Способ повышения эффективности скважин и, в частности, оборудования для обработки почвы и грунтовых вод
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Согласно предложенному способу используют дренажные трубы, имеющие головную часть, приспособленную для облегчения введения дренажной трубы в грунт, и опорный конструктивный элемент, содержащий направляющие каналы, предназначенные для направления дренажных труб. При этом каждый канал имеет дугообразный участок, обеспечивающий направление дренажных труб в грунте. Дренажные трубы имеют перфорационные отверстия, что обеспечивает возможность введения жидкостей или газов в грунт. В том случае, если дренажные трубы находятся под действием разрежения, жидкости или газы могут быть извлечены из грунта. Данный способ обеспечивает повышение эффективности технологий точечного проникновения дренажных труб в грунт. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Объектом изобретения является группа способов, конструкций и инженерных решений, которые обеспечивают усовершенствование существующих, обычно вертикально расположенных инженерных сооружений точечного типа, применяемых для обработки почвы и грунтовых вод или для извлечения или нагнетания грунтовых вод (скважины, проникающие в почву копьевидные трубчатые элементы (lances) и т.д.) в области обработки почвы и грунтовых вод. При применении данных способов дренажные трубы малого диаметра могут быть установлены в земле на заданной глубине, в радиальных направлениях, в результате чего зона воздействия по исходному решению может быть увеличена, и/или применимость исходного решения может быть расширена, и/или может быть обеспечена возможность сочетания исходного решения с другими применениями.
Существует много известных в настоящее время способов, реализуемых на месте и предназначенных для уменьшения загрязнения почвы и грунтовых вод. Большинство из этих обычно применяемых решений направлены на экономичную обработку почвы и грунтовых вод посредством минимизации перемещения масс. Для уменьшения затрат первоочередной задачей является минимизация количества перемещаемого грунта. Следовательно, обычно стремятся решить проблему в глубине земли, непосредственно на заданной глубине, где расположена зона загрязнения. Существующие физические, химические или биологические способы и способы, полученные посредством комбинирования данных способов, базируются главным образом на конструктивных элементах линейного типа и поверхностного типа (траншейном дренаже, дренажных трубах, поверхностных дренах и т.д.) или точечного типа (скважинах, копьевидных трубчатых элементах и т.д.). Сущность способов, в основе которых лежит дренаж, состоит в том, что образуют траншею в зоне грунта, подлежащей обработки, в которой проницаемую (обычно перфорированную) трубу (дренажную трубу, трубу для грунта) укладывают на пористое основание (главным образом, песчаное, песчано-гравийное или гравийное основание). Таким образом, данная комбинация станет применимой для сбора грунтовых вод, поглощения технически обработанных вод, аэрации почвенных масс или введения культур бактерий, их питания и снабжения воздухом. Подобное решение описано в заявке на патент Р9200430 (номер публикации: 64438). Также существуют типы разработок, которые не содержат дренажных труб или дренажных трубок, а только траншею с высокой пористостью, которая обеспечивает выполнение необходимой функции дренажа. Основное преимущество данных решений - это большая зона воздействия, что приводит к быстрой и эффективной работе. Тем не менее основной недостаток заключается в том, что данные решения требуют перемещения больших количеств грунта, а также требуют промежуточных материалов (например, гравия) в больших количествах. Следовательно, они представляют собой дорогие технологии, и, кроме того, они часто не подходят для применения на застроенных территориях. Решения точечного типа базируются на трубчатом устройстве (обсадной трубе пробуренной скважины или проникающем в почву копьевидном трубчатом элементе, и т.д.), которое выполнено проницаемым (обычно посредством прорезания пазов) и вставлено в землю (посредством бурения, забивания и т.д.). Данные устройства также пригодны для сбора грунтовых вод, для поглощения обработанной воды (повторного нагнетания), аэрации почвенных масс или введения культур бактерий, питания их и снабжения их воздухом. Поскольку данные решения предусматривают перемещение существенно меньших количеств грунта, системы точечного типа значительно дешевле, чем их аналоги траншейного или поверхностного типа. Вследствие их точечного характера они могут быть успешно применены в зонах плотной застройки. Тем не менее они также имеют недостатки. Поскольку зона их воздействия в значительной степени зависит от характеристик почвенной массы, подлежащей обработке, они часто должны быть установлены с относительно высокой плотностью, что приводит к снижению экономической эффективности. Кроме того, применение устройств точечного типа ограничено в случае тех способов обработки почвы и грунтовых вод, которые требуют аэрации, вследствие так называемого «конусного эффекта», который вызывает обрушение зоны, подвергнутой аэрации.
Другая проблема состоит в обработке зон, расположенных под зданиями большего размера. Часто в данных ситуациях обработка посредством каких-либо из существующих технологий невозможна. Несмотря на то, что существует подтип способов на основе копьевидных трубчатых элементов, в которых копьевидные трубчатые элементы вставляют под углом вместо вертикальной вставки, данный подтип требует ям или большой траншеи и специального оборудования, что делает способ также дорогим.
