Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водозаборы подземных вод. Учебное пособие
.pdf
Таблица 2
р
Породы водоносных
пластов
Скальные и полускальные
неустойчивые породы, щебенистые и галечниковые
отложения с преобладающим размером частиц 20–
100 мм (более 50% по массе)
Типы и конструкции фильтров
Фильтры-каркасы (без дополнительной фильтрующей поверхности) стержневые, трубчатые с
круглой и щелевой перфорацией, штампованные
из стального листа толщиной 4 мм с антикоррозионным покрытием, спирально-стержневые
Гравий, гравелистый песок с
преобладающим размером
частиц 2–5 мм (более 50%
по массе)
Пески крупные с преобладающим размером частиц 1–
2 мм (более 50% по массе)
Пеки среднезернистые с
преобладающим размером
частиц 0,25–0,5 мм (более
50% по массе)
Пески мелкозернистые с
преобладающим размером
частиц 0,1–0,25 мм (более
50% по массе)
Фильтры стержневые и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки или
штампованного листа из нержавеющей стали.
Фильтры штампованные из стального листа
толщиной 4 мм с антикоррозионным покрытием, спирально-стержневые
То же
Фильтры стержневые и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, сеток квадратного плетения, штампованного листа
из нержавеющей стали с песчано-гравийной обсыпкой, спирально-стержневые
Фильтры стержневые и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, сеток галунного плетения, штампованного листа из
нержавеющей стали с однослойной или двухслойной песчано-гравийной обсыпкой, спирально-сте
жневые
Каждой конструкции фильтра присущи свои недостатки. Основные из них – большое гидравлическое сопротивление, легкая засоряемость водой и зарастание отложениями солей.
21
7.2 Дырчатые фильтры с круглой перфорацией
=
b d
Дырчатые фильтры являются простейшей из конструкций и
выполняются из труб с круглыми отверстиями для прохода воды
внутрь (рисунок 12).
Размер отверстий фильтра (d) с круглой перфорацией без устройства гравийной обсыпки надлежит принимать при однородных
породах (при К
(при К
d
, d60 – размеры частиц, меньше которых в породе водоносного
50
≥ 2) равным (3÷4)d50. Коэффициент
н
≤ 2) равным (2,5÷3)d50, а в неоднородных породах
н
ddК
, где d10,
1060н
пласта содержится соответственно 10, 50 и 60% (определяется по
графику гранулометрического состава). Отверстия на поверхности
трубы размещаются в шахматном порядке (см. рисунок 12) в зависимости от скважинности и их диаметра.
Например, для трубы с наружным диаметром 161 мм при скважинности 25% и d = 10 мм количество отверстий на 1 пог
. м трубы
составляет 1680 при а = 25 мм и b = 24 мм, а при той же скважинности, но d = 24 мм количество отверстий на 1 пог. м трубы 288, а = 57,4
мм, b = 31,1 мм [2].
В процессе откачки перед сдачей скважины в эксплуатацию из
прилегающей к фильтру области
а
водоносной породы вымываются
мелкие фракции, а из оставшихся
частиц водоносного горизонта
в
районе отверстия фильтра образуется свод (рисунок 13), через который
проходит в фильтр вода, но задер-
Рисунок 12 Рисунок 13
живаются мелкие частицы водоносной породы. Это обстоятельство и
объясняет, почему диаметр отверстий в корпусе фильтра в 2–3 раза
больше d
водоносной породы.
50
Скважинность дырчатых фильтров с круглой перфорацией
должна быть 20–25%.
22
7.3 Щелевые фильтры
=
а
–
Щелевые фильтры имеют перфорацию труб в виде прорезей
щелевидной формы (см. рисунок 14).
Щелевидные отверстия в фильтровых трубах выполняются
фрезованием, штамповкой,
автогенной резкой. Фрезование труб на станках, не
б
г
а
Рисунок 15
а – высота моста; б – длин
щели; в – ширина моста; г
перемычка между щелями по
вертикали; д – перемычки ме-
Рисунок 14
жду щелями по образующей
проходных отверстиях.
Размер отверстий с щелевой перфорацией без устройства гра-
в
приспособленных для обработки длинных труб,
весьма трудоемко. Поэтому большим распространением пользуется способ
нарезки щелей на сталь-
трубах при помощи
д
ных
автогенного аппарата. При
этом получаются щели искривленной формы с рваными краями, что способствует развитию процессов коррозии и
накоплению осадков в
вийной обсыпки надлежит принимать при однородных породах (при
≤ 2) равным (1,25÷1,0)d50, а в неоднородных породах (при Кн ≥
К
н
2) равными (1,5÷2,0)d
. Коэффициент
50
, где d10, d50, d60
ddК
1060н
– размеры частиц, меньше которых в породе водоносного пласта со-
держится соответственно 10, 50 и 60% (определяется по графику
гранулометрического состава).
Скважинность щелевых фильтров принимается 20–25%.
23
7.4 Каркасно-стержневые фильтры
1
300 200–300 300
4
труб с круглыми или щелевыми отверстиями
в каркасно-стержневых фильтрах трубы за-
В отличие от фильтров с каркасами из
I
I
2
I–I
2
менены на каркас из стальных стержней (рисунок 16).
