2. Водозаборные скважины  и шахтные колодцы

2.1. ВОДОЗАБОРНЫЕ СКВАЖИНЫ

2.1.1. Конструкции водозаборных скважин

Конструктивно скважины состоят из следующих основных элементов (Рис. 2.1): кондуктора, технических колонн труб, эксплуатационной колонны, цементной защиты, фильтра скважины - водоприемной части с отстойником и надфильтровой колонной.

Эти элементы принимаются в том или ином сочетании при бурении скважин в зависимости от способа бурения, глубины скважины и гидрогеологических условий места ее заложения. Если породы устойчивы или если в кровле водоносных песков залегают устойчивые породы, то допускается проектирование бесфильтровых скважин.

При неполном извлечении из скважин технических колонн труб (при вырезке на определенной глубине) верх обрезанной трубы должен быть выше башмака предыдущей колонны труб, оставляемой в конструкции скважины на эксплуатацию, не менее чем на 3 м и закрепляться сальником.

Диаметр фильтра для скважин ударно-канатного бурения при его спуске в обсадные трубы (при неустойчивых породах) или в не обсаженный трубами интервал скважины (в скальных или полускальных устойчивых породах) должен быть меньше внутреннего диаметра обсадных труб или долота не менее чем на 50 мм; для скважин роторного бурения - не менее чем на 100 м.

При установке фильтра впотай верх его надфильтровой трубы должен быть на 3-5 м выше башмака эксплуатационной колонны труб и при необходимости закрепляться сальником.

Рекомендуемые материалы

2.1.2. Проектирование водозаборных скважин

Разработка конструкций скважин осуществляется на бурение и на эксплуатацию. Их изображения на чертеже могут быть: раздельными при сложных конструкциях или совмещенными в одном - рисунке при простых конструкциях.

При разработке конструкций водозаборных скважин следует исходить из гидрогеологических условий места их заложения - литологического состава пород водоносного горизонта, глубины его залегания и мощности, состава и характера обводненности пород, покрывающих водоносный горизонт, проектного дебита скважин и соответствующего ему насосного оборудования, способа бурения и учитывать положения, изложенные ниже.

В проектах водозаборных скважин наряду с разработкой их конструкций указываются требования к бурению, оборудованию и опробованию; даются конструкции фильтров, спецификации труб и других материалов, необходимых для осуществления проекта.

При проектировании глубоких скважин наряду с проектом собственно скважин составляется проект производства работ. В нем указываются:

состав и объем подготовительных работ (доставка оборудования на площадку, планировка площадки, сооружение земляных амбаров для промывной жидкости, водоснабжение, энергоснабжение, теплоснабжение, топливоснабжение, строительство фундаментов под буровую установку, подсобных сооружений - складов, конторы и др.);

технология бурения, оборудования и опробования скважины;

мероприятия по технике безопасности.

К проекту производства работ составляется строительный генеральный план и технологическая карта работ.

Запроектированные скважины следует выносить в натуру путем закрепления их устья реперами. На них должны быть составлены акт и схема, в которой указывается привязка скважины к имеющимся на местности трем постоянным ориентирам (строения, существующие скважины), расположенным вблизи или в координатах.

До начала буровых работ на территории возможного расположения существующих подземных коммуникаций местоположение намечаемых скважин должно быть согласовано с организациями, эксплуатирующими коммуникации, и выполнены мероприятия, обеспечивающие технику безопасности при проведении работ.

В процессе бурения скважин все виды работ должны отражаться в буровом журнале по мере их выполнения.

По окончании бурения и опробования скважины верх эксплуатационной трубы должен быть заварен металлической крышкой с отверстим диаметром 10-15 мм с резьбой под болт-пробку (для временного замера уровня воды). На трубе должны быть нанесены: проектный и буровой номер скважины, сокращенное наименование буровой организации и год бурения.

Для последующей эксплуатации скважина в соответствии с проектом должна быть оборудована приборами для замера уровней воды и дебита.

