КОЛОДЕЦ-СКВАЖИНА

- Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель "колодец-скважина" относится к гидрогеологии и применяется в области строительства (реконструкции) каптажа - водозаборного сооружения нецентрализованного водоснабжения.
Данная полезная модель может быть использована в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях экономики.
Полезная модель отличается тем, что соединены воедино положительные характеристики каптажа и скважины.
- Уровень техники
Из существующих технологий добычи грунтовых вод известен каптаж (франц. captage) - сооружение для перехвата и сбора подземных вод в местах их выхода на поверхность (И.И.Артоболевский. Политехнический словарь. Москва "Советская энциклопедия" 1977 стр.198).
Наиболее распространенными водозаборными сооружениями в населенных местах являются шахтные и трубчатые колодцы различных конструкций и глубины, а также каптажи родников (ключей).
Шахтные колодцы предназначены для получения подземных вод из первого от поверхности безнапорного водоносного пласта. Такие колодцы представляют собой шахту круглой или квадратной формы и состоят из оголовка, ствола и водоприемной части: (п.п.3.2, 3.3.1 СанПин 2.1.4. Л 75-02 "Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников", утв. Постановлением от 25.11.2002 года №40 Главного государственного санитарного врача РФ, далее СанПин 2.1.4.117 5-02)
Оголовок (надземная часть колодца) служит для защиты шахты от засорения и загрязнения, а также для наблюдения, водоподъема, водозабора и должен иметь не менее чем на 0,7-0,8 метра выше поверхности земли.
Ствол (шахта) служит для прохода водоподъемных приспособлений (ведер, бадей, черпаков и т.п.), а также в ряде случаев и для размещения водоподъемных механизмов. Стенки шахты должны быть плотными, хорошо изолирующими колодец от проникновения поверхностного стока, а также верховодки.
Водоприемная часть колодца служит для притока и накопления грунтовых вод. Ее следует заглублять в водоносный пласт для лучшего вскрытия пласта и увеличения дебита. Для обеспечения большого притока воды в колодец нижняя часть его стенок может иметь отверстия или устраиваться в виде шатра.
Недостатками данного технического решения является необходимость периодической чистки колодца от плывуна - насыщенного водой грунта, скапливающегося на дне колодца, и, как следствие, изменение органолептических свойств воды (замутненность, наличие постороннего привкуса, запаха, изменение цветности).
Для предупреждения выпирания грунта со дна колодца восходящими потоками грунтовых вод, появления мути в воде и облегчения чистки на дне колодца должен быть отсыпан обратный фильтр.
Чистка колодца (каптажа) должна производиться пользователями по первому требованию центра государственного санитарно эпидемиологического надзора, но не реже одного раза в год с одновременным текущим ремонтом оборудования и крепления (п.п.3.3.9, 5.5 СанПин 2.1.4.1175-02).
Кроме того, из существующих технологий добычи грунтовых вод известна скважина водяная (водозаборная) - горная выработка круглого сечения глубиной от нескольких метров до 9 и более километров и диаметром свыше 75 мм. в толще горных пород {И.И. Артоболевский. Политехнический словарь. Москва "Советская энциклопедия" 1977 стр.456).
Трубчатые колодцы (скважины) предназначены для получения подземных вод из водоносных горизонтов, залегающих на различной глубине, и бывают мелкими (до 8 м) и глубокими (до 100 м и более). Трубчатые колодцы состоят из обсадной трубы (труб) различного диаметра, насоса и фильтра.
Мелкие трубчатые колодцы (абиссинские) могут быть индивидуального и общественного пользования; глубокие (артезианские скважины), как правило, общественного пользования.
Оголовок трубчатого колодца должен быть выше поверхности земли на 0,8-1,0 м, герметично закрыт, иметь кожух и сливную трубу, снабженную крючком для подвешивания ведра. Вокруг оголовка колодца устраиваются отмостки и скамья для ведер.
Нередки случаи когда пробуренная скважина не обеспечивает необходимый дебит, то есть объем жидкости поступающий из искусственного источника в единицу времени, из-за недостаточной водообильности вскрытого горизонта.
Проектирование скважины на воду может быть успешным только в том случае, если автор проекта достаточно четко представляет себе весь комплекс условий природной обстановки района и вполне уясняет взаимодействие всех природных факторов (А.С.Белицкий, В.В.Дубровский. Разведочно-эксплуатационные скважины для водоснабжения и их проектирования. Москва "Госгеолтехиздат, 1956 стр.68, 70).
Чистка колодца (каптажа) должна производиться пользователями по первому требованию центра государственного санитарно эпидемиологического надзора, но не реже одного раза в год с одновременным текущим ремонтом оборудования и крепления (п.5.5 СанПин 2.1.4.1175-02).
При резком уменьшении дебита или обмелении, неустранимом ухудшении качества воды, ставшей непригодной для питьевых и хозяйственных нужд, владелец водозаборных сооружений обязан их ликвидировать (п.5.8 СанПин 2.1.4.1175-02).
Недостатками данного технического решения является возникающее в процессе эксплуатации скважины расслоение песчано-гравийной отсыпки на фракции: крупная фракция перемещается вниз, а мелкая остается на верху. В результате чего обнажается фильтр и частицы водоносного грунта попадают в систему водоснабжения.
- Раскрытие полезной модели
Сущность полезной модели "колодец-скважина", сочетающей в себе лучшие качества колодца и скважины, как технического решения выражается в совокупности существенных признаков - высокий дебит и прозрачная вода.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в обеспечении нужд населения, а также промышленных объектов питьевой водой высокого качества без необходимости в процессе эксплуатации колодца-скважины изыскания дополнительных финансовых средств на его очистку от плывуна.
