Способ возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2548881:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к строительству. Для возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта проходят скважину до проектной глубины, обустраивают грунтовый фильтр из фильтрационного материала и устанавливают в скважине насос. Скважину проходят упором в ее забой перфорированной трубы с неперфорированным нижним концом и вымыванием под ним грунта насосом. Фильтрационный материал выбирают так, чтобы размеры его зерен были больше диаметра перфораций в перфорированной трубе. Обустройство грунтового фильтра осуществляют одновременно с проходкой скважины для чего фильтрационный материал приваливают к выходящей из грунта внешней поверхности трубы. Изобретение обеспечивает совмещение операций проходки скважины и формирования грунтового фильтра и возможность добывания воды с момента ее поступления в скважину из водоносного слоя грунта без прекращения процесса возведения колодца. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Техническое решение относится к строительству, в частности к возведению колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта.

Известен способ возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта, реализованный в водозаборном трубчатом колодце по патенту РФ №2472901, кл. E03B 3/00, E03B 3/12, E21B 19/00, опубл. 20.01.2013 г., включающий размещение перфорированной обсадной трубы в грунте таким образом, чтобы ее перфорированный участок оказывался в водоносном слое пород, и установку в ней водоподъемного устройства.

В этом способе возведения колодца не предусмотрено формирование грунтового фильтра, из-за чего в процессе эксплуатации требуется сравнительно частая очистка колодца от проникающих в него частиц из грунта, что обуславливает его относительно низкую эффективность.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта по патенту РФ №2001211, кл. E03B 3/06, опубл. 15.10.1993 г., включающий проходку скважины до проектной глубины, обустройство грунтового фильтра засыпкой в скважину фильтрационного материала и установку в скважину водоподъемной колонки с инвентарным фильтром и насосом. Проходку скважины осуществляют раскатчиком грунта, а при обустройстве грунтового фильтра после засыпки в скважину фильтрационного материала производят вдавливание последнего в стенки скважины и в водоносный слой грунта радиальным уплотнением фильтрационного материала с помощью используемого при проходке скважины раскатчика грунта. Операции по засыпке в скважину фильтрационного материала и вдавливание его в стенки скважины и в водоносный слой грунта повторяют до образования ядра из фильтрационного материала, диаметр которого превышает диаметр уплотненной зоны грунта, образованной при проходке скважины.

Возведение такого колодца сопряжено с большим количеством сравнительно энергоемких последовательно выполняемых операций и необходимостью наличия соответствующего оборудования для их выполнения. Уплотнение грунта и вдавливание в него фильтрационного материала способствуют повышению сопротивления проникновению воды в зону ее забора, снижая тем самым дебит колодца. Поэтому способ возведения такого колодца обладает относительно низкой эффективностью.

Решаемая техническая задача состоит в повышении эффективности способа возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта за счет совмещения операций проходки скважины и формирования грунтового фильтра и возможности добывания воды с момента ее поступления в скважину из водоносного слоя грунта без прекращения процесса возведения колодца.

Задача решается тем, что в способе возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта, включающем проходку скважины до проектной глубины, обустройство грунтового фильтра из фильтрационного материала и установку в скважине насоса, согласно техническому решению скважину проходят упором в ее забой перфорированной трубы с неперфорированным нижним концом и вымыванием под ним грунта насосом, а фильтрационный материал выбирают таким, чтобы размеры его зерен были больше диаметра перфорации в перфорированной трубе, при этом обустройство грунтового фильтра осуществляют одновременно с проходкой скважины, для чего фильтрационный материал приваливают к выходящей из грунта внешней поверхности указанной трубы.

