Методические рекомендации по выбору оптимальных параметров фильтров и оценке межремонтного периода дренажных скважин

I етодические рекомендации по выбору оптимальных параметров фильтров и оценке межремонтного периода дренажных скважин

Белгород 1984

МИНЖЛ'ЕРСГВО ЧЕРНОЙ МЙТШУРГИИ ССОР

Управление горного производства

Нсеооызный научно-исследовательский, конструктореко-^гехиолотчьскжй ■ проектно-мзыекыедьскнй институт по осушении месторождений полезных ископаемых, специальным горшш работам, рудничной геологи* и маркшейдере коцу делу В И О Г Б М

Утверждай: Директор института И.Ф. Океания 27 декабря 1984г.

методический геКОШЩАЦИИ

110 ННШРУ ОШШАДЫШХ ПАРАМЕТРОВ ФИЛЬТРОВ И ОЦЕНКЕ МВЙРММШОП) ПЕРИОДА Д1ВНАВШХ 0KRAKHH

i*»JU ород 1984

ди гидравлических параметров наибольшее распространение получили комплексный показатель JVl^ » связывающий скважность 7, и коэффициент расхода фильтре у-₉ сопротивление фильтре;показатель обобщенного сопротивления фильтра, являющийся также комплексной характеристикой, указывающей на общее сопротивление фильтра и при -фильтровой зоны; коэффициент водопроницаемости фильтра. Эффективность фильтра оценивается также величиной удельного дебита скважины. Однако последний показатель большей частью завиоит от фильтрационных овойотв водоносного пласта, особенностей его вскрытия и освоения.

3.3* Геометрические параметры фильтра в настоящее время подбираются однозначно в соответствии с уровнем технического развития, ооставом контактирующих пород, мощностью водоносного горизонта и величинами гидравлических потерь на несовершенство по степени вскрытия пласта.

3.4.    Комплексный параметр JU£ дает представление о распределении потерь напора по длине фильтра. Достоинством этого параметра является учет контактных сопротивлений и возможность его определения в лабораторных и полевых условиях (по данным расходомет-рик).

3.5.    Сопротивление фильтра {/^ в чистом виде определяется по аналитическим зависимостям дня простых конструкций фильтров,состоящих из трубчатого каркаса. В остальных случаях достоверность определения этой величины значительно снижается [б] .

3.6.    Показатель обобщенного сопротивления фильтра является одним из наиболее представительных параметров и может служить крн -терием эффективности той или иной конструкции водоприемной части. Методика его определения позволяет выполнять оценочные работы в полевых условиях в различные периоды эксплуатации скважины и тем самым следить эа динамикой изменения сопротивления ж гидравлических потерь в прифильтровой воне во времени.в настоящее время имеется обширный фактический материал по величине этого показателя для разных конструкций фильтров в различных гидрогеологических условиях.

3.7.    Коэффициент водопроницаемости фильтра оценивается сравни -тельно недавно. Достоинством этого показателя является возможность проведения испытаний на любых конструкциях фильтров, нева -внснмо от сложности водоприемной поверхности, что позволяет производить объективную сравнительную оценку фильтров н вырабатывать направления в их конструировании. Коэффициент водопроницаемости фильтра по своему физическому содержанию идентичен кор-Мюлириту

ГО

фильтрации, что позволяет сопоставлять свойства фильтров с фильт -рационными характеристиками пористой ореды, в которой они устанавливаются. результаты определений коэффициента водопроницаемости различных типов и конструюхий фильтров приведены в работе СбЗ •

По величине коэффициента водопроницаемости К* лучшими гидравлическими свойствами обладают каркасно-стержневые (    *    1,5    -

-2,5 сц/с), спирально-проволочные (    =    1,9    -    2,0 см/с) и приб

лижающиеся к ним по этому параметру проволочные фильтры на трубчатом каркасе (К * «=0,42-1,8 см/с). Для сетчатых фильтров и фильтров с водоприемной поверхностью из штампованного листа о трубчатым кар -каоом коэффициент водопроницаемости примерно в 5 раз меньше. Образцы блочных конструкций фильтров из пористого бетона характеризуются значениями K_i , равными 0,04 и 0,007 ом/о; из титановой крошки -    , равными 0,016 и 0,002 ом/о [I].