Буровая организация при сдаче скважины передает заказчику образцы пройденных пород и исполнительную геолого-техническую документацию - паспорт скважины, к которому прилагается: геолого-литологический разрез с конструкцией скважины, откорректированный по данным геофизических исследований; акты на заложение скважины, установку фильтра, цементацию обсадных колонн; сводную каротажную диаграмму с результатами ее расшифровки, подписанную организацией, выполнившей геофизические работы, данные о результатах химических, бактериологических анализов и органолептических показателях воды, заключение санитарно-эпидемиологической службы.

Паспорта скважин со всеми приложениями до сдачи их заказчику должны быть проверены и подписаны проектной организацией.

2.1.2. Способы бурения водозаборных скважин

Бурение водозаборных скважин производится в основном двумя способами - ударно-канатным и вращательным с прямой или обратной промывной. Кроме того, применяют комбинированный, колонковый и реактивно-турбинный способы, а при устройстве временных скважин может применяться также шнековый способ бурения.

При проектировании водозаборных скважин способ бурения выбирают исходя из общих геологических и гидрогеологических условий участка размещения водозабора - глубин залегания водоносных горизонтов, подлежащих вскрытию и эксплуатации, литологии пород, слагающих водоносный горизонт, а также из необходимого диаметра скважины и наибольшей технико-экономической целесообразности способа бурения в данных конкретных условиях.

Технико-экономическая целесообразность применения того или иного способа бурения скважин определяется по совокупности трех показателей: качество и долговечность скважины, продолжительность ее сооружения, стоимость сооружения. В случаях, когда не представляется возможным согласовать все три показателя, решающим должен быть, как правило, первый показатель.

При выборе способа бурения водозаборных скважин необходимо руководствоваться рекомендациями, приведенными в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Условия выбора способа бурения водозаборных скважин

Типы станков для бурения скважин на воду и некоторые их технические показатели приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Типы станков для бурения скважин на воду и их технические показатели

Для бурения водозаборных скважин необходимо отведение земли,  минимальные размеры  площади отвода представлены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Отведение земли для бурения водозаборных скважин

Ударно-канатное бурение (рис. 2.2) состоит в разрушении породы путем периодического нанесения ударов по забою скважины закрепленным на стальном канате и свободно падающим с высоты 40-50 см тяжелым буровым снарядом с заостренным наконечником.

Буровой снаряд состоит (рис. 2.3) из долота, массивной ударной штанги, устрой­ства для выбивания долота при его заклинивании в породе и приспособления для соединения с канатом (канатный замок).

Удаление разрушенной породы из скважин производится желонкой, представляющей собой стальную трубу с режущим кольцевым башмаком, клапаном в нижней части и канатным замком в верхней. При бурении сква­жин в рыхлых породах желонка может использоваться также в качестве бу­рового снаряда.

По мере углубления скважины, стенки ее закрепляются обсадными трубами. По окончании бурения и осадки ствола скважины в нее опускается фильтр, который обнажается путем приподнятия всей колонны обсадных труб.

Для повышения эффективности проходки крепких пород ударно-канатными станками рекомендуется применять виброударные буровые снаряды, например, ВС-1 и ВС-2, характеристики которых приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Характеристики виброударных буровых снарядов

Виброударные буровые снаряды обеспечивают нанесение по забою посредством подпружиненного ударника серии дополнительных ударов в момент контакта долота с породой в промежутке между основными ударами, что дает возможность увеличить интенсивность динамического воздействия на забой благодаря более эффективному использованию кинетической энергии снаряда. Такой режим работы позволяет рационально использовать усталостные свойства разбуриваемой твердой породы и увеличить скорость ее бурения в 1,5-2 раза. Кроме того, применение виброударных снарядов исключает возможность прихвата долота породой.