Такое техническое решение позволяет возводить колодец для добывания воды из водоносного слоя грунта (далее - колодец) с помощью насоса, используемого в дальнейшем в системе водоснабжения. При этом совмещают операции проходки скважины и обустройство грунтового фильтра. Вымывание грунта под перфорированной трубой производят сближением входных отверстий насоса к грунту до вовлечения частиц грунта в поток воды, которым они выносятся на поверхность, например, в отстойник. На начальном этапе возведения колодца воду для обеспечения процесса вымывания грунта подают в перфорированную трубу от внешнего источника, например, с поверхности отстойника. Далее, когда к колодцу начинает поступать вода из водоносного слоя грунта и его дебит достигает производительности насоса, подачу воды в перфорированную трубу прекращают. Воду, которая поступает к колодцу из водоносного слоя грунта, можно использовать не только для вымывания грунта под перфорированной трубой, но и для других целей, например, для полива насаждений, т.е. воду можно начать добывать с момента ее поступления в скважину из водоносного слоя грунта. Частично грунт проникает в перфорированную трубу и через ее перфорацию с образованием между ней и стенками скважины зазора, в который под действием собственного веса проникает приваленный к выходящей из грунта внешней поверхности перфорированной трубы фильтрационный материал. Нижний конец перфорированной трубы внедряется в грунт без образования между ним и стенками скважины зазора из-за отсутствия в нем перфорации. Фильтрационный материал выбирают таким, чтобы размеры его зерен были больше диаметра перфорации в перфорированной трубе и поэтому он в указанную трубу не проникает. В результате перфорированная труба за счет вымывания под ней грунта опускается. Частицы грунта проникают в перфорированную трубу через ее боковую поверхность в зоне перфорации и выносятся на поверхность, образуя пространство, которое заполняется фильтрационным материалом с образованием грунтового фильтра. При этом фильтрационный материал не проникает в перфорированную трубу и поэтому не мешает нормальной работе насоса. Таким образом, совмещают операции проходки скважины и формирования грунтового фильтра и обеспечивают возможность добывания воды с момента ее поступления в скважину из водоносного слоя грунта без прекращения процесса возведения колодца.

Целесообразно на насос надеть перфорированный стакан с диаметром перфорации меньше диаметра входных отверстий насоса. Это исключает перекрытие входных отверстий насоса частицами грунта, размеры которых таковы, что они застревают в указанных отверстиях. Поэтому частота извлечения насоса из перфорированной трубы для его прочистки существенно уменьшается, от чего повышается эффективность способа возведения колодца.

Целесообразно насос подвесить на канате таким образом, чтобы при его контакте с грунтом канат оказывался натянутым. Это исключает засасывание насоса в грунт. Поэтому насос извлекается из перфорированной трубы свободно без операций по его освобождению от зажатия грунтом, что способствует снижению трудоемкости прочистки насоса, следовательно, и повышению эффективности способа возведения колодца.

Целесообразно свободный от насоса конец каната закреплять на верхнем конце перфорированной трубы. Благодаря такому закреплению каната насос и перфорированная труба внедряются в грунт синхронно. Из-за этого исключается необходимость регулирования длины каната в процессе проходки скважины, что повышает эффективность способа за счет снижения трудоемкости возведения колодца.

Целесообразно в качестве фильтрационного материала использовать щебень, например, фракции больше 20 мм. За счет этого при возведении и начальном этапе эксплуатации колодца вокруг перфорированной трубы в области притока к ней грунтовой воды формируется фильтр, включающий щебень и застрявшие в нем сравнительно крупные частицы грунта, обладающий высокой пропускной способностью, от чего повышается эффективность способа из-за увеличения дебита колодца.

Целесообразно вымывание грунта под указанной трубой осуществлять водой, поступающей в скважину из водоносного слоя грунта, которую после выноса ее потоком грунта на поверхность использовать для потребления. Это обеспечивает совмещение операций по дальнейшему углублению скважины и добыванию воды, а также сокращает срок до начала извлечения воды из водоносного слоя грунта, что повышает эффективность способа возведения колодца.

Целесообразно с момента поступления в скважину воды из водоносного слоя грунта скорость проходки скважины ограничивать потребляемым расходом добываемой воды. Это исключает холостой сброс добытой воды, что существенно снижает энергоемкость дальнейшего углубления колодца и, следовательно, повышает эффективность способа.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта и чертежом, на котором показана схема возводимого колодца в продольном разрезе.

Способ возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта реализуют следующим образом.

В месте возведения колодца проходят скважину 1 упором в ее забой перфорированной трубы 2 (далее - труба 2) с неперфорированным нижним концом 3 (далее - конец 3) и вымыванием под ним грунта 4 насосом 5 через подсоединенный к нему шланг 6. На начальном этапе возведения колодца для обеспечения процесса вымывания грунта 4 в трубу 2 подают воду (на чертеже не показано). Одновременно с проходкой скважины 1 обустраивают грунтовый фильтр, для чего к выходящей из грунта 4 внешней поверхности трубы 2 приваливают фильтрационный материал 7 (далее - материал 7), размер зерен которого больше диаметра перфорации 8 в трубе 2. На насос 5 надевают перфорированный стакан 9 с диаметром перфорации (на чертеже не показано) меньше диаметра входных отверстий насоса 5. Насос 5 подвешивают на канате 10 таким образом, что при его контакте с грунтом 4 канат 10 оказывался натянутом. Свободный от насоса 5 конец каната 10 закрепляют на верхнем конце трубы 2. В качестве материала 7 используют щебень, например, фракции больше 20 мм. Для очистки воды 11 от выносимого ею на поверхность грунта 4 возле места возведения колодца устанавливают отстойник 12, из которого при необходимости часть воды 11 поступает через патрубок 13, шланг 14 и материал 7 в трубу 2 через ее перфорацию 8. С момента поступления в скважину 1 воды 11 из водоносного слоя грунта 4 подачу воды в трубу 2 прекращают. После этого вымывание грунта 4 под трубой 2 осуществляют водой 11, поступающей в скважину 1 из водоносного слоя грунта 4, которую после выноса ее потоком грунта 4 на поверхность используют для потребления. При этом скорость проходки скважины 1 ограничивают потребляемым расходом добываемой воды 11. Когда скважина 1 достигает проектной глубины, насос 5 приподнимают и оставляют на таком расстоянии от забоя скважины 1, при котором частицы грунта 4 со дна колодца в него не втягиваются. При этом возведение подземной части колодца считают завершенным. Далее обустраивают прилегающую к колодцу площадку произвольно.

