SU855116A1 - Способ регулировани режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ ГРУНТОВЫХ ВОД В НАПОРНЫХ ВОДОНОСНБ1Х ГОРИЗОНТАХ

1

Изобретение относитс  к регулированию режимов фильтрационного потока и может быть использовано дл  осушени  месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом, а также при гражданском , гидротехническом и транспортном строительстве, где требуетс  защита от обводнени  или понижени  уровн  грунтовых вод.

Известен способ регулировани  режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах , включающий нагнетание газообразного реагента под давлением в напорные водоносные горизонты через систему инъектороБ или скважин 1.

Недостаток данного способа - применение его толь1 о дл  лёссовых грунтов.

Известен способ регулировани  режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах , включающий бурение параллельных р дов скважин и последующую устанфвку в верхней части водоносного горизонта фильтров, через которые производ т нагнетание и отбор воздуха 2.

Однако этот способ может примен тьс  в водоносных пластах с низкой фильтрационной способностью, имеющих однородное строение.

Цель изобретени  - регулирование режимов грунтовых вод на водоносных пластах как с низкой, так и с высокой фильтра5 ционной способностью.

Цель достигаетс  тем, что воздух нагнетают импульсами в течение 1-2 ч, частоту и амплитуду пневмоимпульсов наращивают постепенно, дл  скальных пород амплитуда пневмоимпульсов в 10-20 раз больше пластового давлени  воды, а частота пневмоимпульса 40-60 колебаний в минуту.

На фиг., 1 изображен общий вид установки , осуществл ющей способ (без разгрузочных скважин); на фиг. 2 - схема, иллкэстрирующа  механизм процессов и физических  влений по данному способу.

Бур т р д нагнетательных (аэрирующих ) скважин в крест водонасосного горизонта 2 до нижнего водоупора 3. В скважинах устанавливают обсадные трубы 4 20 с фильтрами 5 у водоупора. Дл  изол ции от атмосферы обсадные трубы 4 герметизируют крышками 6, а устье скважин цементируют кольцами 7 на глубину 2 м. Обратный клапан 8 устанавливают в воздуховоде 9 высокого давлени . К воздуховоду 9 присоедин ют генератор 10 пневмоимпульсов, который, в свою очередь, соединен с компрессором 11. Характерным геологическим разрезом  вл ютс  глинистые породы 12; смесь глинистых пород с обломками скальных пород 13; закарственные скальные породы 14 (с кавернами, порами, трещинами), имеющие пониженные прочностные свойства и высокие фильтрационные свойства. Поток воздуха через фильтр 5 обозначен стрелкой 15.

Параллельно р ду аэрирующих скважнн на рассто нии 20-30 м вверх по водоносному горизонту бур т р д разгрузочных или дренажных скважин. Эти скважины снабжают также фильтрами, устанавливаемые в верхней части водоносного горизонта . Разгрузочные (дренажные) скважины создают перепад давлени  относительно гидростатического напора, создаваемого нагнетательными скважинами. Дл  создани  такого напора последние присоедин ют к напорному воздухопроводу, по которому к скважинам от компрессора подают воздух .

Воздухом, подаваемым в водоносный горизонт через нагнетательные скважины, рлтесн ют гравитационную воду из пор в сторону с меньщим гидростатическим напором , т. е. к дренажным или разгрузочным скважинам.

Работу воздуходувки или компрессора 11 регулируют так, чтобы воздух в водоносный пласт поступал в виде пневмоимпульсов, частоту и амплитуду (давление) которых задают пульсатором или генератором 10 пневмоимпульсов, обеспечивающим крупные фронты (передний и задний), вырабатываемые пневмоимпульсом. При этом частоту и давление (амплитуду) пневмоимпульсов увеличивают постепенно, начина  от инфранизкой частоты и атмосферного давлени  и довод т до предельных значений, оптимальных дл  данного типа пород. Дл  скальных пород мгновенное значение давлени  пневмоимпульса вокруг фильтра 5 выбирают в 10-20 раз больще пластового давлени , а частоту пневмоимпульсов довод т до 40-60 колебаний в минуту.

Такую закачку пневмоимпульсов производ т в течение 1-2 ч, после чего компрессор выключают на 4-5 ч. Затем цикл повтор ют .

Механизм процессов и физических  влений , протекающих под действием кавитационных и усталостных разрущений вокруг фильтра в водоносном пласте, схематично показан на фиг. 2, а именно: 16 - направление фильтрационного потока; 17 - поток пузырьков воздуха; 18 - частицы скальных и глинистых пород образовавшихс  после кавитационных и усталостных разрушений; 19 - пузырьки воздуха с захваченными частицами пород после сброса давлени ; 20 - пузырьки воздуха на кромке скальных пород; 21 - частицы породы и пузырьки с частицами пород в трещине водоносного закарственного пласта скальных пород; 22 - закарственные скальные породы.

