Колодцы искусственные, всегда вертикальные выработки в земле для добывания воды. По способу сооружения их разделяются на 2 группы:
Трубчатые колодцы получили свое название по способу крепления их стенок обсадными трубами. Простейшие абиссинские или нортоновские. Название свое абиссинские получили потому, что они впервые начали применяться во время похода англичан в Абиссинию в 1867—1868 гг.
Устраиваются эти колодцы преимущественно для временных нужд в условиях неглубокого залегания водоносных слоев. Наиболее благоприятной водоносной породой для устройства этого типа является рыхлый песок. Сооружаются они путем забивки или ввинчивания в грунт до водоносного слоя железных колодезных труб диаметром 25—50 мм, нижний конец которых снабжается острием или винтовым наконечником
Нижняя труба делается дырчатой и обтягивается густой металлической сеткой (фильтр) с целью предохранения от засорения песком и илом. В верхней части нижней трубы помещается всасывающий шаровой клапан (рис. 1).
Забивка труб производится при помощи специальных козел и бабы, ударами которой о хомут, укрепляемый на колодезных трубах, последние осаживаются в грунт до водоносного слоя. Применяются также механически забивные устройства, смонтированные на специальных тележках с конной или моторной тягой. Для подъема воды на устье его устанавливается насосная колонка (рис. 1).
Главнейшие достоинства абиссинских колодцев — легкость и быстрота сооружения; недостатки — быстрая васоряемость фильтра, чистка которого связана с необходимостью извлечения, и невозможность отбора грунтов проходимых пород, в том числе и водоносной, вскрытие которой носит случайный характер.
Глубокие трубчатые колодцы устраиваются при помощи бурения скважин. Стенки скважины закрепляются несколькими рядами (колоннами) железных обсадных труб. Нижняя часть трубчатого бурового колодца в пределах водоносного слоя снабжается фильтром (рис. 2) — короткой колонкой из дырчатых труб, снаружи окруженной металлической сеткой или засыпкой из гравия.
Длина фильтровых труб делается с расчетом захватить по возможности всю мощность водоносного слоя. К верхнему концу фильтровых труб присоединяется патрубок длиной не менее 1 м, входящий в обсадную трубу; к нижнему концу — глухой патрубок длиной 1—2 м (который желательно погрузить в водонепроницаемый слой) с глухим дном, образующий «силос» или камеру для скопления мелкого песка и ила, проникающих через фильтр в начале работы. (рис. 2).
После спуска фильтра на место последняя обсадная колонна приподнимается с таким расчетом, чтобы нижний конец ее оказался выше отверстий фильтра. Кольцевой зазор между обсадной трубой и патрубком фильтра заполняется резиновым кольцом или набивкой из просмоленной пакли. Диаметр фильтровых труб d (в см) определяется из соотношения
d = Q / π h ν
где Q — дебит колодца, в cм3/ск, h — длина дырчатой части фильтра в см, ν — скорость поступления воды в колодец в см/ск, которая берется в зависимости от величины зерен песка (табл. 1).
Табл. l. Соотношение величины зерен песка и скорости поступления воды.
| Количество % | Величина зерен песка, мм | Скорость ν, см/ск |
|
60
|
Меньше 1
|
0,2
|
|
40
|
Меньше 0,5
|
0,1
|
|
40
|
Меньше 0,25
|
0,05
|
Площадь всех отверстий F (в см2) фильтровых труб определяется из соотношения где Q и v имеют прежние обозначения; величина. v берется из табл. 1. Круглые отверстия просверливаются в фильтровых трубах в шахматном порядке при расстоянии межху центрами по окружности трубы 20—40 мм, а вдоль трубы 20— 30 мм. Диаметр отверстий делают от 15 до 20 мм. Отверстие по рис. 3 берутся следующих размеров (табл. 2).
Фильтры с незащищенными крупными отверстиями применяются в гравелистых, галечных породах, а также в твердых,(известняки, гранит и т. п.). В последнем случае иногда обходятся и без фильтровых дырчатых труб, оставляя стенки пробуренной скважины незакрепленными. В песчаных грунтах с величиной зерен мельче 2 мм применяются фильтры с защитными приспособлениями, препятствующими выносу в колодец мелких частиц водоносной породы, — фильтры с сеткой или с засыпкой из гравия. В сетчатых фильтрах (рис. 2) дырчатая труба обтягивается луженой сеткой из тонкой медной проволоки.
