий мелким песком или продуктами электрокоррозии. Преимущества: 1) в сетчатом фильтре диаметр обсадной трубы лишь немного больше диаметра фильтра, поэтому трубчатый колодец с сетчатым фильтром стоит дешевле, чем колодец с гравийным фильтром; 2) сетчатый фильтр, в случае необходимости его чистки или ремонта, извлекается относительно легко.

Каркасно-стержневые фильтры – каркас из стальных стержней на расстоянии 3-4 см друг от друга, приваренные к концевым патрубкам длиной 30 см. Для жесткости стержни укрепляются опорными кольцами через 20-30 см. Такой каркас основа для проволочной обмотки или под сетку. При использовании такого каркаса уменьшается расход материала, увеличивается скважность фильтра и срок его службы.

Щелевые фильтры – каркас из стальных, фарфоровых, винипластовых, полиэтиленовых труб, на поверхности которых имеются щели шириной 1,5-2,5 мм.

Гравийный фильтр – каркас из перфорированной трубы, вокруг которой в пределах водоносного слоя концентрически уложены слои гравия в виде обсыпки толщиной не менее 50 мм.

Гравийно-кожуховый фильтр – гравийная обсыпка размещается в капсулах из штампованной стали или сеток и вместе с фильтром опускается в колодец.

Гравийно-блочный фильтр – каркас из дырчатых перфорированных труб, обсыпка гравийная связывается цементирующим материалом. Таким образом формируется блок, надеваемый на каркас, и вместе с ним устанавливается в скважину. Блочные фильтры из пористой керамики не применяют в скважинах, при бурении которых использовался глинистый раствор, в глинистых песках, а также при получении железосодержащих вод.

Фильтры из пластмасс, стеклопласта, керамики и пористого бетона следует использовать в скважинах глубиной до 150 м.

При отборе воды из водоносного пласта с несколькими скважинами необходимо учитывать их взаимное влияние, т.е. при откачке воды из таких колодцев дебит каждого будет снижаться по сравнению с дебитом независимой отдельно работающей скважины при тех же откачках. Степень взаимного влияния зависит от расстояния между ними, мощности, условий питания водоносного слоя. Поэтому, как показывает теория и практика, для исключения взаимного влияния колодцев друг на друга при проектировании необходимо располагать их на таком расстоянии, на котором сумма радиусов депрессии была бы меньше расстояния между колодцами.

Приток воды к скважинам зависит от гидродинамической и гидрогеологической характеристики водоносного пласта, радиуса скважин r и принятого понижения уровня воды S в них при откачке.

При установившемся движении в напорном горизонте расход или производительность (в м³/сут) совершенной скважины (см. лк. 15,16, рис. 10,а) определяют по формуле

, м³/сут (1)

где R – радиус депрессионной воронки или радиус влияния воронки, м. Остальные обозначения указаны ранее.

Для совершенной скважины, питаемой напорными водами:

(22)

где - глубина вскрытия водоносного пласта.

Расчет совершенного колодца в безнапорном водоносном пласте

(23)

Расчет несовершенного колодца в безнапорном пласте

(24)

Приведенные здесь формулы для определения дебита скважины возможно несколько отличаются от формул, приведенных в различных других источниках, но они взяты из классических учебников.

Для приближенных расчетов производительность одной скважины при принятом допустимом понижении уровня S и установленном в процессе опытных откачек удельном дебите q₀ в м³/час на 1 п.м. определяется по формуле:

Q = q₀ · S (25)

Значение удельных дебитов в напорных водоносных пластах:

- песок тонкозернистый (d=0,05–0,1 мм) q₀ ≤ 0,5 м³/час;

- песок мелкозернистый (d=0,1–0,25 мм) q₀ =2–4 м³/час;

- песок среднезернистый (d=0,25–0,5 мм) q₀ =4–8 м³/час;

- песок с примесью гравия (d=0,5–2 мм) q₀ =10–12 м³/час.

Количество проектируемых рабочих скважин определяется из условия обеспечения суточной водопотребности объекта Q с учетом расхода на собственные нужды самого водопровода по формуле:

(26)

где t – продолжительность работы скважины в течение суток, час.

Проектируемые скважины следует располагать так, чтобы расстояние между ними было минимальным, но с учетом их взаимовлияния. Величиной, определяющей допустимое расстояние между скважинами, является радиус депрессионной воронки R, который зависит от коэффициента фильтрации К_ф, мощности водоносного пласта, от условий его питания и пр.

Приближенно значение R можно определить

; (27)

где t – время откачки; a – коэффициент пъезопроводности (скорость перераспределения потока подземных вод).

В справочниках по гидрогеологии даны следующие значения R:

Порода	Преобладающая крупность, мм	R, м
Песок мелкий средней крупности крупный гравелистый Гравий мелкий средний крупный	0,1 – 0,25 0,25 – 0,5 0,5 – 1 1 – 2 2 – 3 3 – 5 5 - 10	50 – 100 100 – 300 300 – 400 400 – 500 400 – 600 600 – 1500 1500 - 3000

Дата добавления: 2015-11-04