Данная задача достигается за счет того, что железобетонные кольца, составляющие ствол колодца-скважины, монтируются на цементный раствор и стягиваются между собой металлической проволокой. В дно колодца, при помощи стальной обсадной трубы, врезается полиэтиленовый щелевой фильтр (диаметром 225, 160 мм., длиной от 0,5 до 12 метров), который обсыпается песчано-гравийной смесью, общей массой от 1500 кг до 7500 кг, в зависимости от гранулометрического состава и мощности водоносного горизонта.
К самому дну полиэтиленового щелевого фильтра приваривается полиэтиленовый отстойник-заглушка, который является местом накопления проникающих через щели мельчайших частиц песка, гравия и иных пород подземного грунта.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является минимизация и исключение процесса заиливания колодца-скважины, обеспечение водозаборного сооружения нецентрализованного водоснабжения чистой, прозрачной питьевой водой вне зависимости от сезона года, а также его обеспечение высоким дебитом.
Механическая очистка воды от взвешенных примесей осуществляется за счет выравнивания естественных скоростей грунтового потока и фильтрующей обсыпки скважины при прокачке воды в момент строительства объекта и в процессе обсыпки.
Признаки используемые для характеристики полезной модели "колодец-скважина":
- конструктивными элементами полезной модели являются:
- железобетонные кольца (которые представляют собой регулирующую накопительную емкость),
- щелевой фильтр (материал полиэтилен, изготовленный по ГОСТ 18599-2001 "Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия", утв. Постановлением Госстандарта РФ от 23.03.2002 №112-ст - далее ГОСТ 18599-2001),
- заглушка (материал полиэтилен, изготовленная по ГОСТ 18599-2001)
- песчано-гравийная смесь.
2) связь между конструктивными элементами полезной модели построена на взаимодействии пластикового щелевого фильтра с песчано-гравийной смесью в достижении конечной цели - накопления механически очищенной воды от взвешенных примесей в стволе (шахте) колодца.
3) взаимное расположение конструктивных элементов:
3.1 железобетонные кольца монтируются друг на друга, стыки между ними заделываются цементным раствором, дополнительно железобетонные кольца связываются между собой металлической проволокой в четырех местах.
3.2. щелевой фильтр монтируется (опускается) в дно колодца и располагается ниже от уровня самого нижнего кольца. Пластиковый щелевой фильтр не соприкасается с кольцами и обсыпается снаружи песчано-гравийной смесью.
3.3. заглушка приваривается к торцу пластикового щелевого фильтра.
3.4. песчано-гравийная смесь обсыпается снаружи пластикового фильтра.
4) форма выполнения элемента или устройства в целом: колодец-скважина представляет собой вертикальную конструкцию, смонтированную в грунт.
5) форма выполнения связи между элементами:
Форма исполнения связей между конструктивными элементами полезной модели является смешанной, включающая в себя как конструктивную, так и функциональную.
Конструктивная форма связей заключается во взаимодействии пластикового щелевого фильтра с песчано-гравийной смесью в достижении конечной цели - накопления механически очищенной воды от взвешенных примесей в стволе (шахте) колодца.
Функциональная форма связей заключается в выполнении полиэтиленовым щелевым фильтром водоприемной функции, а стволом (шахтой) колодца - накопительной функции.
6) параметры и другие характеристики элементов и их взаимосвязь, а также материал, из которого выполнен элемент или устройство в целом:
- железобетонные кольца (трубчатое изделие из жесткого бетона и стальной проволоки изготовленное путем вибропрессования) - внутренним диаметром от 700 мм. до 2000 мм.
- труба полиэтиленовая до 12 метров (материал полиэтилен, изготовленный по ГОСТ 18599-2001 "Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия", утв. Постановлением Госстандарта РФ от 23.03.2002 №112-ст - далее ГОСТ 18599-2001) с щелевой нарезкой фильтра, который наиболее приспособлен для грунтов Тюменской области.
- заглушка (материал полиэтилен, изготовленная по ГОСТ 18599-2001)
- песчано-гравийная смесь. Взаимосвязь элементов приведена выше в п.2, 3.
- Краткое описание чертежа
Полезная модель "колодец-скважина" представляет собой водозаборное сооружение, состоящее из железобетонных колец (составляющих в совокупности ствол (шахту) колодца-скважины) и пластикового щелевого фильтра с приваренным на конце пластиковым отстойником-заглушкой, которые обсыпаны снаружи песчано-гравийной смесью, которая служит дополнительным естественным фильтром, препятствующим проникновению различных частиц грунта в воду.
- Осуществление полезной модели
Данная модель предотвращает суффозию частиц водоносного горизонта при различных динамических уровнях воды в колодце.
Полезная модель "колодец-скважина" обеспечивает бесперебойное и круглогодичное функционирования водозаборного сооружения, состоящего из железобетонных колец (позиция 1 на чертеже) и пластиковой щелевой трубы-фильтра (позиция 2) с приваренным на конце пластиковым отстойником-заглушкой (позиция 3) за счет поступления воды через песчано-гравийную смесь (позиция 4) в пластиковую щелевую трубу-фильтр.
Бесперебойное функционирование водозаборного сооружения выражается в получении гарантированного технического результата, заключающегося в обеспечении водозаборного сооружения чистой, прозрачной питьевой или технической водой вне зависимости от сезона года.
В качестве примера можно привести данные по колодцу-скважине, установленного и запущенного в эксплуатацию в июле 2011 года работниками ООО "ЧСВ" на территории Завода стеновых материалов "Поревит" г.Ялуторовск, Тюменской области.
Колодец-скважина состоял из 10 железобетонных колец (общая глубина 9 м. 0,9*10) и пятиметрового фильтра.
Проведенные замеры с использованием счетчика расходомера показали суточный дебит воды в размере 20 куб. метров.