Наиболее просто предлагаемый способ реализовывать при возведении колодца в песчаном грунте 4 и когда грунтовая вода 11 подступает близко к поверхности, например, когда она в весеннее половодье появляется на глубине 1÷2 м. При таких условиях трубу 2 опускают в предварительно вырытую яму, на дне которой имеется грунтовая вода 11. Отметим, яму роют как один из простых и практически удобных вариантов подготовки к реализации способа. В принципе наличие ямы не является необходимым. Трубу 2 можно опускать непосредственно с поверхности, подавая в нее воду 11 любым известным способом. Кроме того, нередки случаи, когда в весеннее половодье наиболее низкие места оказываются под талой водой (например, в виде луж), при возведении в которых колодца не требуется подача воды 11 в трубу 2.

Возведение колодца предполагается осуществлять в основном с целью создания индивидуального источника воды 11, необходимого, например, на садовом участке для полива растений. Поэтому существенное преимущество предлагаемого способа от известных решений состоит также в том, что возведение колодца осуществляют простыми и теми же средствами, которые затем используют для извлечения воды 11 из водоносного слоя грунта 4. При этом можно использовать бытовой глубинный насос 5 типа „Родничок", на который надевают перфорированный стакан 9, изготовленный, например, из использованной двухлитровой пластиковой бутылки. В качестве отстойника 12 используют бывшую в употреблении ванну, в которой после возведения колодца прогревают воду 11 для полива растений. Для изготовления трубы 2 используют колонну пластиковых канализационных труб, которые фиксируют от возможного разъединения шурупами в области их переходных патрубков. При этом перфорируют только верхнюю часть нижней трубы (менее трудоемко). Отметим, что в период возведения колодца возможно забивание перфорации стакана 9 частицами грунта 4. В таких случаях насос 5 извлекают из трубы 2, после чего прочищают надетый на него перфорированный стакан 9, например, обычным гвоздем.

Преимуществом предлагаемого способа следует считать также то, что процесс обустройства грунтового фильтра адаптируется к условиям возведения и эксплуатации колодца и протекает автоматически. Под действием течения притекающей к колодцу воды 11 частицы грунта 4 пытаются преодолеть слой прилегающей к трубе 2 щебня. Мельчайшие частицы грунта 5 проникают через этот слой, попадают в трубу 2 и выносятся через насос 5 на поверхность. Относительно крупные частицы грунта 4 застревают в щебне. При этом освобождающееся от грунта 4 пространство заполнятся преимущественно вышележащим щебнем. Процесс обустройства грунтового фильтра является затухающим и вскоре прекращается после окончания возведения колодца. Размеры грунтового фильтра обуславливаются свойствами грунта 4, глубиной колодца и интенсивностью извлечения из него воды 11. Отметим, что с увеличением производительности насоса 5 автоматически увеличиваются размеры грунтового фильтра. Такой фильтр постоянно промывается поступающей из грунта 4 к колодцу водой 11 и поэтому не забивается мелкими частицами.

На возведение колодца в песчаном грунте 4 до стадии, при которой возникает возможность извлечения из него воды 11, затрачивают несколько часов. Далее углубление колодца можно осуществлять выкачиванием из него воды 11 в объеме, необходимом для потребления. Например, при использовании воды 11 для полива нескольких соток земли колодец углубляется существенно быстрее скорости понижения в летний период уровня грунтовой воды 11. Предполагается, что максимальная глубина колодца не будет превышать десяти метров. Срок эксплуатации колодца практически не ограничен из-за постоянного промывания образованного вокруг него грунтового фильтра.

