3.2 Выбор способа бурения

При сооружении неглубоких колодцев для облегчения трудоемких земляных работ используют экскаваторы и грейферы. Когда проходка колодцев осуществляется в песчаных, супесчаных и глинистых грунтах при наличии на месте сооружения в достаточном количестве подземной воды, для механизации сооружения колодцев иногда используют эрлифты и эжекторы. Перспективным является метод сооружения шахтных колодцев роторным способом бурения с обратной промывкой забоя с помощью буровых установок УРБ-3АM. Таким образом, бурение с помощью эрлифта позволяет сооружать колодцы диаметром 500-1200 мм.

Наиболее распространенными средствами при механизации сооружений шахтных железобетонных колодцев в настоящее время является копатели КШК-З0А и КШК-40. В КШК-40 исключаются ручные работы по разгрузке грунта из рабочего органа, подтаскиванию железобетонных колец к обсадке ими шахты.

3.3 Расчет дебита шахтных колодцев

Расчет шахтных колодцев заключается в определении возможного притока воды к ним при заданных (принятых) параметрах колодцев и гидрогеологических данных о водоносных горизонтах или в определении диаметра и их количества по заданному расходу.

При определении дебита шахтных колодцев обычно исходят из стационарного их режима, при этом учитывают: а) схему поступления воды в колодец (через дно, через стенки или одновременно через дно и стенки); б) гидравлическое состояние эксплуатируемого водоносного горизонта (напорное, безнапорное, а в некоторых случаях и смешанное); в) форму поперечного сечения колодца в плане (круглая, квадратная), а иногда и форму его дна (плоская, наиболее распространенная, и полусферическая).

В приводимых ниже формулах принято, что шахтные колодцы имеют круглую форму поперечного сечения в плане.

Колодцы, работающие дном. Приближенное решение задачи о притоке воды к шахтному колодцу, работающего своим дном, было дано С.К. Абрамовым и В.Б. Бабушкиным. Полученные ими расчетные формулы для определения дебита колодцев имеют следующий вид.

Колодцы, эксплуатирующие напорные воды:

(3.1)

где К_ф – коэффициент фильтрации, м/сут; S – понижение уровня воды при откачке, м; r=D/2 – внутренний радиус колодца, м; R – радиус влияния колодца, м; m – мощность водоносного горизонта, м.

Колодцы, эксплуатирующие безнапорные воды:

(3.2)

где Н – мощность безнапорного водоносного пласта, м; Т – расстояние от дна колодца до водоупора, м.

Колодцы, работающие стенками. Для определения дебита шахтных колодцев, работающих стенками, можно применить формулы Дюпюи, принимающие в данном случае следующий вид:

для напорных вод

(3.3)

для безнапорных вод

(3.4)

для смешанных условий (при наличии двух зон – напорной и безнапорной)

(3.5)

Колодцы, работающие одновременно дном и стенками, эксплуатирующие безнапорные воды. Дебит шахтных колодцев, заложенных в безнапорный пласт и работающих стенками и плоским дном одновременно, можно определить путем комбинированного использования формул (3.2) и (3.4). Для этого поток, движущийся выше дна колодца, рассматривается как безнапорный, а поток, поступающий через его дно, - как напорный.

В результате сложения этих двух потоков можно получить формулу для определения дебита колодца, работающего как стенками, так и дном. Эта формула имеет следующий вид:

(3.6)

где ₀=Н-Т – реальная высота водоприемной части, м.

Общую величину водоприемной площади шахтного колодца устанавливают расчетом в зависимости от расхода и допускаемой скорости фильтрации. При этом расчетную высоту водоприемной части колодца вычисляют по формуле:

(3.7)

Если водоприем осуществляется только через дно, то диаметр водоприемной части определяют по формуле:

, (3.8)

где 4·К_ф ·r·S – приток воды через плоское дно колодца с диаметром r_к при понижении уровня воды S при откачке; v₀ =0,6·К_ф(1-Р)(γ_гр-1) – выходная скорость фильтрации по Н.А.Карамбирову при горизонтальной поверхности песка с плотностью γ_гр и коэффициентом фильтрации К_ф; Р – скважность водоприемной поверхности.

При приеме воды из водоносного пласта только боковой поверхностью внешний диаметр колодца определяют по формуле:

(3.9)

где Q_max – максимальный дебит колодца при максимальном уровне воды в нем Н_max, понижении уровня при откачке S и скважности водоприемной поверхности Р.