При использовании настоящего изобретения могут быть достигнуты цели повышения эффективности технологий точечного типа до уровня, подобного характеристике зоны, подвергнутой воздействию посредством способа траншейного типа. При применении конкретных вариантов осуществления изобретения несколько стадий работы могут быть осуществлены для грунтовых вод посредством использования одного и того же инженерного сооружения. Например, одно и то же инженерное сооружение может быть использовано для извлечения грунтовых вод и испарения обработанной воды.
Детали изобретения будут разъяснены далее со ссылкой на приложенные схематические чертежи, в которых:
фиг.1 представляет собой схематический вид системы, установленной в грунте, перед вставкой дренажных труб в заданную зону;
фиг.2 показывает более подробно зону вокруг места выхода дренажной трубы, показанной на фиг.1;
фиг.3 показывает продвижение дренажной трубы в грунте;
фиг.4 иллюстрирует то, каким образом установленная в заданном положении, дренажная труба используется для введения веществ в грунт;
фиг.5 иллюстрирует то, каким образом установленная в заданном положении дренажная труба используется вместе с разрежением.
Изобретение базируется на усовершенствовании существующих, в основном используемых обсадных труб, проникающих в почву копьевидных трубчатых элементов и других вертикальных элементов жесткой конструкции, используемых в качестве опорных конструктивных элементов 1 таким образом, что они включают в себя (имеют) продольные каналы 5, которые приспособлены для направления дренажных труб 2 малого диаметра. Каналы расположены таким образом, что в заданном месте опорного конструктивного элемента 1, которое соответствует глубине зоны, подлежащей обработке, находится дугообразный участок 6, изгибающийся по направлению к наружной поверхности опорного конструктивного элемента 1 и предназначенный для предотвращения разрыва кривой. Дренажные трубы 2 малого диаметра перемещаются вперед в вертикальном направлении в каналах 5 под действием силы, приложенной на поверхности. Когда они достигают дугообразных участков 6, они изменяют направление без разрыва и продолжают перемещаться в горизонтальном направлении 8 параллельно направлению радиуса опорного конструктивного элемента 1. По мере перемещения дренажных труб 2 дальше вперед, они перемещаются от опорного конструктивного элемента 1 и входят в окружающую зону 4 (грунт).
Проникновению в окружающую зону 4 (грунт) главным образом содействует конфигурация головной части 3 дренажных труб 2, выбранная в соответствии с применяемой технологией прокладки труб (прокладка труб методом продавливания, бурение, прокладка труб методом продавливания с промывкой и т.д.). Заданный участок стенки надлежащим образом расположенных дренажных труб содержит перфорационные отверстия 9 или выполнен проницаемым иным образом так, что при этом обеспечивается возможность введения жидкости или газа, подаваемых под давлением в дренажную трубу 2, в окружающую зону 4 или возможность извлечения жидкости или газа из окружающей зоны 4 по дренажным трубам 2 при подводе разрежения.
В том случае, если конфигурация опорного конструктивного элемента 1 допускает это, его внутреннее пространство 12 может быть использовано для установки приборов для измерения, для извлечения воды или для других процессов.
Второй способ реализации изобретения может представлять собой так называемый «пробуренный дренажный микроканал» в соответствии с пунктом 3 формулы изобретения. В соответствии с данным вариантом реализации вся поверхность дренажной трубы малого диаметра и/или ее часть или части содержат спирально расположенную лопасть. В данном случае дренажная труба принудительно перемещается вперед посредством спиральной лопасти при вращении трубы в заданном направлении в грунте.
При использовании данного варианта осуществления способа, неоднородности грунта, имеющие меньший размер (галька, комки глины), имеющиеся в данной зоне грунта, могут быть обойдены.
Третий вариант осуществления способа по изобретению может представлять собой так называемый «пробуренный, полученный путем вдавливания домкратом дренажный микроканал» в соответствии с пунктом 6 формулы изобретения (это представляет собой по существу комбинацию двух предшествующих способов). Головная часть дренажной трубы имеет коническую конфигурацию для уменьшения сопротивления в передней точке. Поверхность дренажной трубы содержит спиральную лопасть с большим шагом, так что приложение силы давления к трубе приведет к незначительному повороту в грунте, что при определенных обстоятельствах обеспечивает более легкое проникновение в грунт.
Четвертый возможный вариант осуществления изобретения представляет собой так называемый «полученный путем вдавливания домкратом дренажный микроканал с промываемым водой буровым долотом» в соответствии с пунктами 4, 5 формулы изобретения. В соответствии с пунктом 4 формулы изобретения головная часть дренажной трубы содержит отверстия, направленные вперед и в других необходимых направлениях, при этом вода под высоким давлением может быть введена через данные отверстия в окружающую зону грунта. Промывочная вода вымывает, смещает или превращает в суспензию грунт, находящийся перед дренажной трубой, и дренажная труба может быть легко вставлена в смещенную зону грунта, полученную таким образом. За счет применения непрерывной промывки водой дренажная труба может быть установлена в заданной зоне. После установки трубы в заданном положении желательным образом клапанное устройство должно быть приведено в действие в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения, например, посредством закрытия промывочных отверстий в головной части дренажной трубы шариком, введенным в нее, и образования запорного клапана в носовой части трубы. В результате промывочная вода, подаваемая в дренажную трубу, будет поступать в заданную зону главным образом не через головную часть, а через перфорационные отверстия в стенке дренажной трубы.
