Способ регулирования режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах

(22) Заявлено 29.02.80с присоединением заявки Приоритет Гесударствеииыи кюмит-исследо ский фл онецкии филиал научно института и Докучае(7 ) Заявител ятьс ьтра 54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАН ВОД В НАПОРНЫХ ВОДО Изобретение относится к регулированиюрежимов фильтрационного потока и можетбыть использовано для осушения месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом, а также при гражданском, гидротехническом и транспортномстроительстве, где требуется защита отобводнения или понижения уровня грунтовых вод.Известен способ регулирования режимовгрунтовых вод в напорных водоносных горизонтах, включающий нагнетание газо- Ообразного реагента под давлением в напорные водоносные горизонты через системуинъекторов или скважин 1,Недостаток данного способа - применение его только для лессовых грунтов,Известен способ регулирования режимовгрунтовых вод в напорных водоносных горизонтах, включающий бурение параллельных рядов скважин и последующую установку в верхней части водоносного горизонта фильтров, через которые производят нагнетание и отбор воздуха 2).Однако этот способ может примен яв водоносных пластах с низкой фил Я РЕЖИМОВ ГРУНТОВЫХОСНЫХ ГОРИЗОНТАХ ционнои способностью, и дное строение.Цель изобретения - регулирование режимов грунтовых вод на водоносных пластах как с низкой, так и с высокой фильтрационной 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, иллюстрирующая 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 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. Обрат 85511655 ный 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; закеРственные 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 скважин 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, вытесняют гравитационную воду из пор в сторону с меньшим 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 инфра- низкой 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 больше 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 разрушениЙ 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 образовавших 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 ся 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, разрушающее 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 разрушения, вызванные выщелачиванием и карстообразованием. Под давлением фильтрационного потока и пневмоимпульсов (в момент максимальных значений амплитуды) частицы разрушенной (под действир 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 пневмоим пульсов, через фильтры 5 и воздухопровод вытесняет гравитационную воду из пор грунта и движется в сторону с меньшим 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) части цами 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 режи мов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах, представленных мягкими глинистыми породами с малым коэффициентом фильтрации; увеличивает срок службы временных противофильтрационных завес благодаря образованию и использованию кольматационных 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 изобретения1. Способ регулирования режимов грунтовых вод в напорных водоносных горизонтах, включающий бурение параллельныхрядов скважин и последующую установкув верхней части водоносного горизонтафильтров, через которые производят нагнетание и отбор воздуха, отличающийся тем,что, с целью регулирования режимовгрунтовых вод на водоносных пластах какс низкой, так и с высокой фильтрационнойспособностью, воздух нагнетают импльсами в течение 1 - 2 ч.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чточастоту и амплитуду пневмоимпульсов наращивают постепенно.3. Способ по пп. 1 - 2, отличающийсятем, что для скальных пород амплитудапневмоимпульса в 10 - 20 раз больше пластового давления воды, а частота пневмоимпульса 40 - 60 колебаний в минуту.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР210034, кл. Е 02 В 3/14, 1968.2. Авторское свидетельство СССР574495, кл. Е 02 В 3/16, 1976 (прототип).Составитель Лехред А. Бойираж 693 ректо писно тета СССР крытий наб., д,л. Проекосударственного ком ам изобретений и о ва, Ж - 35, Раушскаатент, г. Ужгород,4/5 тнаяб17 Редактор А. ДолиничЗаказ 6825/42ВНИИПИпо дел113035, МосФилиал ППП Смирновас Кор р Л. Иван