Вращательное бурение с промывкой (рис. 2.4) состоит в разрушении породы по всей площади забоя скважины буровым наконечником (долотом), приводи­мым во вращение полыми бурильными трубами от двигателя.

Разрушенная порода непрерывно выносится из скважины раствором, подавае­мым в нее по бурильным трубам специальным насосом. Промывочный раствор с породой отводится по желобу от устья скважины в отстойник, где освобождается от вынесенной породы и вновь подается насосом в сква­жину.

Стенки скважины закрепляются обсадными трубами после окончания бурения или при необходимости перехода на меньший диаметр бурения. По окончании бурения и закрепления стенок на всю глубину скважины, в нее ус­танавливается фильтр.

Промывку при вращательном способе бурения скважин следует осуществлять с учетом следующих рекомендаций:

а) при прямой промывке забоя в скальных и полускальных породах применять чистую воду, а в песчаных породах - безглинистые промывочные жидкости, например водогипановый раствор. Глинистый раствор допускается применять при бурении по напорному водоносному горизонту и по непродуктивным интервалам; необходимость его применения должна быть обоснована проектом. Параметры промывочной жидкости надлежит подбирать с учетом гидрогеологических условий проходимых пород;

б) при обратной промывке забоя буровую установку обеспечивать водой на весь период бурения в количестве, определяемом мощностью и проницаемостью проходимых пород Разность отметок между установившимся уровнем воды в скважине и поверхностью земли должна быть не менее 3 м. При залегании уровня воды на глубине менее 3 м от поверхности земли проходку скважин следует осуществлять буровыми станками с поднимающимся ротором и выводом кондуктора выше поверхности земли, чтобы обеспечить необходимое превышение полного гидростатического давления столба в скважине над пластовым.

Глина и вода, используемые при бурении, должны удовлетворять санитарным требованиям.

Выбор типа бурового инструмента проводится с учетом крепости буримых пород. При бурении скважин роторным способом в качестве породоразрушающего органа применяются долота лопастные и шарошечные, а при бурении ударно-канатным способом - желонки и долота крестовые округленные и двутавровые. Диаметр долота при бурении водозаборных скважин следует принимать:

а) при вращательном способе бурения - на 100 мм больше диаметра обсадных труб; для создания уширенного контура гравийной обсыпки в песках следует применять различные типы расширителей, размер каверны определяется проектом. Серийно выпускаемые долота имеют диаметры 98,4 - 490 мм;

б) при ударно-канатном способе бурения в устойчивых грунтах - на 100 мм больше диаметра обсадных труб; в неустойчивых грунтах - на 6 мм меньше внутреннего диаметра обсадных труб. При проходке водоносных песков диаметр желонки должен быть на 100 мм меньше внутреннего диаметра обсадных труб.

При реактивно-турбинном бурении применяют двухтурбинные буры диаметром 394-1020 мм.

Шнековое бурение осуществляется колонной шнеков, приводимой во вращение буровой установкой, и применимо практически до глубины 50-70 м в рыхлых или мягких пластичных породах.

При вращении шнековой колонны буровое долото первого шнека раз­рушает породу, которая по спиралям шпеков поднимается на поверхность земли. Бурение шнеками в устойчивых породах ведется на всю глубину с внедрением в водоносный пласт, после чего колонна шнеков извлекается, и в скважину опускаются обсадные трубы. При этом фильтр закрепляется на нижней части колонны обсадных труб и опускается на ней до погружения в водоносный пласт.

Со­вмещенное бурение, являющееся разновидностью шнекового, может эффективно применяться при устройстве временных скважин. При совме­щенном бурении применяются полые шнеки, а первый в колонне шнек пред­ставляет собой конструкцию, совмещенную с водоприемным устройством. Процессы разрушения породы, ее извлечения и закрепления стенок скважи­ны здесь совмещены, что позволяет существенно сократить время устройства скважины. По мере углубления колонны на верхнюю ее часть навинчиваются новые звенья шнеков. Вскрытие водоносного пласта определяется по выносу влажной породы на поверхность земли. В этом случае бурение прекращается, колонна шнеков поднимается на длину одного шнека, вследствие чего обна­жается водоприемное устройство (фильтр), скважина оборудуется штанго­вым насосом и прокачивается. При этом колонна пустотелых шнеков выпол­няет функцию обсадных и водоподъемных труб.