4. МАТЕДМАШ,1ГРИМШШШЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРОВ

4.1.    Фильтры дренажных устройств изготавливаются из двух основных групп материалов - металлов и неметаллов.

4.2.    Металлы являются основным, наиболее традиционным материалом. В СССР металлическими фильтрами оборудуется около 70$ дренажных уотройотв. Это обусловлено тем, что металлические фильтры обеспечивают высокую прочность конструкции. Металлические фильтры простых конструкций изготавливаются из стали, реже из отади с покры -тием ее цветными металлами. Изготовление фильтров простых конструкций осуществляется двумя способами - перфорацией обсадных труб или жестким скреплением отдельных элементов.

4.3.    Для защиты металлических фильтров от коррозии применяются покрытия на основе цветных металлов (цинк, латунь) и химических составов на основе полимерных материалов.

4.4.    Для подземных вод о высокой минерализацией возможно применение фильтров из некорродируомых металлов (никеля, титана), а также фильтров блочного типа, получаемых спеканием металлических частиц. У таких фильтров высокая химическая отойкость обеспечивается ва счет образования на поверхности оксидной эащитиой пленки.

4.5.    Неметаллические фильтры жвгохавливаютоя в основном из хе-рамикя, гончарных труб, асбзотоцемента, бетона, гравия и плаотмаоо.

4.6.    Фильтры из асбестоцементных труб используются в водопони -жницзх с к вилл пах.

4.7.    Фильтры ьз пористых материалов (керамики, пористого бетона, кернмзито-бетона¹ и>-1ыльну «гг‘*и в отпишем в горизонтальных дренаж -

П

них устройствах (о примененном песчаных гравийных обсыпок) с низкими дебитами и при относительно невысокой минерализации подзем -кых вод.

4.8- Гравнйно-клеевые фильтры получают склеиванием частиц гравия различными составами. Эти фильтры целесообразно применять в гориэсвтальннх дренажных устройствах, хотя они используются и в вертикальном дренаже.

4-Э. Фильтры из пластмасс получают перфорацией полимерных труб. В качестве материала используются полиэтилен, поливинилхлорид,полимерные композиционные материалы. В сложных по конструкции фильтрах, с несколькими поверхностями фильтрации, используются сетки и шнуры из этих материалов.

Перспективам* является использование полимерных композиционных материалов на основе стекломинерадьного наполнителя и эпоксидных связухщих, которые обладают высокой механической прочностью, устойчивы к агрессивному воздействию минерализованных подземных вод.

б. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ФИЛЬТРОВ В СКВАЗШНАХ ПИ! ОСУШЕНИИ МЕСГОРОИЕНИЙ

6Л. Наибольшее распространение при осушении месторождений получили четыре типа фильтров: проволочные, с водоприемной поверх -жоотью из штампованного листа, сетчатые и фильтры-каркасы из перфорированных труб. Цри оборудовании водопонихающкх скважин и сквозных фильтров в рыхлых породах применяются в основном два первых типа. Ими оборудовано на разных месторождениях от 75 до 95* скважин. в качестве примеров ниже описаны конструкции водоприемной части скважин на отдельных железорудных месторождениях.

5.2.    На водопонжхашжх скважинах и сквозных фильтрах дренажных

ожогам карьеров Старооокодьокого района КМА применялись в основ -ном проволочные фильтры о гравийной обсыпкой (95* от общего количества). фильтры имели длину, равную 0,4-0,7 мощности осушаема пород, представленных песками со следующие? параметрами: е[фиктивный диаметр    . 0,06 - 0,12 мм, средний диаметр d₅₀ а 0,16-

- 0,39 ш, коэффициент неоднородности К_н< 5. Каркас фильтров был перфорирован отверстиями круглой (20* от общего количества* или щелевой Форш. Скважность каркаса изменялась от II до 27*. проволочная обмотка умела зазоры от 0.5 до 2,0 мм, атямповгнный лиот -до 1,0 ш. Гравийная обсыпка имела толщину до 70 мм и размер зе -рен 2-6 мм.