Замена дырчатой трубы стержневым
каркасом позволяет значительно увеличить
скважинность фильтра (до 50%), избавиться
от трудоемкой работы по сверлению отверстий и
на 30–40% сократить расход металла.
1
3
3
Каркасно-стержневой фильтр включает в
Рисунок 16
себя (рисунок 16): 1 – муфты или соединитель-
ные патрубки; 2 – опорное кольцо; 3 – стержни; 4 – сварочные швы.
Каркасно-стержневые фильтры изготавливаются в виде отдель-
ных звеньев, которые затем собираются необходимой длины.
При использовании каркасно-стержневого фильтра в качестве
опорной конструкции в проволочных фильтрах отпадает необходимость приваривать
опорные ребра по образующей фильтра.
Каркасно-стержневые фильтры рекомендуются для скважин
глубиной до 200 м.
7.5 Сетчатые фильтры
Сетчатые фильтры применяются в песчаных водоносных пластах. Водоприемная часть состоит из перфорированной трубы, обтя-
нутой сверху металлической сеткой (рисунок
17). Для увеличения скважинности фильтра
на каркас спирально навивают стальную
мм,
∅3÷4 мм
проволоку D = 3–4 мм с шагом 20–30
поверх которой навивают латунную или из
нержавеющей стали рабочую сетку.
20–30
20–30
20–30
сеток наибольшее распространение получили
галунные сетки, применяемые для мелко- и
В буровой практике в качестве рабочих
среднезернистых песков, а сетки квадратного
Рисунок 17
ются редко.
24
плетения – для разнозернистых и крупнозернистых песков, киперные сетки употребля-
Сетка гладкая (галунная) (рисунок 18а) состоит из продольных
(
⋅
−
проволок утолщенного сечения (основы) и поперечных тонких проволок (уток), в результате характера плетения отверстия у них принимают извилистую форму.
Номер сеток определяют по количеству проволок основы и
уток. Например, галунная сетка, обозначенная дробью 14/100, означает, что основа этой ткани состоит
из 14 проволок, а уток – из 100
проволок, приходящихся на 1 дюйм.
а б в
Рисунок 18
Размер сетки квадратного плетения (рисунок 18б) обозначается номером, который указывает число проволок, приходящихся на
длину 1 дюйм (25–26 мм); зная номер сетки и толщину проволок, нетрудно подсчитать размер проходных отверстий и ширину просвета.
Например, для сетки № 10 при толщине проволоки в основе и
утке 0,6 мм ширина просвета будет
)
=l мм.
10
6,01026
2
=
В сетке киперной (саржевой) (рисунок 18в) основы и утки перекрещиваются между собой, как у сетки квадратного плетения, но с
той лишь разницей, что проволоки одного направления (утки) переплетаются через две или три проволоки другого направления (основы), причем места переплетения каждой из последующих проволок
сдвигаются на
одну или две пары. При таком плетении сетка получа-
ется более эластичной, основы и утки имеют разные диаметры.
25
7.6 Фильтры с проволочной обмоткой
=
Проволочный фильтр состоит из опорного каркаса (1), продоль-
ных опорных ребер (2) и фильтрующей поверхности (3), образован-
ной путем навивки медной или нержавеющей стальной проволоки (см. рису-
1
нок 19). Опорный каркас представляет
Разрез
2
собой буровую трубу, в стенках которой
3
Рисунок 19
d
– размеры частиц, меньше которых в породе водоносного пласта
60
1
3
2
просверлены круглые отверстия. Размер
отверстий без устройства гравийной обсыпки надлежит
1,25d
≤ 2) и 1,5d
(при К
в однородных породах (при Кн
50
50
≥ 2), где
н
принимать диаметром
в неоднородных породах
ddК
, а d10, d50,
1060н
содержится соответственно 10, 50 и 60 %.
Скважинность фильтров с проволочной обмоткой должна быть
не более 30–60 % [1].
Опорные ребра предназначены для опоры на них спиральной
проволочной обмотки, что обеспечивает бóльшую поверхность
фильтрации и более свободный доступ воды к отверстиям. Ребра делают из стальной проволоки диаметром 3–5
мм. Перед намоткой
проволоки ребра укрепляют на каркасе по образующей на расстоянии 30–40 мм друг от друга сваркой.
Применение простой стальной проволоки для обмотки фильтров в скважинах, рассчитанных на длительный срок эксплуатации,
недопустимо.
7.7 Гравийные фильтры
Борьба за увеличение водоотбора и долголетия службы водозаборных скважин, проводимая в настоящее время
во всех странах,
связана с внедрением фильтров гравийного типа.
Гравийные фильтры получают всеобщее признание, в связи с
чем совершенствуются как сами конструкции, так и методы сооружения скважин, оборудованных гравийными фильтрами.
К гравийным фильтрам относятся такие конструкции, у кото-
26
рых фильтрующая поверхность, контактирующая с водоносной породой, состоит из искусственно вводимого гравия, который располагается вокруг опорных фильтровых каркасов, состоящих из щелевых
труб, проволочных, стержневых и иных конструкций.
