Трубчатые колодцы, принцип действия

Содержание

Колодцы искусственные, всегда вертикальные выработки в земле для добывания воды. По способу сооружения их разделяются на 2 группы:

Виды колодцев

  1. трубчатые,
  2. шахтные.

Трубчатые колодцы

Трубчатые колодцы получили свое название по способу крепления их стенок обсадными трубами. Простейшие абиссинские или нортоновские. Название свое абиссинские получили потому, что они впервые начали применяться во время похода англичан в Абиссинию в 1867—1868 гг.

Устраиваются эти колодцы преимущественно для временных нужд в условиях неглубокого залегания водоносных слоев. Наиболее благоприятной водоносной породой для устройства этого типа является рыхлый песок. Сооружаются они путем забивки или ввинчивания в грунт до водоносного слоя железных колодезных труб диаметром 25—50 мм, нижний конец которых снабжается острием или винтовым наконечником

Нижняя труба делается дырчатой и обтягивается густой металлической сеткой (фильтр) с целью предохранения от засорения песком и илом. В верхней части нижней трубы помещается всасывающий шаровой клапан (рис. 1).

трубчатый колодец фото

Забивка труб производится при помощи специальных козел и бабы, ударами которой о хомут, укрепляемый на колодезных трубах, последние осаживаются в грунт до водоносного слоя. Применяются также механически забивные устройства, смонтированные на специальных тележках с конной или моторной тягой. Для подъема воды на устье его устанавливается насосная колонка (рис. 1).

виды колодцев для воды

Главнейшие достоинства абиссинских колодцев — легкость и быстрота сооружения; недостатки — быстрая васоряемость фильтра, чистка которого связана с необходимостью извлечения, и невозможность отбора грунтов проходимых пород, в том числе и водоносной, вскрытие которой носит случайный характер.

Глубокие трубчатые колодцы

Глубокие трубчатые колодцы устраиваются при помощи бурения скважин. Стенки скважины закрепляются несколькими рядами (колоннами) железных обсадных труб. Нижняя часть трубчатого бурового колодца в пределах водоносного слоя снабжается фильтром (рис. 2) — короткой колонкой из дырчатых труб, снаружи окруженной металлической сеткой или засыпкой из гравия.

глубокий трубчатый колодец

Длина фильтровых труб делается с расчетом захватить по возможности всю мощность водоносного слоя. К верхнему концу фильтровых труб присоединяется патрубок длиной не менее 1 м, входящий в обсадную трубу; к нижнему концу — глухой патрубок длиной 1—2 м (который желательно погрузить в водонепроницаемый слой) с глухим дном, образующий «силос» или камеру для скопления мелкого песка и ила, проникающих через фильтр в начале работы. (рис. 2).

После спуска фильтра на место последняя обсадная колонна приподнимается с таким расчетом, чтобы нижний конец ее оказался выше отверстий фильтра. Кольцевой зазор между обсадной трубой и патрубком фильтра заполняется резиновым кольцом или набивкой из просмоленной пакли. Диаметр фильтровых труб d (в см) определяется из соотношения

d = Q / π h ν
где Q — дебит колодца, в cм3/ск, h — длина дырчатой части фильтра в см, ν — скорость поступления воды в колодец в см/ск, которая берется в зависимости от величины зерен песка (табл. 1).

Табл. l. Соотношение величины зерен песка и скорости поступления воды.

Количество % Величина зерен песка, мм Скорость ν, см/ск
60
Меньше 1
0,2
40
Меньше 0,5
0,1
40
Меньше 0,25
0,05

Площадь всех отверстий F (в см2) фильтровых труб определяется из соотношения где Q и v имеют прежние обозначения; величина. v берется из табл. 1. Круглые отверстия просверливаются в фильтровых трубах в шахматном порядке при расстоянии межху центрами по окружности трубы 20—40 мм, а вдоль трубы 20— 30 мм. Диаметр отверстий делают от 15 до 20 мм. Отверстие по рис. 3 берутся следующих размеров (табл. 2).

отверстия в фильтровых трубах

Фильтры для воды

Фильтры с незащищенными крупными отверстиями применяются в гравелистых, галечных породах, а также в твердых,(известняки, гранит и т. п.). В последнем случае иногда обходятся и без фильтровых дырчатых труб, оставляя стенки пробуренной скважины незакрепленными. В песчаных грунтах с величиной зерен мельче 2 мм применяются фильтры с защитными приспособлениями, препятствующими выносу в колодец мелких частиц водоносной породы, — фильтры с сеткой или с засыпкой из гравия. В сетчатых фильтрах (рис. 2) дырчатая труба обтягивается луженой сеткой из тонкой медной проволоки.

Табл. 2. Размеры отверстий в стенках труб (в мм).

Ширина щели bs Высота щели h Размер h Размер hs
2
20
6
25
2,5
20
7
25
3
20
7,5
25
3,5
25
8
30
4
25
9
30
4,5
30
10
37
5
30
11
37
5,5
30
12
37
6
35
13
43
7
35
15
43
8
40
16
50
10
40
30
55

Для использования всей фильтрующей поверхности сетки последняя не накладывается непосредственно на стенки трубы, а укрепляется к оцинкованным проволокам диаметром 3—6 мм, припаиваемым к трубе на расстоянии в 15— 25 мм. Пустоту сетки выбирают обычно так, чтобы через сетку просеивалось 40—60% песка (по весу) водоносного слоя. В зависимости от крупности зерен водоносной породы применяются сетки различного плетения:

  1. сетки квадратного плетения (рис. 4), применяющиеся при крупном песке и гравии или в качестве подкладок для более мелких сеток;
  2. сетки киперного плетения (рис. 5) — для мелкозернистых и среднезернистых песков,
  3. сетки галунного плетения или репсовые (рис. 6), употребляющиеся в мелкозернистых грунтах.