Высокая скорость устройства скважины совмещенным бурением дос­тигается вследствие минимума вспомогательных спускоподъемных работ и полного исключения специальных работ по закреплению стенок скважины.

Устроенная совмещенным бурением скважина глубиной 50 м не долж­на действовать более 3 суток, в противном случае может произойти прихватывание колонны шнеков породой и их извлечение будет затруднено; при глубине скважины до 30 м колонна шпеков может не извлекаться несколько суток. Когда надобность в скважине минует, колонна шнеков с фильтром из­влекается, разбирается и перевозится к месту устройства новой скважины.

Шнековое, в том числе и совмещенное бурение, имеет ряд недостатков: невозможно бурение скважин в плавунах и твердых породах (5 категории буримости и выше); ограниченная глубина бурения (не более 70-80 м); трудность в определении момента достижения водоносного пласта; короткое время эксплуатации скважины (до нескольких суток), вследст­вие постоянно существующей угрозы прихвата колонны шнеков породой.

Комбинированное бурение основано на применении шнекового и ударно-канатного бурения при устройстве скважины. При этом способе бу­рения устройство скважины в мягких устойчивых породах начинается шне­ками. По достижении более твердых пород шнеки извлекаются и пробурен­ная часть скважины закрепляется обсадными трубами. Последующее углуб­ление скважины выполняется ударно-канатным способом с желонкой. По мере углубления в скважину, при необходимости, устанавливается фильтр и эрлифтом производится ее первичная откачка.

Комбинированным бурением, в зависимости от гидрогеологических условий, скважина глубиной до 50 м может быть устроена за 12-20 часов. Этот способ бурения применяется, главным образом, для устройства посто­янных скважин в населенных пунктах.

2.1.4. Крепления стенок скважин

Для крепления стенок скважин при бурении и на период их эксплуатации применяют обсадные стальные трубы. Трубы с тонкими стенками 7-8 мм следует применять при свободной посадке их в скважину, а с толщиной стенок 10-12 мм-при принудительной посадке.

Скважины крепятся обычно несколькими колоннами обсадных труб в зависимости от глубины скважин, необходимого конечного их диаметра, способа бурения и гидрогеологических условий места их заложения. Разница в диаметрах между предыдущей и последующей колоннами обсадных труб должна быть не менее 100 мм.

Выход колонн обсадных труб (максимальная длина одной колонны) в зависимости от их диаметра и устойчивости проходимых пород при принудительной посадке приведен в табл. 2.5

Таблица 2.5

Выход колонн обсадных труб

При свободном спуске обсадных труб в породах разных типов выход колонны может быть более 1000 м.

При наличии агрессивных вод в используемых и гидравлически связанных с ними водоносных горизонтах должна предусматриваться антикоррозионная защита обсадных труб.

Для крепления стенок скважин глубиной до 250 м при свободной посадке колонны труб можно применять пластмассовые трубы с затрубной цементацией.

Для уменьшения металлоемкости конструкций скважин, сокращения расхода обсадных труб, а также для повышения выработки на станок целесообразно посадку обсадных труб при ударно-канатном бурении осуществлять вибромолоторами (рис. 2.1.2.2), характеристики некоторых из них приведены в табл. 2.6.

Тблица 2.6

Характеристики вибромолотов

Достоинством этих машин является возможность работы на забое скважины породоразрушающего инструмента или желонки с одновременным вибрационным погружением трубы. Вибраторы позволяют эффективно преодолевать встречающиеся в водоносном слое - плотные прослойки пород, осуществлять надежную посадку фильтра в требуемый интервал и устранять возникновение прихвата фильтра в ходе бурения скважины и засыпки гравия. Вибраторы можно применять также для вибрационного погружения и извлечения обсадных труб соответствующих размеров.