Гравийную обсыпку следует рассматривать как средство:
• для увеличения радиуса скважины;
• улучшения фильтрационных свойств пород в прифильтровой зоне;
• как конструктивный элемент, позволяющий увеличивать размер
проходных отверстий, а следовательно, и процент скважинности
на фильтровых каркасах. Применение обсыпки снижает входные
скорости и удлиняет срок службы фильтров.
При эксплуатации подземных вод используют два основных
вида гравийных фильтров: опускные, собираемые на поверхности
земли, которые устанавливают в скважинах в готовом виде, и созда-
ваемые
внутри скважин при помощи гравия, засыпаемого или за-
качиваемого в забой по межтрубному пространству.
Подразделение гравийных фильтров на две основные группы дает
только первое представление о методах устройства и установки фильтров в скважины, уже на современном этапе развития данных фильтров
внутри групп появились свои конструктивные особенности, о чем дает
представление следующая классификация (рисунки 20 и 23).
Фильтры гравийные с однослойной или
многослойной обсыпкой, собираемые на
поверхности земли
Корзинчатые Кожуховые Блочного типа
Рисунок 20
В корзинчатых фильтрах (рисунок 21) гравийная обсыпка размещается в конусных корзинах, располагаемых одна над другой
вдоль оси фильтра. Конусные корзины отливались вначале из чугуна, бронзы, латуни, в дальнейшем применялись корзины облегченных конструкций из кровельного железа.
27
Установка корзинчатых фильтров требует скважин больших
диаметров. Вследствие малой дебитности, повышенной стоимости
таких скважин, относительной сложности изготовления фильтров
эти конструкции не получили широкого распространения в практике
отечественного водоснабжения.
К кожуховым фильтрам относятся такие, у которых опорный
каркас состоит из фильтров различных конструкций, а гравийная обсыпка, преимущественно однослойная, удерживается вокруг каркаса
при помощи сетки, перфорированного штампованного листа.
В фильтрах блочного типа гравийная обсыпка связана различными склеивающими и цементирующими веществами (клей БФ-2,
БФ-4, бакелитовый лак марки А, битум, цемент, резиновый клей,
жидкое стекло и т.д.). Такие блоки надеваются на металлические
опорные перфорированные каркасы и опускаются в скважину в готовом
виде.
а
б
1
5
1
1
2
Рисунок 21
а – корзинчатый фильтр в сборе;
б – корзинки, заполняемые гравием,
1 – проходные отверстия; 2 – спусковое кольцо, к которому крепится
трос при спуске фильтра в скважину
28
3 2 4
Рисунок 22
1 – опорный каркас с щелевидными от-
верстиями; 2, 3 – слои обсыпки гравия и
песка; 4 - водоносный пласт; 5 – вспомогательная и обсадная колонны
Фильтры гравийные, создаваемые
в забое скважины
Фильтры с однослойной
Обсыпка
тонкослойная
обсыпкой
Обсыпка
уширенного контура
Рисунок 23
Фильтры с многослой-
ной обсыпкой
Тонкослойная однослойная обсыпка, создаваемая в забое
скважины, выполняется путем свободного падения частиц гравия на
забой по межтрубному пространству.
Устройство однослойных фильтров с обсыпкой уширенного
контура в забое скважины заключается в следующем: буровая сква-
жина проходит основным диаметром до проектной глубины, а затем
на участке постановки фильтра забой расширяется и в
него произво-
дится закачка гравия.
Фильтры с многослойной обсыпкой сооружаются при помощи
бурения скважин большего диаметра и вспомогательных колонн. После
устройства обсыпки путем свободного падения частиц грунта на забой
вспомогательные и обсадные колонны поднимаются (рисунок 22).
Размеры отверстий каркаса фильтров при устройстве гравийной
обсыпки должны приниматься равными среднему диаметру частиц
слоя обсыпки
, примыкающего к его стенкам.
В качестве обсыпки фильтров следует принимать песок, гравий
и песчано-гравийные смеси.
Подбор механического состава материалов обсыпки производится по соотношению
D
где D
d
– размер частиц, меньше которых в обсыпке содержится 50%;
50
– размер частиц, меньше которых в водоносной породе со-
50
50
d
50
128
÷= ,
держится 50%.
29
В многослойных гравийных фильтрах толщина каждого слоя
обсыпки должна приниматься для фильтров:
• собираемых на поверхности земли – не менее 30 мм;
• создаваемых в забое скважины – не менее 50 мм.
Подбор механического состава материала при устройстве двухи трехслойных гравийных обсыпок фильтров надлежит производить
по соотношению
D
D
2
1
64
÷= ,
где D
и D2 – средние диаметры частиц материала соседних слоев
1
обсыпки.
При подборке гравийного материала фильтров следует выдерживать соотношение:
• для блочных из пористого бетона или из пористой керамики
D
d
D
d
50
50
ср
ср
1610
÷= ;
128
÷= ,
• для клеевых
где D
– средний диаметр частиц гравия в блоке фильтра.
ср
Материал, используемый для фильтров и скважин, следует
обеззараживать.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]