Современные системы водоснабжения. Ко­лодцы, скважины и другие водные источники

Буровые или трубчатые колодцы. Скважины

Буровыми колодцы называют потому, что они выполняются методом бурения скважины с последу­ющей установкой в пробуренной скважине стальных труб для откачки из водоносного горизонта воды.

В нижней части трубы, находящейся в водоносном

0

Слое, должен быть установлен фильтр, необходимый для фильтрации поступающей из водоносного слоя в трубу воды.

Бурение скважины выполняют с помощью бура или специального бурового инструмента. Буровой инструмент имеет разные названия, диаметр и массу. Применяют его для бурения различных пород путем вращения или долбления, т. е. нанесения по породе сильных ударов инструментом, насаженным на штан­гу (рис. 35).

Все виды бурового инструмента имеют коническую резьбу, с помощью которой инструмент ввертывается на штангу. Буровой инструмент изготавливается из высококачественных сортов стали и подвергается термической обработке.

Буровые ложки (рис. 35 a) применяют для бурения скважин преимущественно в устойчивых легких породах: чистых, влажных песках, глинистых песках, песках с мелким гравием, суглинках и песча­нистых глинах.

Ложки изготавливают из листовой стали или сталь­ных труб с обязательной термообработкой. Корпуса ложек изготавливают диаметром 70, 102, 140, 198 мм и длиной 700-750 мм. Эти ложки предназначены для обсадных труб с внутренним диаметром 78, 115, 155 и 205 мм. В основном используют ложки с лезвием и змеевиком. При работе ложки с лезвием и двумя
заостренными резцами требуется нажим определен­ной силы, чтобы она врезалась в породу и срезала ее. Ложка со змеевиком на конце (рис. 35 б) облегчает бурение, так как нажимать на нее во время работы почти не требуется, поскольку змеевик ввертывается в грунт и тянет за собой ложку.

Змеевик (спиральный бур) (рис. 35 в) применяют для бурения скважин в глинах и суглинках с содер­жанием некоторого количества гравия. Он состоит из головки с конусообразной резьбой и нескольких спи­ральных витков, оканчивающихся в нижней части лезвием. Шаг спирали принимают, как правило, рав­ным диаметру змеевика. Изготавливают из полосо­вой стали нужной марки и вязкости. Закаливают змеевик на высоту спирали. Перекаленный металл непригоден, так как при бурении он может сломаться и удалить его из скважины практически невозможно.

Совет

Змеевик должен быть цельнокованым, сварные змеевики не допускаются, так как по месту сварки может произойти излом. Змеевики быва­ют диаметром 70, 104, 140 мм, длиной соответ­ственно 650, 700, 820 мм.

Долота (рис. 35 г, д) применяют для ударного буре­ния. Они подразделяются на зубильные, пирами­дальные, плоские, крестовые и др. Долота состоят из лопасти, шейки, конусной резьбы. Нижняя кромка

Является режущей поверхностью. Выковывают доло-

%

Та из цельного куска стали с последующим закалива­нием. Во время работы для округления ствола сква­жины долото после каждого удара поворачивают на угол 15-20 . Зубильное долото имеет нижнее основа­ние размером 45, 60, 75, 85 мм, длину лезвия 258, 260, 290 мм.

Желонки (рис. 35 е) бывают простые и поршневые. Желонки служат для извлечения из скважины про­буренной ударным способом породы, а также для бурения сыпучих и рыхлых пород. Корпус желонки изготовляют из трубы длиной 2-3 м. Вверху имеется резьба для крепления к штанге или серьга для креп­ления к канату, внизу - стальной башмак с клапа­ном. Нижнюю часть башмака делают острой, диа­метром на 4-8 мм больше наружного диаметра кор­пуса желонки.

Желонки бывают с наружным диаметром корпуса 89, 95, 127, 168, 219 мм и соответственно массой 25, 30, 47, 64, 96 кг. Они предназначены для работы в обсадных трубах с внутренним диаметром 104, 115, 155, 205, 225 мм.

Простая желонка имеет клапан в виде стального диска или шарика. Диск крепится шарнирно с одной стороны к своему седлу с отверстием, на которое он опускается. Если клапаном служит шарик, то он перекрывается ограничителем, не позволяющим уйти ему вместе с породой. При ударе о породу желон­ка внедряется в породу, она при этом поднимает кла­пан, при обратном движении тяжесть и давление породы закрывает клапан: желонка заполняется породой. Поднятая наверх желонка с породой осво­бождается от нее путем опрокидывания желонки.

Поршневая желонка в изготовлении сложнее, но она дает замечательные результаты при работе в раз­жиженных водой породах. При этом поршень уста­навливается внутри желонки и управляется с помо­щью штанги.

Указанная выше длина бурового инструмента необ­ходима потому, что в процессе работы бурение чере­дуется с извлечением инструмента из скважины, очисткой его от породы, обратной вставкой его в сква­жину, после чего цикл работы повторяется.

Выемка инструмента отнимает очень много време­ни. При коротком инструменте производительность труда сильно падает. Но сверхдлинный инструмент также малопригоден, поскольку заполненный поро­дой окажется очень тяжелым и потребует больших усилий для выемки его из скважины.

На заметку

В процессе бурения рыхлые грунты обвалива­ются и засоряют скважину. Чтобы избежать этого, в пробуриваемую скважину вставляют обсадную трубу. Диаметр обсадной трубы дол­жен быть таким, чтобы в нее свободно входил буровой инструмент. По мере бурения скважи­ны обсадная труба опускается. При поворачива­нии обсадной трубы ее нагружают балластом, с тем чтобы осадить обсадную трубу в грунт. Обсадные трубы по мере бурения удлиняют путем наращивания с помощью резьбовых сое­динений. Поэтому, чтобы избежать развинчива­ния обсадных труб в скважине, вращать обсад­ные трубы как при их спуске в скважину, так и при подъеме, нужно только в одну сторону (в сторону завинчивания).

