Выбор типа фильтра и его расчет

Фильтр является одним из наиболее ответственных элементов водозаборной скважины. Он служит для крепления ее стенок в пределах водоносного пласта и предупреждения выноса частиц водоносной породы в колодец при фильтровании воды.

Тип и конструкцию фильтра (см. рис. 5), выбирают в зависимости от характера водоносных пород, глубины скважины, дебита скважины, качества забираемой воды, условий режима эксплуатации скважины (табл. 2).

Таблица 2

Рекомендуемые конструкции фильтров и методы

Бурения водозаборных скважин

Горные породы водоносных горизонтов	Преобладающая (более 50% по массе) крупность частиц	Гравийная обсыпка	Применяемые типы и конструкции скважин
1. Неустойчивые рыхлые (пористые) крупнообломочные породы:			Каркасно-стержневые и трубчатые фильтры из металлических и полимерных материалов с отверстиями (круглыми, прямоугольными, горизонтальными и вертикальными щелями)
1.1. Галечниковые и щебенистые	20…100	Не требуется
1.2. Гравийные и дресвяные	2…5	Не требуется	Фильтры штампованные с отверстиями «мост». Фильтры кольцевые из полимерных материалов
2. Неустойчивые рыхлые (пористые) песчаные породы (пески):			Каркасно-стержневые и трубчатые фильтры из металлических и полимерных материалов с отверстиями (круглыми, прямоугольными, горизонтальными и вертикальными щелями), с (без) дополнительной водоприемной поверхностью из антикоррозионных материалов
2.1. Гравелистые;	2…5	Не требуется
2.2 Крупный;	0,5…2	Возможна	Проволочные, проволочные с водоприемной поверхностью из штампованного стального листа; сетчатые, с водоприемной поверхностью из сетки квадратного сечения.
2.3 Средний;	0,25…0,5	Возможна	Сетчатые, с водоприемной поверхностью из сеток гладкого (галунного) плетения, фильтрующая оболочка).
2.4 Мелкие	0,1…0,25	Обязательна	Гравийные и блочные, при наличии крепой устойчивой кровли – бесфильтровые скважины с водоприемной полостью
2.5 Пылеватый	0,1 и менее	Обязательна	Гравийные и блочные, при наличии крепой устойчивой кровли – бесфильтровые скважины с водоприемной полостью

Наиболее важным элементом конструкции водозаборной скважины является водоприемная часть, которая в зависимости от состава, состояния и свойств водоносного горизонта и водоупорных пород может быть бесфильтровой или оборудованной фильтрами различных типов.

 

Рис. 5 Типы фильтров водозаборных скважин

а – дырчатый; б – щелевой; в – каркасно-стержневой; г – проволочный; д – с водоприемной поверхностью из штампованного стального листа; е – сетчатый; ж – гравийно-засыпной; з – гравийно-кожуховый; и – блочный; 1 – муфта с фигурным вырезом; 2 - надфильтровая труба; 3 – водоприемные отверстия; 4 – отстойник; 5 – пробка; 6 – щели; 7 – соединительный патрубок; 8 – металлические стержни; 9 – опорные пояса жесткости; 10 – дырчатый каркас; 11 – подкладные стержни; 12 – проволочная обмотка; 13 - водоприемная поверхность из штампованного листа; 14 – сетка; 15 – обсадная труба; 16 – щелевой каркас; 17 – гравийная обсыпка; 18 – кожух из сетки квадратного сечения; 19 – хомут для крепления кожуха; 20 – фильтровые блоки; 21 – войлочная или резиновая прокладка; 22 – опорный фланец.

Бесфильтровые скважины. В зависимости от свойств горных пород различают бесфильтровые скважины в устойчивых или в рыхлых водоносных породах. Если для устройства водоприемной части в устойчивых водоносных породах (открытого ствола) не требуется каких-то особых условий, то для устройства бесфильтровой водоприемной части скважины в рыхлых породах требуется ряд условий:

· наличие мощной и прочной кровли – толщи устойчивых пород, перекрывающих водоносные пески (известняки, песчаники, мергели и др.) или искусственное укрепление кровли;

· водоносный горизонт должен обладать достаточным напором;

· возможность точной фиксации глубины залегания и мощности пород кровли намечаемого к эксплуатации водоносного горизонта.

Водоприемная часть бесфильтровой водозаборной скважины в рыхлых породах представляет собой воронку (каверну) под устойчивыми, перекрывающими водоносные пески, породами. Дебит скважины «на каверну» в основном зависит от радиуса воронки и в меньшей степени от ее глубины.

В переслаивающихся толщах горных пород (переслаивание рыхлых песков и плотных пород) можно проектировать и сооружать бесфильтровые скважины с несколькими кавернами вдоль ствола скважины.

Бесфильтровые водозаборные скважины в рыхлых породах отличаются максимальными удельными дебитами, малой металлоемкостью и более низкими эксплуатационными затратами.

При проектировании бесфильтровых скважин в рыхлых водоносных породах следует учитывать следующие обстоятельства:

· водозаборные скважины «на каверну» могут сооружаться только в напорных водоносных горизонтах;

· погружной насос должен устанавливаться выше воронки, динамический уровень в процессе эксплуатации скважины не должен доходить до кровли воронки.

Фильтровые скважины. Гидрогеологические условия чаще всего обуславливают необходимость оборудования водозаборных скважин фильтрами, основное назначение которых заключается в том, чтобы удерживать стенки скважин от обрушения, обеспечивая при этом свободный пропуск воды в ствол скважины. Фильтр водозаборной скважины в рыхлых неустойчивых породах следует рассматривать как вспомогательный каркас, предназначенный для формирования естественного фильтра из горных пород на его внешней поверхности.

Учитывая длительность работы скважины, интенсивность водоотбора, качество подземных вод и режим работы водозаборной скважины, фильтры должны удовлетворять следующим требованиям:

· обеспечивать поступление воды в скважину с минимальными гидравлическими сопротивлениями;

· обладать необходимой механической прочностью, обеспечивающей установку фильтров на проектную глубину с учетом допустимой нагрузки от импульсного воздействия для разрушения кольматирующих отложений;

· обеспечивать поступление воды в скважину без механических примесей за исключением периода строительных откачек;

· быть устойчивыми против коррозии и инкрустации (солеотложению);

· гарантировать долговечность эксплуатации не менее 25 лет;

· материал фильтров должен быть безопасным в санитарно-гигиеническом отношении для использования в питьевом водоснабжении;

· обеспечивать ремонтопригодность фильтров с применением устройств по их регенерации химическими, механическими, импульсными и комбинированными способами.

При установке фильтров во временных скважинах и в скважинах, рассчитанных на непродолжительный период работы (менее 2–3 лет), снижаются требования к материалам и их антикоррозионной защите, одновременно допустимо уменьшение скважности и размеров проходных отверстий.

Тип фильтра следует подбирать таким образом, чтобы коэффициент водопроницаемости его был бы равен или превышал коэффициент водопроницаемости водоносных пород или гравийных обсыпок. Размеры проходных отверстий фильтров принимают в зависимости от крупности частиц водоносной породы d₁₀, d₅₀ и d₆₀ – размеров, меньше которых в водоносном пласте содержится соответственно 10, 50, 60% по массе частиц, а также в зависимости от величины коэффициента неоднородности породы .

Таблица 3