5.3.    На скважинах систем осушении карьеров Соколовско-ПегбеЙс-

кого ГОКа также применялись проволочные фильтры с гравийной обсыпкой. Осушаемые породы были представлены песками с характерными параметрами: d₄₀ - 0,007 - 0,053 ж, also» 0,11-0,67 ж, в^Ки^бО. Каркасы фильтров были перфорированы круглыми (около 7556 от общего количества) или щелевыми отверстиями. Скважность каркасов изменялась от 17 до 2856. Водоприемная поверхность выполнялась из нержа-ввпдеЯ проволоки о зазором между витками 1-2 ж. Обсыпка фильтров выполнялась из гравия с размером зерен 1-7 ж [5] •

6.4.    На водопонижапцих скважинах Окно-Белозерского месторожде

ния преимущественно использовались фильтры проволочные к из штампованного листа на трубчатом каркасе.Параметры дренируемых пес -ков: с!_ю * 0,06-0,18 мм, d*o * 0,27-0,9 мм, 3<К_И<13. Пропускные отверстия на каркасах в основном целевые (до 8056),    скваж

ность каркаса изменялась от 10 до 25)6. Проволочная обмотка имела вазоры между витками 0,5-1,5 ж (бее гравийной обсыпки) я 1,0    -

3,5 ж (с гравийной обсыпкой). Штампованный лист имел отверстия 1»(Ы,5 мм (при установке фильтра бее обсыпки) и 2,5-3,0 ж ( при наличии гравийной обсыпки). 40в6 скважин было оборудовано гравий -ной обсыпкой уширенного контура (толщина достигала 500 ж) [_2~\ .

5.5.    На всех месторождениях применяемые фильтры не имели антикоррозийного покрытия. Период эффективной работы составлял 2- 3 года при толщине гравийной обсыпки до 70 ж ж 5-7 лет при увели -чеки* толщины до 500 ж. Показатель обобщенного сопротивления в первые года эксплуатации на высокодебитннх скважинах достигал значений-4,0.

5.6.    Завышение коэффициента межолойности пре подборе гравийной обсыпки приводило к снижению дебитов скважин до 10 м*А (вследстаже механической кольмвтацжм фильтра ж првфилътровой юны).

5.7.    При отсутствия гравийных обсыпок в больетшотве случаев дхя высокодебитных скважин отмечался устойчивый во времен* вынос песка из водоносного горизонта в количествах, пронята пяих допус -тимые нормы.

5.8.    В восстшпцих скважинах основное применение находят фижьт-рн-каркасы и проволочные фильтры. Скважность фильтров на превышает 10-1556. размеры пропускных отверотяй при исключена выноса песка находятся в пределах среднего диаметра частиц коытактирухщих с фильтром пород, при формирована естественной обокпа или каверны в прифнльтровой зоне акрила щелей увеличивается до 3-5 ж. иногда фильтры для восстающих скважин имеют второй каркао (а перфорированной трубы), предназначенный дхя защити собственно фильтра от загляяжэашг.: при бурении водоупорных слоев [3] .

ТЗ

5.9.    Конструкции фильтров на дренажных системах указанных мес -горождений обеспечили их высокую механическую прочность, производительность скважин в пределах 30*80 м⁸/ч в первые три года эксп -луатациж (на Ошо-Бедоэероком*месторождении дебиты скважин достигали 300 м®/ч), позволяли применять на скважинах различные методы интенсификации водоотбора.

5.10.    К числу основных недостатков конструкций водоприемной части следует отнеотн способность к химической кольматации и вследствие этого эаметное снижение дебатов скважин после 2-3 лет работы. Отсутствовала также дифференциация конструкций по структурному расположению скважин в системе осушения. Выбор конструкции фильтра не всегда учитывал требование достижения необходимой степени ооушения месторождения в заданные сроки.

6. ПОДБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФИЛЬТРОВ ДРЕНАКНЫХ СКЗАЮШ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МШЕМОНТШГО ПЕРИОДА

6.1.    Интенсификация работы дренажных скважин может быть достигнута выбором рациональной конструкции водоприемной части, имеющей наилучшне гидравлические показатели на протяжении всего расчетного периода работы скважин.