Для изоляции скважин от проникновения в них поверхностных вод, вод используемых водоносных горизонтов, песка из вышележащих пластов и др. могут применяться следующие способы.

При ударном бурении: а) забивка или задавливание колонны труб в слой естественной глины; б) подбашмачная цементация обсадной колонны труб при условии создания каверны; в) цементация пространства между двумя колоннами обсадных труб.

При роторном способе бурения - затрубная цементация колонн труб с доведением цементного раствора до отметок, предусмотренных проектом.

Для цементации скважин следует применять портландцементы тампонажные. Для герметичного заполнения затрубного пространства, скважины цементным раствором следует применять смеси цемента с расширителями:

а) 75-85% портландцемента тампонажного и 25-15% гипсо-глиноземного расширителя;

б) 58-80 % портландцемента тампонажного, 10-25 % молотой негашеной извести и 10-20% активной кремнеземной добавки (например, гранулированного доменного шлака, трепела, опоки).

Цементацию следует проводить одноступенчатым способом с двумя разделительными пробками.

Для производства работ следует применять цементировочные головки. Для приготовления цементной смеси рекомендуется использовать цементно-смесительные машины или цементировочные агрегаты.

Качество тампонажных работ можно проверять нагнетанием воды в скважину, геофизическими методами или запуском в затрубное пространство индикатора (поваренной соли или красителя) с последующим наблюдением за составом воды или цветом при откачке из скважины.

2.1.5. Типы и конструкции фильтров водозаборных скважин

Проектная глубина скважины назначается в зависимости от глубины и мощности водоносного горизонта, принятого для эксплуатации подземных вод, а ее начальный и конечный диаметры - в зависимости от размеров и конструкции фильтра, насоса, намечаемых к установке, и от способа бурения. При этом следует учитывать, что насосы с погружным двигателем (ЭЦВ) могут быть установлены в трубках, диаметр которых соответствует номинальному диаметру насоса, а насосы с двигателем на устье скважины (АТН) - в трубах, диаметр которых на 50 мм больше номинального диаметра насоса.

Для погружения в процессе ударно-канатного бурения фильтровых колонн труб при устройстве фильтров с конусным башмаком-расширителем рационально использовать вибраторы (рис. 2.5), характеристики некоторых из них приведены в табл. 2.6.

При отборе воды из рыхлых и неустойчивых полускальных и скальных пород в скважинах устанавливают фильтры.

Фильтр состоит из водоприемной (рабочей) части, надфильтровых труб и отстойников.

Интервал установки рабочей части фильтра определяется проектом и уточняется в процессе проходки скважины в соответствии с документацией и геофизическими исследованиями. При определении длины рабочей части фильтра соединительные муфты в секции не учитываются.

Длина надфильтровых труб зависит от конструкции скважины. Когда фильтр находится на колонне, то расположенные выше него надфильтровые трубы являются одновременно и эксплуатационной колонной.

В случае, когда эксплуатационная колонна имеет больший диаметр, чем фильтр, последний устанавливается впотай, причем верхняя часть надфильтровой трубы должна находиться выше башмака эксплуатационной колонны труб не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем, на 5 м при большей глубине скважины. В плывунных и мелкозернистых песках и при установке фильтров впотай длина надфильтровой трубы должна приниматься не менее 5 м при любой глубине скважины.

Между эксплуатационной колонной и надфильтровой трубой должен быть установлен сальник. Применяются сальники из различных материалов: резиновые, пеньковые, свинцовые, цементные и др. При установке гравийных фильтров роль сальника выполняет слой гравия высотой 3-5 м, засыпаемого между эксплуатационной колонной и фильтром.

