(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ ГРУНТОВЫХ ВОД В НАПОРНЫХ ВОДОНОСНБ1Х ГОРИЗОНТАХ
1
Изобретение относится к регулированию режимов фильтрационного потока и может быть использовано для осушения месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом, а также при гражданском, гидротехническом и транспортном строительстве, где требуется защита от обводнения или понижения уровня грунтовых вод.
Известен способ регулирования 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 для лёссовых грунтов.
Известен способ регулирования режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах, включающий бурение параллельных рядов скважин и последующую устанфвку в верхней части водоносного горизонта фильтров, через которые производят нагнетание и отбор воздуха 2.
Однако этот способ может применяться в водоносных пластах с низкой фильтрационной способностью, имеющих однородное строение.
Цель изобретения - регулирование режимов грунтовых вод на водоносных пластах как с низкой, так и с высокой фильтра5 ционной способностью.
Цель достигается тем, что воздух нагнетают импульсами в течение 1-2 ч, частоту и амплитуду пневмоимпульсов наращивают постепенно, для скальных пород амплитуда пневмоимпульсов в 10-20 раз больше пластового давления воды, а частота пневмоимпульса 40-60 колебаний в минуту.
На фиг., 1 изображен общий вид установки, осуществляющей способ (без разгрузочных скважин); на фиг. 2 - схема, иллкэстрирующая механизм процессов и физических явлений по данному способу.
Бурят ряд нагнетательных (аэрирующих) скважин в крест водонасосного горизонта 2 до нижнего водоупора 3. В скважинах устанавливают обсадные трубы 4 20 с фильтрами 5 у водоупора. Для изоляции 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 давления. К воздуховоду 9 присоединяют генератор 10 пневмоимпульсов, который, в свою очередь, соединен с компрессором 11. Характерным геологическим разрезом являются 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 ряду аэрирующих скважнн на расстоянии 20-30 м вверх по водоносному горизонту бурят ряд разгрузочных или дренажных скважин. Эти скважины снабжают также фильтрами, устанавливаемые в верхней части водоносного горизонта. Разгрузочные (дренажные) скважины создают перепад давления относительно гидростатического напора, создаваемого нагнетательными скважинами. Для создания такого напора последние присоединяют к напорному воздухопроводу, по которому к скважинам от компрессора подают воздух.
Воздухом, подаваемым в водоносный горизонт через нагнетательные скважины, рлтесняют 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, начиная от инфранизкой частоты и атмосферного давления и доводят до предельных значений, оптимальных для данного типа пород. Для скальных пород мгновенное значение давления пневмоимпульса вокруг фильтра 5 выбирают в 10-20 раз больще пластового давления, а частоту пневмоимпульсов доводят до 40-60 колебаний в минуту.
Такую закачку пневмоимпульсов производят в течение 1-2 ч, после чего компрессор выключают на 4-5 ч. Затем цикл повторяют.
Механизм процессов и физических явлений, 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 образовавшихся после кавитационных и усталостных разрушений; 19 - пузырьки воздуха с захваченными частицами пород после сброса давления; 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 влияет как переменное давление, так и наличие мельчайших кусочков пород 18, способных стать зародышами пузырьков 19. Особенно влияет на образование пузырьков крутизна переднего и заднего фронтов закачиваемых пневмоимпульсов. При уменьшении давления такие пузырьки увеличиваются в размерах, а при возрастании - сжимаются. Эти пузырьки при своем последующем исчезновении (во время спада .и при встрече с кромками и кусочками породы) производят очень сильное разрушающее действие на самые прочные материалы. Разрушающее действие пневмоимпульсов проявляется и в том, что на частицы и кромки породы действуют усилия, вызывающие усталостное разрушение этих
частиц и кромок. Если давление колеблется в течении длительного времени и начинает возрастать частота импульсов, разрущающее действие пузырьков постоянно наростает. Разрыхленная поверхность твердого тела, смачиваемая жидкостью, становится очагоМ пузырькообразования, покрывается еще большим числом пузырьков, и процесс разрушения еще более ускоряется. Водоносные пласты скальных пород обладают, как правило, значительной трещиноватостью, а на поверхности контакта с водой постоянно имеются следы разрущения, вызванные выщелачиванием и карстообразованием. Под давлением фильтрационного потока и пневмоимпульсов (в момент максимальных значений амплитуды) частицы разрушенной (под действи§д1 кавитации и усталостных явлений) породы и сами пузырьки, резко уменьшенные в объеме под действием высокого давления, проникают в трещины, пустоты и поры водоносного
горизонта, обеспечивая их заиливание и кальмотацию. После спада давления пневмоимпульсов эти пузырьки увеличиваются в объеме и создают воздушные пробки (окруженные разрушенной мелочью), чем и обеспечивается устойчивая и долговременная противофильтрационная завеса.
Установка работает следующим образом.
Воздух, поступающий от компрессора 11 и генератора 10 пневмоимпульсов, через фильтры 5 и воздухопровод вытесняет гравитационную воду из пор грунта и движется в сторону с меньщим гидростатическим напором к дренажным или разгрузочным скважинам (не показано). Образующиеся при перепадах давления пневмоимпульсов, которое в 10-20 раз превышает пластовое, пузырьки воздуха 20 вызывают кавитационное и усталостное разрушение пород. Разрушенные частицы породы 18 вместе с вновь образующимися пузырьками воздуха 19 и 20 заполняют поры и пустоты породы 21 и препятствуют 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 разрушения пород усиливается.
Поры и трещины пород водоносного горизонта забиваются (заливаются) частицами пород и пузырьками с частицами пород 21. Возникает преграда фильтрационному потоку. Компрессор 11 отключают. Пауза длится 4-5 ч. Затем цикл повторяется снова. Предлагаемый способ ускоряет процесс возведения временной противофильтрационной завесы благодаря захвату частиц пород и покрытию воздушных пузырьков и оболочек, а также стенок трещин и пор кольматационным материалом, обеспечивает эффект регулирования режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах, представленных мягкими глинистыми породами с малым коэффициентом фильтрации; увеличивает срок службы временных противофильтрационных завес благодаря образованию и использованию коль-матационных материалов.
Предлагаемый способ позволяет снизить энергетические и капитальные затраты на создание противофильтрационных экранов
и завес на монтаж и демонтаж оборудования бурение новых скважин, длительную закачку воздуха, не требует постоянной и длительной закачки воздуха и предусматривает лишь периодическую подкачку его в связи с возможностью вымывания кольматирующих частиц, внедренных в трещины и пустоты.
Формула изобретения
10
1.Способ регулирования режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах, включающий бурение параллельных рядов скважин и последующую установку
5 в верхней части водоносного горизонта фильтров, через которые производят нагнетание и отбор воздуха, отличающийся тем, что, с целью регулирования 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, отличающийся тем, что частоту и амплитуду пневмоимпульсов наращивают постепенно.
3.Способ по пп. 1-2, отличающийся тем, что для скальных пород амплитуда пневмоимпульса в 10-20 раз больше пластового давления воды, а частота пневмоимпульса 40-60 колебаний в минуту.
Источники информации,
0 принятые 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