6.2.    Задача об определении параметров водоприемной части дрена

жных скважин, сооружаемых в рыхлых водоносных отложениях, формулируется следующим обравом. Требуется подобрать такие геометрические характеристики    ^и    Ъ_к    .    ^К0Т<>Р“®    соответствуют    вну

треннему и внешнему радиусам фильтра, радиуоу прифмльтровой эоны и зовы кольматажа, и гидравлические параметры    и    к₂    ,    соотве

тствующие коэффициентам водопроницаемости фильтра ж фильтрации гравийной обсыпки (прифильтровой эоны), чтобы в течение расчетного периода времени Ър скважина работала с наибольшей эффективностью. Следует также учесть, что через определенный промежуток времени (межремонтный период), равный t** * ^на скважине могут проводиться работы по улучшению гидравлических свойотв водоприемной части.

6.3.    Гидравлические свойства водоприемной части комплексно вы -ражаются череэ показатель обобщенного сопротивления, который определяется из выражения

где Y\ з - коэффициент фильтрации водоносной» пласта;    вре-

Т4

мя релаксации, мес; Ь - время эксплуатации скважины, мес.

6.4. Из Зависимости (I) следует, что при выполнении условия

-^■€^ХР(3—(2)

показатель обобщенного сопротивления скважины будет положительным. В этом случае коэффициент фильтрации пржфильтровой зоны к₂ всегда меньше коэффициента фильтрации плаота К& . Поэтому, начиная с момента выполнения условия    О,    гравийная    обсыпка    и фильтр .пред

назначенные для улучшения гидравлических свойств пршфидьтровой зоны, теряют о вой основной конструктивный смысл. Время, когда наступает равенство £ = О, можно считать максимальным проделом времени эффективной эксплуатации скважины Ьэ ; при Ъ'&Ъэ эксплуатация окважины становится неэффективной.

6-6. Для подбора параметров водоприемной части, обеспечивающих эффективную работу скважины в течение требуемого времени, следует выполнить много вариантные расчеты по завиоимооти (I) при С, « 0 ж ограничениях технического характера:

г_к> г,е^А*^ ;    ₍₃)

A“l?7 if- ⁺ -к|    ⁵

•г,<г_е <г_а<1_к ;    (5)

Kj < к, < к₂ ;    (6)

««««29    V    <?>

к_г<к^-,    (8)

=    8    - 12 ;    (₉₎

^d 50

Ь_щ ^ tp    *    (10)

где t.q “ допустимые значения соотвэтственво внутреннего и внешнего радиус* «рияьТрЭ см:    -    дсиуотжмне    значения

15

УДК 622.583:656

В рекомендациях приводятоя требования к факторы,которые учитываются при выбора конструкций фильтров дренажных о квакни. Даются оведеивя о материалах, применяемых при жеготов-лении фильтров» кратко охарактеризованы основные гндревдж-чеокие параметре фильтров. Приводится методика подбора гидравлических параметров фильтров и прифяльтровых воя о квакни в различных гидрогеодюгячеокнх условиях.

Рекомендации предиаеиичеян для проектных и произведет -венных оргеяивициЁ, еанкмшовщхоя вопросами осушения месторождений полеенмх яохоиаемых.

Работа составлена кандидатами технических наук Алеков -евым В.О. и Волковым Ю.И.* инженером Юдиным А. Г. Утверждена на секции НГО 26 декабря 1964 г. в качеотве методичео -ких рекомендаций.

ВсеоогоиыЛ науяно-исслваомтлльскяй, коиструкторсхо-Т1*хиологпчсс’'ЛЙ п проестно-мчысклтвльский япотятут по осущянию месторождения полепим* ископвлмых,специальным горным рвбоглм, рулниянол Г ООЛОГИИ II МПРЯртяЛЛОр-гному полу (ВИОГЕМ). 1934.

