Шахтные колодцы. Конструкция, устройство водоприемной части, определение дебита

Шахтный колодец — один из наиболее распространенных ви­дов вододобывающих сооружений. Число их исчисляет­ся сотнями тысяч.

Шахтные колодцы устраивают главным образом для захва­та сравнительно малодебитных, неглубоко залегающих водо­носных пластов. Глубина шахтных колодцев редко превышает 40... 50 м, обычно она составляет не более 10...20 м.

Основные элементы шахтного колодца (рис. 1.42) следую­щие: оголовок, ствол, водоприемная часть, зумпф.

Зумпф устраивают только при необходимости создания не­которого запаса воды, а также для лучшего использования во­доносного пласта. Образование запаса воды в колодце может быть также достигнуто уширением водоприемной части, то есть устройством так называемого шатра.

Зумпф нельзя устраивать в следующих случаях:

1) если ниже водоносного слоя с пресной водой идут пласты с недоб­рокачественной водой;

2) если под водонепроницаемым под­стилающим слоем лежат пласты большой водопроницаемости, или сухие, или водоносные, но с напором, меньшим, чем в кап­тируемом водоносном пласте.

Размеры зумпфа определяются объемом необходимого за­паса воды плюс некоторый мертвый неиспользуемый слой воды. Запас не следует делать чрезмерно большим, так как вследствие застоя воды в колодце может ухудшиться ее ка­чество.

Для увеличения отбора воды из колодца при периодической его откачке запас воды в нем должен размещаться ниже пре­дельного динамического уровня. Если объем водоприемной части ниже предельного динамического уровня недостаточен для разме­щения потребного запаса воды, то необходимо устро­ить зумпф.

Водоприемная часть служит, как показывает само название, для приема воды из водоносного пласта. Ее размеры определяют­ся из условий неразмываемости грунта.

Если колодец принимает воду только дном, то диаметр водоприемной части будет равен

где — внутренний диаметр колодца, м;

— максимальный приток воды в колодец (при ), м³/с;

—допу­стимая выходная скорость фильтрации

Приток воды в круглый колодец через плоское дно

где —коэффициент фильтрации водоносного грунта, м/с;

—внутренний радиус круглого колодца, м;

— глубина понижения уровня воды в колодце при откачке, м.

Для некруглых колодцев

где — длина стороны некруглого колодца, м;

— основание натуральных логарифмов, равное 2,72;

— показатель, зависящий от формы колодца.

При приеме воды из водоносного пласта только боковой по­верхностью

где —внешний диаметр колодца, м;

—максимальный дебит колодца, определяемый при ;

— высота полезной боковой поверхности, действительно принимающей воду из водоносного пласта, м;

— скважность боковой поверхности колодца, то есть площадь водо­приемных отверстий на 1 м² полезной боковой поверхности;

— допустимая выходная скорость фильтрации, м/с.

При питании колодца через дно и боковую поверхность получим

где — общий дебит колодца, м³/с;

Ствол служит для размещения в нем в случае необходимо­сти водоподъемных приспособлений. Кроме того, он необходим для отрывки колодца и устройства водоприемной части. С уче­том этих соображений назначают его размеры.

Размеры ствола, достаточные для удобного производства земляных работ, следующие: для квадратных колодцев — 1,4×,4 м по внутреннему обмеру (как нежелательный мини­мум— 0,9×0,9 м) и для круглых—1 м по внутреннему обмеру. Обычно стволу придают размеры, одинаковые с размерами во­доприемной части.

Оголовок защищает колодец от попадания в него сверху загрязнений и создает наиболее удобные условия эксплуатации (водоподъем, водозабор, наблюдение за работой колодца). Вместе с этим в районах с суровым климатом и при небольшой глубине колодца оголовок должен предохранить воду в колод­це от промерзания. Поэтому, если обычно оголовок делают одинаковых размеров со стволом, то при необходимости защи­ты колодца от промерзания размеры оголовка несколько умень­шают.

По виду материала, из которого выполняется крепление стен колодцев, они делятся на деревянные, каменные, кирпичные, бетонные, железобетонные и др. Конструкции каждого из этих колодцев определяются свойствами материалов.