Само собой разумеется, помимо приведенных в качестве примера вариантов осуществления, описанных здесь, возможно некоторое количество других применений. Серийное производство деталей, необходимых для различных вариантов осуществления изобретения, может быть осуществлено посредством использования известных материалов. Правила определения/задания размеров для различных типов могут быть определены экспериментально, и справочные брошюры (буклеты) по проектированию, предназначенные для реализации изобретения на практике, также могут быть легко получены. Применение различных вариантов осуществления изобретения на месте эксплуатации базируется на существующей технологии, которая может быть усовершенствована и дополнена для лучшего соответствия применению изобретения. Промышленное применение изобретения не создает никаких особых проблем.
В отношении преимуществ продвижения способа по изобретению на рынок следует указать, что изобретение может вызвать изменения главным образом в области технологий охраны окружающей среды, но в настоящее время трудно оценить его прямые и косвенные эффекты. Тем не менее некоторые изменения можно предсказать в большей или меньшей степени.
Технологии улучшения состояния циркулирующих грунтовых вод могут выиграть от добавления сравнительно простой системы рециркуляции очищенной воды, которая способствует уменьшению отрицательных эффектов извлечения воды и может даже заменить обычные способы осушения. Столь же важное соображение может состоять в том, что при применении изобретения очищенные грунтовые воды могут быть снова введены в зоне, находящейся в непосредственной близости от заданной зоны, подвергаемой обработке.
Таким образом, новый способ может быть добавлен к группе способов выщелачивания почв и аэрации почв, используемых для реализуемых в месте эксплуатации способов улучшения состояния почв. В некоторых случаях дренажные канавы траншейного типа (которые требуют огромного объема строительных работ) могут стать ненужными, и способы, предусматривающие использование технологий распыления по поверхности, также могут найти новое альтернативное применение. Очищающие текучие среды и обработанные для улучшения их состояния грунтовые воды, используемые для выщелачивания, также могут быть введены непосредственно в обработанную зону, что повышает эффективность улучшения состояния почв и обеспечивает потенциальное снижение количества используемых химикатов.
При применении способа по изобретению размножающаяся колония бактерий, применяемых для биологического улучшения состояния почвы и грунтовых вод, может быть более эффективно введена в зону, подлежащую обработке. Подача питательных веществ и аэрация также могут стать более эффективными. Конусный эффект, который возникает при аэрации скважин и копьевидных трубчатых элементов, может быть устранен в некоторой степени.
Загрязненные зоны, расположенные под зданиями, тротуарами и другими инженерными сооружениями в зонах застройки, могут стать доступными в некоторой степени, что позволяет сократить время восстановления или сделать восстановление возможным в местах, которые были недоступными до сих пор. Изобретение может стать важным альтернативным решением в зонах плотной застройки, поскольку ожидается, что будет существовать возможность применения способа по изобретению в ограниченных зонах.
Подводя итог вышесказанному, можно отметить, что способ по изобретению, скорее всего, станет альтернативой применяемым в настоящее время решениям, и во многих случаях он заменит более дорогие и/или менее эффективные способы.
1. Способ прокладки дренажных труб в сочетании с проникающими в почву копьевидными трубчатыми элементами и устройствами для обработки грунта, используемыми в качестве опорных конструктивных элементов, отличающийся тем, что вводят гибкие дренажные трубы (2) под действием усилия, приложенного на поверхности, в зону (4) грунта с помощью опорного элемента (1), который имеет направляющие каналы (5), содержащие дугообразный участок (6), на котором дренажные трубы (2) меняют направление с вертикального направления на горизонтальное направление по мере их введения в указанную зону (4) грунта, и при этом указанные дренажные трубы (2) имеют головную часть (3), приспособленную для проникновения в грунт, а также имеют перфорационные отверстия (9); при этом обеспечивают обработку двух- или трехфазной зоны, находящейся вблизи дренажных труб, посредством дренажных труб, и введение газа или жидкости в указанную зону или извлечение из нее.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дренажные трубы вводят в грунт через опорный конструктивный элемент посредством прокладки труб посредством механического, пневматического продавливания.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дренажные трубы вводят в грунт через опорный конструктивный элемент посредством вращательного движения.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дренажные трубы вводят в грунт через опорный конструктивный элемент с помощью промывки жидкостью и/или продувки газом.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в промывочной головке, способствующей продвижению дренажной трубы (2) в грунте, или в других элементах, используемых в способе промывки, расположена клапанная часть, при этом клапанная часть выполнена с возможностью закрытия после установки дренажной трубы в заданном положении для лучшего использования перфорированной секции дренажной трубы.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дренажные трубы вводят в грунт через опорный конструктивный элемент посредством комбинации способов по п.2, и/или 3, и/или 4, и/или 5.