Решение сложной и многогранной проблеш повышения эффективности систем осушения в процессе их проектирования, сооружения и экош. -атации связано в значительной мере с разработкой перспективных конструкций водоприемной части дренажных скважин. Особенности,присущие процессу осушения, и, в частности, тот факт, что система осушения должна эксплуатироваться период времени, существенно превы-шаюций срок стабильной работы практически всех типов дренажных устройств , не позволяют в полной мере использовать разработки,относящиеся к водозаборным сооружениям. В настоящих рекомендациях обосновывается именно такой подход к выбору конструкций фильтра и в целом водоприемной чаоти, который учитывает указанные особенности дренажных скважин.

I. ТРЕБОВАНИЯ К ФИЛЬТРАМ ДРЕНАЖНШ УСТРОЙСТВ¹

1.1.    Требования к конструкциям фильтров в значительной мере обуславливаются функциональным назначением дренажных скважин.Ош определяются также общей структурой дренажной системы и технологией сооружения водоприемной части скважин .

1.2.    При сооружении дренажных систем применяются несколько типов скважин. Водопонижащие скважины сооружаются о поверхности и предназначены для снижения уровни пре принудительном отборе подземных вод насосами. Сквозные фильтры сооружаются о поверхности о выходом забоя в подземную горную выработку и предназначены для понижения уровня ори самотечном поступлении подземных вод в подземную выработку. Восстающие скважины сооружаются is подземной гора ой выработки под различными углами к горизонту и предназначены ддя понижения уровня при самотечном поступлении подземных вод в горную выработку. Водопоглоцалцие скважины сооружаются с поверхности или ив горной выработки ж предназначены для осушения верхних водоносных горизонтов за счет перетока воды на них в шшше. Иглофильтро-вые скважины о поверхности сооружаются путем гидравлического заглубления фильтровых элементов небольшого диаметра и длины, предназначены в основном для осушения олаборроницаемых грунтов небольшой мощности. Горизонтальные скважины сооружаются в горизонтальной плоскости из открытых выработок и предназначены дли уменьшения водооритока к откосам и уотупам выработок. Лучевые скважины представляют собой разновидность горизонтальных,отличительной ооо-

бвКНОСТЫ) ИХ является ТО, ЧТО ОНИ проходятся И8 вертикальной горной выработки ( шахтного колодца ) и по радиальным направлениям от нее.

1.3.    В структуре дренажной системы скважины могут располагаться на временных (например, рабочий борт карьера) и постоянных участках (например, нерабочий борт карьера или дренажная подземная горная выработка), на внешнем дренажном контуре ( за пределами воны ведения горных работ) а на внутреннем (в зоне ведения горно-транспортных работ),на водообжлъянх участках к в пределах распространения слаб о проницаемых пород (коэффициент фильтрации меньяе 10~*см/о).

1.4.    Технология сооружения скважин может предусматривать установку фильтра после вскрытия водоносного горнвонта (водоповижащие ж горизонтальные скважины, сквозные фильтры), бурение черев фильтр после ©ксплуатациж скважины (как правило, сквозные фильтры), установку фильтра одновременно о вскрытием водонооного горизонта (восстающие ж горизонтальные скважины), вскрытие водонооного горизонта фильтровой колонной (восотащжа скважины н вабияные фильтры).

1.5.    С учетом целевого назначения,структуры дренажной системы и технологии сооружения скважины требования к фильтрам могут бить подразделены на две группы*общего и специфического характера, в пределах каждой группы могут выделяться направления: конструктивно-технологическое , екопошчеокое ж екологичеокое. Конструктивно-технологические требования составляют наиболее обажриое и разработанное направленна [в* 4]. Формулировка требований экономического я ахоло-гжчеокого направлений разработана в основном в общем виде.

1.6.    Коиотрукт1шо-тадо|овоячеокю требования общего характера ншпяаюп

обеспеченна стабильной н шоокопроизводительной работа дренажной скважины;

и о юля едва разрушая! фильтра под дайстшем механических нагрузок, проявлении горного шзвзинз ■ дкнамгтеохжх сил потока воды;

ооаданна уоловжй для устойчивого отбора воды нз скважины при ■ополья о валин современных ногружнкх электронасосов;

обеспеченна оптжмахышх условий для вксплуатации погружных еле-КТрОИИООООВ!

