16.1.4. Водозаборные скважины

Буровая скважина по своей конструкции напоминает подзорную трубу (рис. 45). Телескопичность ее строения, связанная с требованиями бурения и геологии, позволяет экономить материалы, что особенно важно, когда выработка имеет большую глубину.

Самая нижняя часть скважины служит отстойником, где вода, прежде чем попасть в насос, освобождается от содержащихся в ней мелких частиц. Над отстойником находится водоприемная часть скважины – фильтр. Это именно та дверь, через которую грунтовая вода попадает в рабочую зону скважины.

Рис. 45. Буровая скважина 1– фильтр скважины; 2– эксплуатационная колонна труб; 3– колонна обсадных труб; 4– кондуктор; 5– затрубная цементация; 6– устье скважины (оголовок); 7– павильон (шатер); 8– насосные (водоподъемные) трубы; 9– насос с погружным электродвигателем; 10– отстойник; 11– статический уровень грунтовых вод

Выше водоприемной части скважины располагаются колонны эксплуатационных и обсадных труб, которые, с одной стороны, «обсаживают» скважину, удерживая ее стенки от обрушения, с другой – служат для размещения в них водоподъемных труб и насоса. Над эксплуатационной колонной находится кондуктор. Оправдывая свое название, он каждой проходящей через него при бурении трубе задает точное направление. С наружной стороны кондуктор одевается в цементную или глиняную рубашку-замок, который предотвращает засорение водоносного горизонта от попадания в него с поверхности грязной воды через затрубное пространство обсадных труб (затрубная цементация).

Самая верхняя часть скважины именуется устьем, а иначе – оголовком. Именно «головой» скважины является установленный над нею павильон (или просто шатер), где монтируется различное механическое и электрическое оборудование (двигатель, приводящий насос в действие, щит управления, контрольно-измерительные приборы и пр.).

Наиболее важной, фактически все решающей частью водозаборной скважины является ее фильтр. Существует множество типов фильтров, различающихся конструкцией и материалом.

Основой большинства типов фильтров является каркас. Это может быть либо фильтровая труба с щелями или круглыми отверстиями, либо цилиндрический стержневой корпус, изготовленный из металлических прутков или толстой проволоки. Каркас – это скелет, на него надевается «платье» из фильтрующего материала, который и служит для процеживания воды.

Выглядит фильтр следующим образом: непосредственно у входа в трубу водозабора укладывают самые крупные гравийные частицы, вслед за ними кладут слой мелкого гравия, а потом уже идут слои песка с убывающей крупностью зерен (рис. 46). Таким образом, притекающая к водозабору водоносного пласта вода сначала встречает на своем пути лабиринт мелких пор и потом через более крупные поры гравелистого слоя попадает в водозабор. Такое устройство обеспечивает высокую устойчивость фильтра, в противном случае он бы разрушился, струи воды вымыли бы песок в полость водозабора, и ничто не могло бы их удержать.

Рис. 46. Схема обратного гравийно-песчаного фильтра

Гравийно-песчаный фильтр может устраиваться в один-два слоя или делаться многослойным. Все зависит от крупности и разнородности окружающего водозабор грунта. Если водозаборную трубу укладывают в природном гравии, то искусственный фильтр класть незачем. А в случае мелкозернистого песка или супеси дело обстоит хуже, особенно, когда грунт однородный, т. е. состоящий из частиц одинаковой крупности. В разнозернистом грунте даже если мелкие частицы отмоются в водоприемную трубу, то крупные (так называемый скелет грунта) всегда станутся. В однородном же грунте ничто его не удерживает, устремляющаяся в водозабор, вода подхватывает песчаные и глинистые частицы, смывает их в дрену, закупоривает ее. Преградой на пути такого потока и встает многослойный песчано-гравийный фильтр, который не допускает размыва.

Но часто водоснабженцы имеют дело с такими условиями, что не только гравия, но и подходящего для фильтра песка найти поблизости нельзя. Приходится вместо гравийно-песчаного фильтра применять трубы из пористых материалов, например, из пористого бетона. Но, бывает, и он не годится – особенно, когда водоносный пласт сложен пылеватм заиленным песком (плывуном, как говорят строители). С таким грунтом бороться особенно трудно: он мелкозернист, текуч и обладает такой плохой водоотдачей, что «отжать» из него воду оказывается возможным лишь через самые тонкопористые фильтры.

Пройдя фильтр и заполнив скважину, вода попадает в водоподъемник – основу всего водозабора. Существует множество типов водоподъемников, отличающихся принципом работы, конструкцией, материалом, приводом и т. п.

Требования, предъявляемые к водозаборным скважинам:

1. В проектах скважин должен быть указан способ бурения и определены конструкции скважины, ее глубина, диаметры колонн труб, тип водоприемной части, водоподъемника и оголовка скважины, а также порядок их опробования.

2. В конструкции скважины необходимо предусматривать возможность проведения замеров дебита, уровня и отбора проб воды, а также производства ремонтно-восстановительных работ при применении импульсных, реагентных и комбинированных методов регенерации при эксплуатации скважин.

3. В зависимости от местных условий и оборудования устье скважины следует, как правило, располагать в наземном павильоне или подземной камере.

4. Габариты павильона и подземной камеры в плане следует принимать из условия размещения в нем электродвигателя, электрооборудования и контрольно-измерительных приборов (КИП).

Высоту наземного павильона и подземной камеры надлежит принимать в зависимости от габаритов оборудования, но не менее 2,4 м.

5. Верхняя часть эксплуатационной колонны труб должна выступать над полом не менее чем на 0,5 м.

6. Конструкция оголовка скважины должна обеспечивать полную герметизацию, исключающую проникание в межтрубное и затрубное пространства скважины поверхностной воды и загрязнений.

7. Монтаж и демонтаж секций скважинных насосов следует предусматривать через люки, располагаемые над устьем скважины, с применением средств механизации.

8. Существующие на участке водозабора скважины, дальнейшее использование которых невозможно, подлежат ликвидации путем тампонажа.

9. Фильтры в скважинах надлежит устанавливать в рыхлых, неустойчивых скальных и полускальных породах.