Длина отстойников в фильтрах, как правило, должна приниматься 0,5-1 м и не более 2 м. При этом также отстойники следует устраивать в основном для установки фонарей-центраторов и подъема фильтров с закреплением приспособлений для извлечения в его нижней части.

Конструкции фильтров должны отвечать следующим требованиям:

1) обладать необходимой механической прочностью и достаточной устойчивостью против коррозии и эрозионного воздействия воды;

2) диаметры фильтровых каркасов должны быть рассчитаны на максимальный пропуск воды со скоростью, не превышающей 1,5- 2 м/с;

3) водопроницаемость фильтров должна быть значительно выше водопроницаемости водоносных пород, в которых они устанавливаются, и для данных гидрогеологических условий должна предусматриваться максимальной с учетом возможного химического и биологического кольматажа при эксплуатации водозаборов.

4) фильтры должны быть доступны для проведения мероприятий по восстановлению производительности скважин химическими реагентами и быть устойчивы к воздействию импульсных (взрыв ТДШ, пневмовзрыв и др.) и комбинированных методов (виброреагентных, пневмореагентных и др.).

Основные схемы фильтров представлены на рис. 2.6, а рекомендации по применению различных типов фильтров в зависимости от гидрогеологических условий приведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7

Рекомендации по применению различных типов фильтров в зависимости от гидрогеологических условий

Фильтры состоят из каркаса и водоприемной поверхности. Выпускаются следующие типы каркасов: стержневые; трубчатые с круглыми или щелевыми отверстиями; каркасы из штампованного листа; спирально-проволочные. Каркасы являются основой для водоприемной поверхности, которая устраивается из: проволочной обмотки, штампованного листа, металлических и неметаллических сеток.

В гравийно-галечниковых откложениях, а также в неустойчивых полускальных и скальных породах указанные типы каркасов могут использоваться без дополнительной водоприемной поверхности.

Наиболее распространенным и эффективным типом фильтров с точки зрения обеспечения длительной и устойчивой эксплуатации скважин являются гравийные фильтры, которые, в свою очередь, подразделяются на засыпные, кожуховые, блочные. Кожуховые и блочные фильтры собираются на поверхности и в готовом виде устанавливаются в скважинах.

Гравийные фильтры могут иметь в качестве поддерживающей основы непосредственно фильтры-каркасы (стержневые, трубчатые и др.) или различные водоприемные поверхности - проволочные обмотки, сетки и т. д.

2.1.6. Освоение скважин

При использовании глинистого раствора при вращательном бурении скважин происходит глинизация вскрытого водоносного пласта, приводящая к снижению притока. Для ликвидации этого явления требуется проведение разглинизации  скважи­ны.

В практике освоения скважин нашли применение гидростатические (прямая, обратная, поинтервальная и комбинированная промывка, нагнетание воды в пласт, продувка воздухом), гидроимпульсные (виброимпульсная обработка, взрывная и пневмоимпульсная обработка), химические и комбинированные (виброреагентная обработка, взрывная или пневмоимпульсная обработка в реагенте) способы.

Способы освоения скважин требуют применения специального оборудования, монтаж которого и последовательность технологических операций даны в специальных руководствах и инструкциях.

Необходимо учитывать, что применение гидростатических и гидроимпульсных способов не обеспечивает в полной мере удаление глинистых кольматирующих образований из прифильтровой зоны скважин.

Среди гидроимпульсных способов наибольшая эффективность достигается при виброимпульсном способе разглинизации скважин, при котором одновременно с прокачкой скважины осуществляют гидродинамическую обработку фильтра и призабойной зоны вибрирующим вдоль продольной оси скважины рабочим органом с дисками. Для колебаний рабочего органа используют специальные виброустановки (ВУР).