о беспечное образования устойчивой структуры ттрнфильтрояпй воны

снижение интенсивности выделения соединений, способных кельма-теровать породы водоносного горизонта, контактирущпе о фильтром;

обеспечение нопольаоваяжя для щчггока ролы всего попог^чного ов-|вя|гч пор породы н еоие контакта фяльтр-лоро.па;

л

исключение разрушения при механическом и химическом удалении кольматирующих осадков;

технологичность изготовления; исключение заиливания ствола скважины; использование недефицитных материалов.

1.7.    Конструктивно-технологические требования специфического характера проявляются в зависимости от конкретных условий и довольно многообразны. К числу наиболее распространенных требований к фильтрам при эксплуатации дренажных оистем относятся:

способность легко разрушаться вскрышными механизмами при подработке скважин бортом карьера;

способность противостоять механическим нагрузкам при вскрытии водоносного горизонта фильтровой колонной;

обеспечение возможности нанесения антикоррозийных покрытий; обеспечение надежной эксплуатации скважин в самотечном режиме при незатопленной водоприемной части;

исключение в прифыьтровой зоне больших величин скин-эффекта(потерь напора);

соэдаяие условий для получения в причальтрсвой эоне отрицательных значений обобщенного показателя сопротивления при отсутствии гравийной обсыпки;

обеспечение отбора воды из слабопроницаемых пород; устойчивость против химической и электрохимической коррозии при отборе вод с повышенной минерализацией (агрессивных вод).

1.8.    Параметры фильтра должны обеспечивать оптимальные экономические показатели работы окважины в течение всего расчетного периода. Следует отметить, что выбор параметров фильтра для условий Qc = Qn и ta ^etp ( Qc * Q.a ~ эксплуатационный и требуемый (проектный) дебиты скважин, ig и tp - время эксплуатации и расчетный иериод времени соответственно) неоднозначно влияет на ка дитальные вложении и затраты на откачку воды. При установке фильтра с высокими значениями гидравлических потерь на нем капитальные вложения, как правило, меньше, чем для фильтра о небольшими потерями. Для текущих затрат на откачку воды это соотношение имеет обратный характер. При эксплуатации скважин в самотечном режиме экономия капитальных вложений на одной скважине может привести к росту эатрит по всей дренажной системе.

1.9.    Экологические требования к фильтрам заключаются, главным образом, в использовании материалов, исключающих загрязнение подземных под и не ухудшающие их качественный состав. Это требование выдерживается практически во всех случаях.

2. ФАКТОРЫ, УЧИТЫВАЕМЫЕ ПРИ ВЫБОРЕ ФИЛЬТРОВ СКВАЖИН

2.1.    Ооновными факторами, которые учитываются при выборе конструкции фильтра, являются: гидрогеологические условия и геологическое строение; литологический и механический состав контактирующих о фильтром водонооных пород; фильтрационные и кольматационные процессы в прифильтровой 8оне; условия эксплуатации скважины; технические средства и технология оборудования водоприемной части; требуемая степень снижения уровня подземных вод; гидрохимические и бактериологические условия; технико-экономические показатели.

2.2.    Гидрогеологические условия и геологичеокое отроение анализируются о поэиций глубины распространения водоносного горизонта, его мощиооти, анизотропии фильтрационных овойств как в плане,так и в разреэе. С ростом глубины установки фильтра должны увеличиваться его прочноотные свойства. В водонооных горизонтах большой мощности при длине фильтра меньше мощности пласта и установке с примыканием к кровле нижнего водоупора следует учитывать несовершенство окважинн по отепени вокрытня пласта. Установка фильтра в рыхлых обводненных породах при небольшой глубине скважины позволяет упростить его конструкцию, так как в этих условиях обычно применяется гравийная обсыпка, при больших же глубинах скважин конструкции фильтров, как правило, усложняются в 0ВЯ8И с трудностью сооружения гравийных обсыпок.