1. Способ возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта, включающий проходку скважины до проектной глубины, обустройство грунтового фильтра из фильтрационного материала и установку в скважине насоса, отличающийся тем, что скважину проходят упором в ее забой перфорированной трубы с неперфорированным нижним концом и вымыванием под ним грунта насосом, а фильтрационный материал выбирают таким, чтобы размеры его зерен были больше диаметра перфорации в перфорированной трубе, при этом обустройство грунтового фильтра осуществляют одновременно с проходкой скважины, для чего фильтрационный материал приваливают к выходящей из грунта внешней поверхности указанной трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на насос надевают перфорированный стакан с диаметром перфорации меньше диаметра входных отверстий насоса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что насос подвешивают на канате таким образом, чтобы при его контакте с грунтом канат оказывался натянутым.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что свободный от насоса конец каната закрепляют на верхнем конце перфорированной трубы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фильтрационного материала используют щебень, например, фракции больше 20 мм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что вымывание грунта под указанной трубой осуществляют водой, поступающей в скважину из водоносного слоя грунта, которую после выноса ее потоком грунта на поверхность используют для потребления.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что с момента поступления в скважину воды из водоносного слоя грунта скорость проходки скважины ограничивают потребляемым расходом добываемой воды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водозаборным сооружениям, и может быть использовано для забора воды из подземных источников при неглубоких залеганиях грунтовых вод.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водозаборным сооружениям, и может быть использовано для забора воды из подземных источников при неглубоких залеганиях грунтовых вод.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к водозаборным сооружениям, и может быть использовано для забора воды из подземных источников при неглубоких залеганиях грунтовых вод.

Изобретение относится к области добычи подземных вод и мелиорации засушливых земель, а также пустынных участков земной поверхности, благодаря чему достигается выращивание растений с высокой урожайностью и вовлечение в хозяйственный оборот дополнительных земель, не пригодных в настоящее время для производства сельскохозяйственной продукции.

Изобретение относится к области водоснабжения и может быть использовано для автоматического слива жидкости в трубопроводах в качестве защиты водоподъемных труб и башни (емкости) от замерзания в них воды, скважины и электропогружного насоса от нарушения правил их эксплуатации, устья скважины от засорения и загрязнения, предпочтительно в водозаборных скважинах, расположенных в сельской местности.

Изобретение относится к водоснабжению, а именно к сооружению водозаборов подземных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении, в гидротехнике и мелиорации. .

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации, в частности к способам водоснабжения в аридных зонах. .
Изобретение относится к добывающей промышленности и может быть использовано для добычи воды из буровых скважин. .

Изобретение относится к водоснабжению и касается сооружений для забора и транспортировки подземных вод. .

Изобретение относится к водоснабжению и может использоваться при регулировании подземного стока водоносных горизонтов, приуроченных к долинам рек для повышения надежности водоотбора или его увеличения.

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано при регулировании подземного стока водоносных горизонтов, приуроченных к долинам горных рек с периодически пересыхающим водотоком, для повышения надежности водоотбора или его увеличения. Устройство включает водонепроницаемый барраж 1 в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт и образующий основное подземное водохранилище 2, и расположенный выше водозабор подземных вод, например, в виде шахтного колодца 3. Устройство содержит дополнительный водонепроницаемый барраж 4, расположенный в поперечном створе долины реки выше зоны влияния основного подземного водохранилища 2 в верхнем его бьефе и образующий дополнительное подземное водохранилище 6. Дополнительный водонепроницаемый барраж 4 имеет отверстие 5 для пропуска подземных вод из дополнительного подземного водохранилища 6. В верхнем бьефе дополнительного водонепроницаемого барража 4 установлено водоприемное устройство, например шахтный колодец 7, сообщенный трубопроводом 8 с основным подземным водохранилищем 2 через отверстие 5. Трубопровод 8 оснащен размещенным в шахтном колодце 7 затвором 9 для регулирования расхода воды из водоприемного устройства 7 в основное подземное водохранилище 2. Техническим результатом является обеспечение возможности надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком. 1 ил.

Изобретение относится к водоснабжению. Способ заключается в накоплении в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающем водоносный горизонт, подземных вод в основное подземное водохранилище в многоводные периоды года и расходовании их водозабором в маловодные периоды. В поперечном створе долины реки выше зоны влияния подземного водохранилища осуществляют дополнительное накопление подземных вод в дополнительное подземное водохранилище и управляют уровнем подземных вод при его падении на участке подземного водохранилища путем регулируемого пропуска воды из дополнительного подземного водохранилища в основное подземное водохранилище. Обеспечивается возможность надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации. 1 ил.
Наверх