Комбинированное действие гидродинамического давления и потока откачиваемой воды обеспечивает эффективное разрушение глинистой корки на стенках скважины и фильтра, а также вынос глинистых частиц из призабойной зоны. Вибрационная гидродинамическая обработка скважины в течение одного-двух часов позволяет сократить время освоения скважин до одной-двух рабочих смен при достижении в период этого срока полного осветления откачиваемой воды.

В отличие от гидравлических и гидроимпульсных способов разглинизации скважин применение реагентных способов позволяет наиболее полно произвести удаление кольматирующих образований не только с фильтра скважины, но и из ее прифильтровой зоны.

Освоение скважин с применением солянокислотной обработки пласта производится в карбонатных породах или при использовании меловых растворов.

При освоении скважин, каптирующих песчаные водонасыщеные породы, используют так называемые глино-кислотные растворы, представленные смесями соляной кислоты и плавиковой или ее солями, например 10-15% HCl+3-5% NH₄F×HF. Для стабилизации раствора рекомендуется вводить в него до 2 % уксусной кислоты СН_зСООН. Процесс растворения глинистых образований интенсифицируется при нагреве раствора не свыше 50 °С.

Эффективное разрушение глинистых кольматирующих образований на фильтре и в прифильтровой зоне производят раствором гидразина солянокислого N₂H₄^.2HCl с концентрацией 8-10 %, композицией реагентов, состоящих из бисульфата натрия водного NaHSО₄H₂O (5-7%) и гидразина сернокислого N₂H₄^.H₂SО₄ (1,5-3%), карбоната натрия Nа₂СО₃ (10-12%) и перекиси водорода H₂O₂ (1,5-3 %), солей аммония (1,5-3 %) и перекиси водорода (1,5- 3 %). Процесс разрушения глинистых образований этими растворами интенсифицируется в диапазоне температур 40-60°С. При правильной технологии реагентной разглинизации скважин время обработки не превышает трех часов.

Среди комбинированных способов освоения скважин наиболее совершенным является способ виброреагентной разглинизации скважин с использованием раствора гидразина солянокислого и бисульфата натрия с добавкой гидразина сернокислого. Общее время обработки скважин этим способом находится в пределах 1,5-2 ч.

2.1.7. Ликвидация скважин

Водозаборные скважины, непригодные к эксплуатации, подлежат ликвидационному тампонажу или, по согласованию с территориальными организациями Федерального агентства по недропользованию РФ, переоборудованию в наблюдательные скважины.

В соответствии с Правилами подлежащая ликвидационному тампонажу водозаборная скважина прочищается до забоя, хлорируется. Ствол скважины в пределах водоносного слоя засыпается чистым песком, а вышележащая часть забрасывается глиной, заливается глинистым раствором или цементом. Обсадные трубы по возможности извлекаются. На ликвидационный тампонаж составляется акт с участием представителя СЭС.

2.2. ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ

2.2.1. Конструкция шахтных колодцев

Шахтные колодцы представляют собой вертикальные выработки с большими размерами поперечного сечения по сравнению с водозаборными скважинами. Их применение, как уже отмечалось, должно быть ограничено эксплуатацией подземных вод водоносных горизонтов, залегающих на сравнительно небольших глубинах, обычно до 30 м.

Шахтные колодцы состоят из следующих конструктивных элементов: надземной части - оголовка, ствола, водоприемной части, водосборной части-зумпфа (рис. 2.7).

Оголовок предназначен для защиты от попадания в колодец загрязненных поверхностных вод сверху, а также для создания удобных в эксплуатации условий (подъема и разбора воды, наблюдений за состоянием колодца и т.п.). В местах с низкими температурами устройство оголовка в сравнительно неглубоких колодцах необходимо также и для защиты от промерзания. Для предохранения колодца от обрушения и загрязнения его стенки укрепляют.

Возвышение оголовка колодца над поверхностью земли по санитарным условиям должно приниматься не менее 0,8 м. Для предохранения от загрязнений оголовок перекрывается крышкой, над ним устраивают навесы или будки. Вокруг колодца (в земле) укладывают глиняный замок, а поверхность земли для лучшего отвода воды замащивается или асфальтируется с уклоном в сторону от колодца.