2.3.    Литологический и механический соотав водонасыщенных пород, которые находятся в непосредственном контакте с фильтром, во многом определяет конструкцию последнего. При дренировании скальных и полускальных трещиноватых пород применяются наиболее простые конструкции, состоящие из трубчатого каркаса и обеспечивающие эффективную работу скважин. Достаточно легко решается вопрос выбора параметров фильтра (формы и размеры проходных отверстий, скважность и пр.) и при дренаже рыхлых пород, имеющих средний размер частиц oIjq >1 мм. Как правило, в таких породах могут использоваться однокаркасные конструкции с щелевой перфорацией. Сложнее принять решение по конструкции водоприемной части при водоотборе из средне-, мелкозернистых и пылеватых песков. В этих условиях скважины, кроме фильтра, имеют или гравийную ( водопонижагщпе скважины и сквозные фильтры), или естественную обсыпку, а в некоторых случаях водоприемную каверну (восстающие скважины, вабивные фильтры). Состав и параметр! гравийных обсыпок рассчитываются в соответствии с имеющимися рекомендациями [б, 7] на основе фяльтрациотшх свойств водоносного горизонта, обсыйки и геометрических критериев процесса суф-6

фозии. Создание в прифильтровой зоне естественных обсыпок или водоприемных каверн находится в стадии разработки. Имеющиеся рекоь*^г‘и-дации свидетельствуют о существенном увеличении дебита таких скважин и появление возможности быстрого и интенсивного снижения уровня подземных вод (скорость снижения уровня увеличивается в 1,5 - 2 раза). Наибольшая интенсивность роста дебита отмечается при объе -мах вннесенного через фильтр песка, изменяющихся в пределах от 5 до 120 м⁸.

2.4. Особенности фильтрации подземных вод в прифальтровой зоне скважины таковы, что они вызывают ряд явлений,существенно влияющих на выбор конструкции и параметров фильтра. Применительно к у слови-ям эксплуатации дренажных скважин можно выделить три наиболее существенных по влиянию группы явлений:

механические деформации грунта, вызываемые дииамичеокими силами протекающей вода (суффозия), а также механическая кольматация, обусловленная скив-эффектом и осаждением взвешенных частиц;

осадкообразование, зависящее от химического состава подземных вод, микробиологических условий, материала фильтра и режима эксплуатации дренажного устройства;

химическая и электрохимическая коррозия, обусловленная материалом фильтра и агрессивностью подземных вод.

Развитие структурных деформаций связано со сложным грануломет -рическим составом водосодержащих пород, завышением размеров проходных отверстий фильтра и несоблюдением оптимального режима водоотбора. В период освоения скважины структурные перестройки в прифиль тровой эоне играют положительную роль, в период эксплуатации они должны быть исключены для водопонижающгос и горизонтальных скважин и с малой интенсивностью протекать на восстающих скважинах и сквозных фильтрах.

Осадкообразование наиболее интенсивно протекает при отборе вод о повышенной минерализацией и установке фильтров без антикоррозийного покрытия. Существенно ускоряются процессы накопления осадков в водоприемной части сквозных фильтров, а также на неэксплуатируа-мых скважинах при установке легко корродируемых конструкций фильтров. В соотаве осадков, кольматирующих прифмльтровую зону скважин, преобладают соли железа и кальция (до 6O-7U50, прочность осадков на внешней стенке фильтра после КЬяетнвй эксплуатации скважин достигает 2-3 МПа при сжатии по направлению радиуса фильтра.

Химическая и электрохимическая коррозия раввиваетоя практически во всех случаях, коша фильтр имеют металлические элементы конструкции. Данные натушил и чодоьаний свидетельствуют, что диаметр

7

опорных стержней проволочных фильтров в отдельных случаях уменьшается в 3 раза по сравнению о первоначальным.

2.6.    Наиболее сильно условия эксплуатации влияют на выбор конструкции водоприемной чаотж при сооружении сквозных фильтров и го -ризонтальных окважин. Для этих видов дренажных устройств характерным является наличие свободного доотупа воздуха к фильтру, что интенсифицирует процессы осадкообразования и ведет к ухудшению гидравлических овойотв фильтра. Рационально для оборудования водоприемной части схвоБНЫх фильтров и горизонтальных скважин использ о -вать инертные материалы иди применять антикоррозийное покрытие. На горизонтальных скважинах следует нокдэтить также заиление ствола, используя для этого защитные покрытия ( оетки из синтетических волокон ) или фильтры на их основе.