Табл. 2. Размеры отверстий в стенках труб (в мм).
| Ширина щели bs | Высота щели h | Размер h | Размер hs |
|
2
|
20
|
6
|
25
|
|
2,5
|
20
|
7
|
25
|
|
3
|
20
|
7,5
|
25
|
|
3,5
|
25
|
8
|
30
|
|
4
|
25
|
9
|
30
|
|
4,5
|
30
|
10
|
37
|
|
5
|
30
|
11
|
37
|
|
5,5
|
30
|
12
|
37
|
|
6
|
35
|
13
|
43
|
|
7
|
35
|
15
|
43
|
|
8
|
40
|
16
|
50
|
|
10
|
40
|
30
|
55
|
Для использования всей фильтрующей поверхности сетки последняя не накладывается непосредственно на стенки трубы, а укрепляется к оцинкованным проволокам диаметром 3—6 мм, припаиваемым к трубе на расстоянии в 15— 25 мм. Пустоту сетки выбирают обычно так, чтобы через сетку просеивалось 40—60% песка (по весу) водоносного слоя. В зависимости от крупности зерен водоносной породы применяются сетки различного плетения:
При очень мелкозернистом плывучем песке применяют гравелистые фильтры, в которых дырчатая труба окружена одним или несколькими слоями гравия. При многослойной засыпке крупность гравелистого материала увеличивается от породы к стенкам фильтровой трубы, причем размер зерен каждого следующего слоя засыпки должно быть в 4—5 раз больше зерен предыдущего. По этому же принципу делаются корзинчатые, или карманные, фильтры, в которых к дырчатой трубе прикрепляется ряд конических железных листов с засыпкой фильтрующим материалом различной крупности (рис. 7).
Подъем воды из трубчатого колодца может роизводиться или непосредственно через последнюю обсадную колонну или через специальную всасывающую колонну труб, опускаемую в скважину ниже самого низкого динамического уровня по крайней мере на 1 м во избежание периодич. засасывания через нее воздуха. Верхняя часть трубчатого колодца — его устье — оборудуется оголовком (рис. 8), предохраняющим его от загрязнения. К оголовку присоединяется труба для отвода воды из колодцев с задвижкой для его включения. Через оголовок пропускаются трубки малого диаметра, опускаемые на глубину всасывающей трубы для наблюдения за уровнем воды и отбора проб воды.
Оголовок устанавливается или на поверхности земли или помещается в особой, легко доступной шахте, закрытой сверху люком. Колодец поступает в эксплоатацию после производства так называемой строительной откачки с производительностью, несколько превышающей будущий эксплоатационный расход.
Диаметры трубчатых буровых колодцев колеблются в довольно широких пределах.
Встречаются колодцы с диаметром 100 — 400 мм и более. Наивыгоднейшим в хозяйственном отношении диаметром трубчатых колодцев оказался диаметр в 200—250 мм, при котором сооружение колодец связано с наименьшими затратами и обеспечивается наибольший дебит.
Подъем воды из трубчатых буровых колодцев может производиться четырьмя типами подъемных механизмов:
Обычные поверхностные насосы применяются при условии высокого уровня в скважине (не ниже 7—8 м во время откачки). В колодцах с более глубокими уровнями воды применяются центробежные насосы, опускаемые в скважину.
Эти насосы бывают двух типов:
Насосы эти применяются в скважинах диаметром не менее 200 мм. Штанговые насосы применяются для подъема воды из скважин малого диаметра (до 150 мм), преимущественно в глубоких трубчатых с низкими уровнями.
Оборудование простейших штанговых насосов состоит из
Для подъема воды из глубоких трубчатых колодцев применяется более сложное оборудование насосов одиночного и двойного действия с кривошипно-шатунным механизмом для качания, с механическим приводом от электромоторов, паровых машин, двигателей внутреннего сгорания и пр. В трубчатых колодцев с глубоким уровнем для откачивания болыцих количеств воды находит себе применение пневматический водоподъемник (эрлифт).
Трубчатые буровые колодцы, использующие глубокую напорную воду с высокими уровнями, иногда переливающуюся на поверхность земли через устье скважины или даже фонтанирующую, называются артезианскими. Артезианские получили свое название от провинции Артуа (древнее латинское название — Артезия) во Франции, где самоизливающиеся напорные воды и их эксплоатация были известны с 12 в. Артезианские колодцы с самоизливающейся водой очень удобны и выгодны в эксплоатации. Однако в интересах водного хозяйства в целом не следует давать им изливаться постоянно и самопроизвольно. Разбор воды из артезианских колодцев всегда должно быть регулируем в соответствии с водопотреблением. При этом рекомендуется избегать коротких, мгновенных перекрытий, чтобы не допускать гидравлических ударов, обусловливающих занос песком и его быструю порчу.