Оголовок и ствол должны быть непроницаемы, чтобы вода (поверхностная или грунтовая) из самых верхних водоносных горизонтов не могла проникать в колодец.

Водоприемная часть шахтных колодцев в зависимости от гидрогеологических условий и глубины устраивается только в дне или стенках или же в дне и стенках колодца (рис. 2.8). Дно колодца при приеме воды через него должно быть снабжено гравийным фильтром или оборудовано плитой из пористого бетона. В стенках при приеме воды через них должны быть устроены специальные окна из пористого бетона или окна, заполненные гравийным фильтром.

Зумпф устраивается в том случае, когда в колодцах необходимо иметь некоторый запас воды; его размеры определяются величиной необходимого запаса воды.

В зависимости от рода материала, используемого для крепления стенок, существующие конструкции шахтных колодцев могут быть подразделены на деревянные, из каменной и кирпичной кладки, бетонные и железобетонные. В настоящее время наиболее перспективны шахтные колодцы из сборных железобетонных элементов (колец, панцирных плит).

Схема несовершенного шахтного колодца для глубин 10, 20 и 30 м приведена на рис. 2.9.

Шахтные колодцы для глубин 10, 20 и 30 м сооружаются из сборных железобетонных колец с фальцами высотой 1,05 м и внутренним диаметром 1 м при толщине стенок 8 см.

При вскрытии песчаных и плывунных грунтов крепление колодца осуществляется кольцами диаметром 0,65 м. В этом случае в несовершенных колодцах донный фильтр устраивается в виде бетонной армированной плиты, укладываемой на щебеночно-гравийную обсыпку, толщина которой принимается равной 30 см.

В устойчивых грунтах стык колец в стволе заделывается цементным раствором, а в песчаных грунтах (когда благодаря заклиниванию может происходить нависание колонны) применяются специальные конструкции стыка, работающие на разрыв.

Водоприемная часть принята в виде кольца из пористого бетона, армированного такой же сеткой, как и обсадные железобетонные кольца ствола колодца, причем для придания большей прочности в кольцах верхней и нижней частей имеются пояса из бетона. В нижней части колодца укладывается трехслойный обратный фильтр.

При вскрытии песчаных и плывунных грунтов крепление колодца осуществляется кольцами диаметром 0,65 м. В этом случае в несовершенных колодцах донный фильтр устраивается в виде бетонной армированной плиты, укладываемой на щебеночно-гравийную обсыпку, толщина которой принимается равной 30 см.

Совершенные колодцы глубиной 20 и 30 м имеют несколько иную конструкцию, включающую устройство зумпфа из железобетонных колец (рис. 2.10).

2.2.2. Проходка шахтных колодцев

Проходка шахтных колодцев с креплением их железобетонными кольцами может быть механизирована с помощью агрегатов КШК-25 и КШК-30 и др. Технические данные агрегатов КШК-25 и КШК-30 представлены в табл. 2.8.

Таблица 2.8

Технические данные агрегата КШК-25 и КШК-30

В связных грунтах диаметр проходки шахты таким агрегатом составляет 1230 мм. В песчаных и плывунных грунтах колодец приходится разрабатывать телескопическим способом, при этом (в случае заклинивания колонны из колец диаметром 1 м) дальнейшая проходка ствола шахты производится буром диаметром 560 мм с уширителем диаметром до 850 мм и закрепляется железобетонными кольцами диаметром 650 мм (последние опускаются на тросах с помощью ручных лебедок и наращиваются на суженную колонну по мере углубления шахты). Донную плиту опускают моторной лебедкой агрегата без предварительного понижения уровня воды в колодце. По окончании спуска ее прижимают буровыми штангами и производят откачку воды (бадьей агрегата), после чего плиту закрепляют вручную с помощью четырех вкладышей.