Буровая скважина должна быть строго вертикаль­ной. В силу этого и бур должен находиться строго в вертикальном положении.

Для этого необходимо выполнить следующее:

1. Перед бурением кладут и прочно крепят к земле

%

Толстую доску с отверстием, соответствующим диа­метру обсадной трубы. Доску крепят к земле с помо­щью длинных прочных кольев.

2. Над доской устанавливают треногу из толстых жердей или бревен с прикрепленным к ее вершине блоком (рис. 36).

О. Us ^ о

• %

- ооорудование для иурении скважины, и — ииниришыи лимуі

1 - водоносный слой; 2 — змеевик; 3 — буровая колонка; 4 - ворот; 5 — тренога; 6 — стяжная шпилька; 7 - блок;

- вертлюг; 9 - вороток; 10 - оголовок; 11 - деревянный щит; 12 - башмак зубчатый; 13 — хомут деревянный; 14 — муфта

Ударная; 15 — стяжная шпилька; 16 - обсадная труба

3. Бур устанавливают в отверстие в доске, выравни­вают по отвесу и делают забур в грунт на длину при­меняемого инструмента. Затем бур вынимают из скважины, очищают от вынутого грунта. В образо­вавшуюся скважину вставляют обсадную трубу и ввинчивают ее в грунт путем вращения под балла­стом. Затем внутрь обсадной трубы вставляют бур, который подвешивают на канате, перекинутом через блок треноги. І

4. Бур вращают с помощью рычага или ключа и тем самым углубляются в грунт на длину применяемого бурового инструмента.

5. Бурение продолжают до тех пор, пока бур не дой­дет до водоносного слоя. По мере углубления бура в грунт обсадную трубу и стержень бура наращивают новыми звеньями с помощью муфт с резьбой. Плотные и каменистые грунты разрабатываются ударным спо­собом с помощью зубильных долот.

Внимание

Для нормальной работы скважины следует пра­вильно установить в ней фильтр. Фильтры обяза­тельно должны быть в буровых колодцах и слу­жат для фильтрации воды, поступающей к насо­су. В такой воде нет мельчайших песчинок и мути. Это в первую очередь повышает качество воды, во вторую очередь удлиняет срок службы насосов, перекачивающих воду из скважины.

Наибольшее распространение получили следую­щие конструкции фильтров:

• дырчатый фильтр без сетки - это стальная пер- форированная труба с просверленными в шахматном порядке круглыми отверстиями диаметром 1-20 мм. Число отверстий должно быть таким, чтобы их общая

Площадь составляла примерно 20-25% общей поверх­ности трубы. Такой фильтр устанавливают в водо­приемной части скважины в неустойчивых скальных породах или крупноблочных рыхлых породах;

• стальной щелевой фильтр представляет собой стальную трубу, на которой в шахматном порядке

Фрезеруют узкие прямоугольные щели размером 1,5-3 х 25-100 мм;

• для улучшения фильтрации перфорированные дырчатые или щелевые фильтры обматывают сверху проволокой (рис. 37 а). При этом на поверхности трубы по ее длине приваривают через 20-30 мм сталь­ную проволоку диаметром 3-4 мм. Затем вплотную друг к другу навивают стальную оцинкованную или медную проволоку диаметром 1,5-2 мм на всю длину перфорированной трубы;

• широко применяются сетчатые фильтры (рис. 37 б) для улавливания песков и взвесей в воде. Сетка, применяемая для сетчатых фильтров, изготавливает­ся из медной или латунной проволоки и имеет отвер­стия диаметром от 0,1 до 0,5 мм. Чем меньше отвер­стия сетки, тем чище получается отфильтрованная вода. На перфорированную трубу вначале наматыва­ется опорная проволока диаметром 2,5-3 мм с шагом навивки 15-30 мм. Опорная проволока приваривает­ся или припаивается к трубе во многих местах. Сетку закрепляют сверху опорной проволоки и припаивают

К ней по всей длине. Этим добиваются необходимой

І

Прочности закрепления сетки на перфорированной трубе;

• гравийные фильтры (рис. 37 в) бывают несколь­ких типов. Самый простой: гравий засыпают в сква­жину после ее устройства. Но сначала в скважину опускают дырчатую трубу или сетчатый фильтр, который по мере подъема обсадных труб обсыпают гравием. Его зерна должны быть в 10-20 раз крупнее диаметра песчинок водоносного слоя. Фильтр закреп­ляют на конце водоподъемной трубы и опускают в заранее пробуренную и предварительно очищенную скважину. Опустив фильтр, его обнажают, поднимая обсадные трубы на высоту фильтра.

После пробного откачивания воды из скважины и получения удовлетворительной степени фильтрации обсадные трубы можно вытащить из скважины, а скважину передать в эксплуатацию.

В сравнении с шахтными колодцами буровые ко­лодцы обладают рядом преимуществ:

• буровые колодцы гигиеничнее других, так как вода попадает в них не сразу, а предварительно очи­стившись, пройдя через различные слои почвы и фильтр тонкой очистки, смонтированный на конце водоподъемных труб;

• буровые колодцы менее трудоемки в строитель­стве. Пробурить скважину глубиной до 30 м, смонти­ровать водоподъемник трубы с фильтром и сдать в эксплуатацию возможно за 1-2 дня. На устройство шахтного колодца такой глубины требуется 30- 60 дней. Буровые колодцы дешевле шахтных.