2.9. Выбор конструкции водоприемной части скважины [12]

2.9.1. Водоприемная часть скважины может быть бесфильтровой или оборудована фильтром определенной конструкции.

2.9.2. Выбор конструкции водоприемной части осуществляется в зависимости от характеристик пород водоносных пластов и кровли над этим пластом. Рекомендации по выбору конструкции водоприемной части приведены в таблице 26.

Таблица 26

Рекомендации по выбору конструкции водоприемной части скважины

Характеристика водоносных пластов	Характеристика кровли	Тип скважинного фильтра
Пески мелкозернистые с 50% диаметром частиц 0,1-0,25 мм	Любая	Гравийный фильтр
Пески среднезернистые с 50% диаметром частиц 0,25-0,50 мм	Любая	Сетчатый фильтр с сеткой галунного плетения
Пески крупнозернистые с 50% диаметром частиц 0,50-2,0 мм Гравелистый песок с 50% диаметром частиц 2-5 мм	Неглинистая	Сетчатый фильтр с сеткой квадратного плетения
	Глина плотная мощностью более 10 м Неглиниситая	Бесфильтровая скважина Трубчатый фильтр с круглой перфорацией
	Глина плотная мощность более 10 м	Бесфильтровая скважина
Скальные и полускальные породы с 50% диаметром частиц более 5 мм	Любая	Трубчатый фильтр с круглой перфрорацией

2.10. Проектирование водоприемной части бесфильтровой скважины [27,12]

2.10.1. В твердых устойчивых водоносных породах (скальных) забор воды может осуществляться без применения фильтров. В некоторых случаях бесфильтровые скважины бурят и для забора воды из песчаных водоносных пород. Необходимое условие для бурения таких скважин – устойчивость кровли над водоносным слоем и наличием напора воды в нем. В этих условиях скважину бурят до водоносного горизонта и извлекают из него песок в количестве, достаточном для создания полости (воронки), объем которой обеспечивает требуемое поступление воды в скважину без пескования. Схемы устройства бесфильтровой скважины показаны на рисунке 16.

Рис. 16. Конструкции бесфильтровых скважин:

а – скважина с водоприемной каверной в виде воронки, обсадные трубы доведены до водоносного горизонта; б – то же, обсадные трубы доведены до кровли, прочные породы кровли не требуют крепления их трубами; в – то же, над каверной свод обрушения; г – обсадные трубы доведены до водоносного горизонта, над каверной свод обрушения; д – скважина с удлиненной водоприемной каверной в переслаивающемся водоносном горизонте, воронки образованы в каждом рыхлом слое.

Необходимым условием сооружения бесфильтровых скважин является наличие устойчивой кровли над водоносным горизонтом, а в случае кровли, сложенной глинами, наличие поддерживающего ее напора подземных вод.

К основным преимуществам бесфильтровых скважин относятся следующие:

долговечность и надежность работы;

высокие и устойчивые (во времени) дебиты; они значительно превышают дебиты скважин с фильтрами;

возможность отбора воды из пылеватых, глинистых и тонкозернистых песков с низкой проницаемостью;

сокращение глубины скважины;

малый расход труб;

низкие строительные и эксплуатационные расходы;

резкое уменьшение трудоемкости и затрат при ремонте.

Р асчетная схема водоприемной воронки приводится на рисунке 17.

Рис. 17. Схема бесфильтровой скважины

S – глубина понижения уровня воды;

h – глубина водоприемной воронки;

R_в – радиус водоприемной воронки;

φ – угол естественного откоса

водоносного песка;

h_св – высота свода обрушения;

α – угол внутреннего трения

грунта кровли.

2.10.2. Определяется требуемый радиус водоприемной воронки:

, м, (34)

где q – дебит бесфильтровой скважины, м³/сут; V₀ – допустимая скорость фильтрации на границе выхода грунтового потока в воронку, м/сутки; φ – угол естественного откоса песка под водой.

Величина V₀ определяется по формуле:

, м/сут, (35)

где К_ф – коэффициент фильтрации водоносного грунта, м/сут; - коэффициент запаса ( =0,7-0,8); - коэффициент уменьшения допускаемых уклонов. Он зависит от угла естественного откоса. Для φ=25º =0,84; ρ – пористость водоносного песка, в долях (принять ρ=0,38).

2.10.3. Определяется высота водоприемной воронки:

, м (36)

2.10.4. Определяется высота свода обрушения по формуле:

, (37)

где α – угол внутреннего трения глинистого грунта кровли; tgα=0,78.

2.10.5. Определяется допустимый радиус водоприемной воронки из условия необрушения кровли:

, (38)

где U_ст – статический напор воды в скважине, м; S – глубина понижения уровня воды в скважине, м; Р_кр – пористость породы кровли (в долях). Принимаем Р_кр=0,2; γ_кр – удельная плотность породы кровли, т/м³, γ_кр=2,73 – 2,92; γ – удельный вес породы (γ=1 т /м³).

2.10.6. Сравнивается R_доп с R:

Если R_доп <R, то расчет закончен: скважина удовлетворяет требованиям устойчивости кровли.

Если R_доп >R, то принимается окончательный радиус R_доп и для него окончательно находится h.