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