сетки для фильтров

При очень мелкозернистом плывучем песке применяют гравелистые фильтры, в которых дырчатая труба окружена одним или несколькими слоями гравия. При многослойной засыпке крупность гравелистого материала увеличивается от породы к стенкам фильтровой трубы, причем размер зерен каждого следующего слоя засыпки должно быть в 4—5 раз больше зерен предыдущего. По этому же принципу делаются корзинчатые, или карманные, фильтры, в которых к дырчатой трубе прикрепляется ряд конических железных листов с засыпкой фильтрующим материалом различной крупности (рис. 7).

фильтры

Подъем воды

Подъем воды из трубчатого колодца может роизводиться или непосредственно через последнюю обсадную колонну или через специальную всасывающую колонну труб, опускаемую в скважину ниже самого низкого динамического уровня по крайней мере на 1 м во избежание периодич. засасывания через нее воздуха. Верхняя часть трубчатого колодца — его устье — оборудуется оголовком (рис. 8), предохраняющим его от загрязнения. К оголовку присоединяется труба для отвода воды из колодцев с задвижкой для его включения. Через оголовок пропускаются трубки малого диаметра, опускаемые на глубину всасывающей трубы для наблюдения за уровнем воды и отбора проб воды.

оголовок

Оголовок устанавливается или на поверхности земли или помещается в особой, легко доступной шахте, закрытой сверху люком. Колодец поступает в эксплоатацию после производства так называемой строительной откачки с производительностью, несколько превышающей будущий эксплоатационный расход.

Диаметры трубчатых буровых колодцев колеблются в довольно широких пределах.

Встречаются колодцы с диаметром 100 — 400 мм и более. Наивыгоднейшим в хозяйственном отношении диаметром трубчатых колодцев оказался диаметр в 200—250 мм, при котором сооружение колодец связано с наименьшими затратами и обеспечивается наибольший дебит.

Подъем воды из трубчатых буровых колодцев может производиться четырьмя типами подъемных механизмов:

  1. обычными наземными насосами (поршневыми или центробежными),
  2. опускными центробежными насосами,
  3. штанговыми насосами,
  4. пневматичесими водоподъемниками (эрлифтами).

Обычные поверхностные насосы применяются при условии высокого уровня в скважине (не ниже 7—8 м во время откачки). В колодцах с более глубокими уровнями воды применяются центробежные насосы, опускаемые в скважину.

Виды насосов

Эти насосы бывают двух типов:

  • а) с мотором, устанавливаемым на поверхности земли, с вертикальным приводным валом, помещающимся внутри нагнетательной трубы (так называемые насосы Фарко),
  • б) с мотором, помещаемым непосредственно над (или под) насосом и опускаемым вместе с ним в скважину ( затопленные насосы).

Насосы эти применяются в скважинах диаметром не менее 200 мм. Штанговые насосы применяются для подъема воды из скважин малого диаметра (до 150 мм), преимущественно в глубоких трубчатых с низкими уровнями.

Оборудование простейших штанговых насосов

Оборудование простейших штанговых насосов состоит из

  1. насосного цилиндра (рис. 9),
  2. всасывающей трубы с приемным клапаном (рис. 10),
  3. поршневых штанг,
  4. водоподъемных или нагнетательных труб,
  5. переходной коробки с сальником и воздушным колпаком,
  6. нагнетательной трубы к водоразбору,
  7. механизма для качания в виде обыкновенной ручной качалки.

Для подъема воды из глубоких трубчатых колодцев применяется более сложное оборудование насосов одиночного и двойного действия с кривошипно-шатунным механизмом для качания, с механическим приводом от электромоторов, паровых машин, двигателей внутреннего сгорания и пр. В трубчатых колодцев с глубоким уровнем для откачивания болыцих количеств воды находит себе применение пневматический водоподъемник (эрлифт).

штанговые насосы

Главнейшие достоинства глубоких трубчатых колодцев:

  1. полная безопасность воды от загрязнения,
  2. возможность эксплоатации глубоких водоносных горизонтов, вода которых обладает лучшими качествами по сравнению с водой мелких водоносных слоев, не содержит болезнетворных микроорганизмов и посторонних механических примесей, чиста и в большинстве случаев не требует предварительной очистки,
  3. вода глубоких слоев имеет постоянную низкую t°, что особенно важно для многих промышленных и технических производств,
  4. постоянство дебита глубоких водоносных горизонтов,
  5. возможность одновременной эксплоатации нескольких водоносных слоев.

Артезианские кололдцы

Трубчатые буровые колодцы, использующие глубокую напорную воду с высокими уровнями, иногда переливающуюся на поверхность земли через устье скважины или даже фонтанирующую, называются артезианскими. Артезианские получили свое название от провинции Артуа (древнее латинское название — Артезия) во Франции, где самоизливающиеся напорные воды и их эксплоатация были известны с 12 в. Артезианские колодцы с самоизливающейся водой очень удобны и выгодны в эксплоатации. Однако в интересах водного хозяйства в целом не следует давать им изливаться постоянно и самопроизвольно. Разбор воды из артезианских колодцев всегда должно быть регулируем в соответствии с водопотреблением. При этом рекомендуется избегать коротких, мгновенных перекрытий, чтобы не допускать гидравлических ударов, обусловливающих занос песком и его быструю порчу.


Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с Условиями

ЕЩЕ СТАТЬИ ПО ТЕМЕ