2.6.    Технология оборудования водоприемной части достаточно хорошо разработана для водопонижавднх скважин. веется ряд эффективных приемов, позволяющих использовать рациональные конструкции фильтров [6,4] . Технология сооружения сквозных фильтров имеет ряд существенных недостатков. Цри переоборудовании водопонижавдих оква-жт в сквозные фильтры бурением о промывкой глинистым раствором происходит сильная кохьмвтацжя водоприемной части, ведущая к уменьшению дебита в 2-3 раза, ж такое положение но может быть изменено подбором более совершенного фильтра. Цри сооружении восстающих скважин водоносный горизонт зачастую вскрывается фильтровой колонной, что предполагает по крайней мере бурение последней некоторого интервала по глинистому водоупорному ело», а это при сложной конструкции фаяьтра (например, состоящего ив трубчатого каркаса и проволочной обмотки) ооадавт благоприятные условия дня его эаглжниза-цин. Перспективным представляется использование фильтров, состоя -щнх только из перфорированного каркаса жди со скважностью до 70 -80*.

Для сложных конструкций могут применяться защитные составы: водорастворимые пасты, предохраняющие водоприемную часть фильтра от кольматацин гляниотыми чао типами, жди экран на основе водораство -рхмого полимера и зернистого наполнителя. 7 такого экрана при установке фильтра в водоносном горизонте происходит постепенное растворение полимера, а зернистый наполнитель образует обсыпку.

2.7.    Требуемая степень снижения уровня подземных вод в настоящее время веоьма редко учитывается при выборе конструкции как Фильтре, так и всей водоприемной части скважины. Сднако этот фактор *греет основную роль, так как является целью эксплуатация системы осушения. Оборудование скважин фильтрами, обладающими высок row гидрр.в-

8

лическиыи сопротивлениями и склонными в конкретных условиях к значительному увеличению этих сопротивлений в короткий проме* уток времени, приводит к существенным потерям напора в прифильтроаой зоне(до 10 м и более).При этом даже большие понижения уровня в самой скважине не позволяют достичь необходимых остаточных напоров в пласте. Результатом является уменьшение расстояний между скважинами и рост их количества. Црахтячески во всех случаях, в особенности при некоторых системах подземной разработки месторождений, следует стремиться к сооружению водоприемной части, имепдей отрицательные значения показателя обобщенного сопротивления в течение всего расчетного периода работы скважин.

2.8.    Анализ гидрохимических и биологических условий связан с оценкой возможности выпадения в осадок кольматирующих соединений при изменении термодинамических параметров водоносных горизонтов и взаимодействия подземных вод с воздухом. При интенсивном проте -кании химического и биологического коль макала в прифильтровой зоне скважин и длительном периоде експлуатации требуется установка фильтров с большой величиной скважности.

2.9.    Экономические факторы учитываются при оценке стоимости фильтра. Обычно в скважинах временного назначения устанавливаются новее дорогие фильтры, чем в скважинах, рассчитанных на длительный срок эксплуатации.

2.10.    Анализ перечисленных факторов значительно усложняется вследствие их взаимодействия между собой,а также вероятностного характера их проявления в конкретной обстановке. Тем не менее функционирование производства требует надежной эксплуатации дренажных скважин в течение всего расчетного периода. Поэтому выбор конструкции фильтра и всей водоприемной части является ответственной за -дачей, успешное решение которой не всегда может быть обеопечено путем логических построений, основанных на уже выявленных ааконо * мерностях.

3. ПАРАМЕТРЫ ФИЛЬТРОВ СКВАХИН, ОЦЕНКА ИХ ГИЕРАВПИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

3.I. Фильтры скважин характеризуются геометрическими и гидравлическими параметрами. Для простых конструкций $ольтров практически все параметры могут быть подучены по аналитическим зависимостям, для сложных требуется дополнительно проведеныо стендовых испытаний.

3. 2. К геометрическим параметрам фильтра относятся его диаметр, длина, ф01*ла и размеры нропускиых отверстий, скьажжооть ■ т.д.Срв-

9

1

Далее рассматриваемые дренажные устройства дтя краткости именуются скважинами.

3