На образование пузырьков воздуха 20

существенным образом вли ет как переменное давление, так и наличие мельчайших кусочков пород 18, способных стать зародышами пузырьков 19. Особенно вли ет на образование пузырьков крутизна переднего и заднего фронтов закачиваемых пневмоимпульсов . При уменьшении давлени  такие пузырьки увеличиваютс  в размерах, а при возрастании - сжимаютс . Эти пузырьки при своем последующем исчезновении (во врем  спада .и при встрече с кромками и кусочками породы) производ т очень сильное разрушающее действие на самые прочные материалы. Разрушающее действие пневмоимпульсов про вл етс  и в том, что на частицы и кромки породы действуют усили , вызывающие усталостное разрушение этих

частиц и кромок. Если давление колеблетс  в течении длительного времени и начинает возрастать частота импульсов, разрущающее действие пузырьков посто нно наростает . Разрыхленна  поверхность твердого тела, смачиваема  жидкостью, становитс  очагоМ пузырькообразовани , покрываетс  еще большим числом пузырьков, и процесс разрушени  еще более ускор етс . Водоносные пласты скальных пород обладают , как правило, значительной трещиноватостью , а на поверхности контакта с водой посто нно имеютс  следы разрущени , вызванные выщелачиванием и карстообразованием . Под давлением фильтрационного потока и пневмоимпульсов (в момент максимальных значений амплитуды) частицы разрушенной (под действи§д1 кавитации и усталостных  влений) породы и сами пузырьки , резко уменьшенные в объеме под действием высокого давлени , проникают в трещины, пустоты и поры водоносного

горизонта, обеспечива  их заиливание и кальмотацию. После спада давлени  пневмоимпульсов эти пузырьки увеличиваютс  в объеме и создают воздушные пробки (окруженные разрушенной мелочью), чем и обеспечиваетс  устойчива  и долговременна  противофильтрационна  завеса.

Установка работает следующим образом.

Воздух, поступающий от компрессора 11 и генератора 10 пневмоимпульсов, через фильтры 5 и воздухопровод вытесн ет гравитационную воду из пор грунта и движетс  в сторону с меньщим гидростатическим напором к дренажным или разгрузочным скважинам (не показано). Образующиес  при перепадах давлени  пневмоимпульсов, которое в 10-20 раз превышает пластовое, пузырьки воздуха 20 вызывают кавитационное и усталостное разрушение пород. Разрушенные частицы породы 18 вместе с вновь образующимис  пузырьками воздуха 19 и 20 заполн ют поры и пустоты породы 21 и преп тствуют движению воды.

При частоте импульсов воздуха 40-60 колебаний в мин., посылаемых генератором 10 в воздухопровод 9 к фильтрам 5 скважин в течение 1-2 ч эффект кавитационного и усталостного разрушени  пород усиливаетс .

Поры и трещины пород водоносного горизонта забиваютс  (заливаютс ) частицами пород и пузырьками с частицами пород 21. Возникает преграда фильтрационному потоку. Компрессор 11 отключают. Пауза длитс  4-5 ч. Затем цикл повтор етс  снова. Предлагаемый способ ускор ет процесс возведени  временной противофильтрационной завесы благодар  захвату частиц пород и покрытию воздушных пузырьков и оболочек, а также стенок трещин и пор кольматационным материалом, обеспечивает эффект регулировани  режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах, представленных м гкими глинистыми породами с малым коэффициентом фильтрации; увеличивает срок службы временных противофильтрационных завес благодар  образованию и использованию коль-матационных материалов.

Предлагаемый способ позвол ет снизить энергетические и капитальные затраты на создание противофильтрационных экранов

и завес на монтаж и демонтаж оборудовани  бурение новых скважин, длительную закачку воздуха, не требует посто нной и длительной закачки воздуха и предусматривает лишь периодическую подкачку его в св зи с возможностью вымывани  кольматирующих частиц, внедренных в трещины и пустоты.

Claims (3)

1.Способ регулировани  режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах , включающий бурение параллельных р дов скважин и последующую установку

5 в верхней части водоносного горизонта фильтров, через которые производ т нагнетание и отбор воздуха, отличающийс  тем, что, с целью регулировани  режимов грунтовых вод на водоносных пластах как с низкой, так и с высокой фильтрационной способностью, воздух нагнетают импльсами в течение 1-2ч.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что частоту и амплитуду пневмоимпульсов наращивают постепенно.

3.Способ по пп. 1-2, отличающийс  тем, что дл  скальных пород амплитуда пневмоимпульса в 10-20 раз больше пластового давлени  воды, а частота пневмоимпульса 40-60 колебаний в минуту.

Источники информации,

0 прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 210034, кл. Е 02 В 3/14, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 574495, кл. Е 02 В 3/16, 1976 (прототип).

Л

X i. ®

L 1 ° I

, р...2

V

V

of o°oOoS

о Д

/6 7--frn/g VI/

IS

22