способ размещения вертикальных скважин для перехвата загрязненного потока из накопителей

Формула изобретения

1. Способ размещения вертикальных скважин для перехвата загрязненного потока из накопителей, включающий устройство ряда перехватывающих скважин, отличающийся тем, что вертикальные скважины устраивают на расстоянии от концевой части накопителя, ориентированного навстречу грунтовому потоку, т.е. в районе выхода максимального объема фильтрата в зоне наиболее высоких выходных градиентов напора, при этом ряд скважин устраивают с увеличением диаметра и глубины от краев ряда скважин к центру.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что котлован в плане на местности размещают минимальным по ширине, ориентируя длину котлована в направлении движения грунтового потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты грунтовых вод от загрязненных фильтратов из накопителей и может быть использовано для перехвата загрязненных потоков из накопителей на пути движения в открытые водотоки.

Известен способ устройства линейного ряда совершенных скважин, расположенных вблизи контура с постоянным давлением /Емельянов А.В., Клейман Д.Б., Станченко И.К., Чельцов М.И. Водопонижение в строительстве// Изд. по строительству, М., 1971, с.86-92. Данный способ предусматривает расположение вблизи контура питания линейной водопонижающей установки в виде ижекторных иглофильтров.

Недостатком приведенного способа является устройство скважин одинаковой длины и диаметра по контуру источника напорного питания, что требует дополнительных затрат.

Известны результаты выполненных исследований фильтрации из накопителей аналитическим методом /Романов А.В., Селюк Е.М. Аналитические методы прогноза фильтрации промышленных стоков из шламохранилищ и накопителей.// Вопросы фильтрационных расчетов гидротехнических сооружений. Сб. № 5. Изд. лит. по строит. М., 1973, с.78-95.

Недостатком приведенных исследований является то, что для перехвата загрязненного фильтрата из шламохранилищ и накопителей используется горизонтальный дренаж, который не учитывает форму распространения фильтрата в грунте не по ширине, не по длине.

Наиболее близким техническим решением является способ защиты от загрязнения грунтового потока, включающий устройство ряда перехватывающих вертикальных скважин /Косиченко Ю.М., Абуханов А.З., Ищенко А.В., Омелаев Т.Ю. Исследование эффективного варианта защиты от загрязнения грунтового потока золошлаковыми отходами Новочеркасской ГРЭС// Известия вузов. Сев. - Кавказ. Регион. Технические науки, 2001, № 2. с.96-100. Данный способ предусматривает устройство ряда вертикальных скважин одинакового диаметра и длины и перекрывающих полностью весь загрязненный поток по линии раздела чистого и загрязненного потоков.

Недостатком приведенных способов является устройство ряда вертикальных скважин одинакового диаметра и длины, что требует дополнительных затрат.

Технический результат, на достижение которого направленно изобретение, заключается в том, что предлагаемый способ размещения вертикальных скважин для перехвата загрязненного потока из накопителей является более эффективным, так как уменьшив ширину котлована и ориентируя длину с направлением грунтового потока, уменьшается площадь растекания загрязненного фильтрата, что дает возможность уменьшить количество вертикальных перехватывающих скважин. Кроме того, за счет увеличения диаметра и глубины скважин к центру ряда перехватывающих скважин обеспечивается эффективный перехват и отвод наиболее концентрированного фильтрата.

Аналогичные исследования в качестве примера выполнены путем моделирования перехвата фильтрационного потока загрязненных вод из котлована для накопления золошлаковой пульпы на электрогидродинамической установке (ЭГДА) для II секции золоотвала Новочеркасской ГРЭС. /Совершенствование инженерной защиты грунтовых вод от загрязнения фильтратом накопителей промышленных отходов: автореферат канд. тех. наук: 05.23.07// Скляренко Е.О. - Новочеркасск, 2008. - 23 с.

При моделировании принимались следующие допущения: высота насыпи 20,0 м, площадь котлована 20,4 га, грунт на трассе принимался однородным, модель котлована выполнялась из тонкой медной пластины, уклон местности i=0,001. С учетом уклона местности и принятого масштаба по краям экспериментальной модели котлована из электропроводной бумаги устанавливались граничные потенциалы напряжения шина Ш₁ -100% и шина Ш₂-0%.

В результате моделирования получена общая схема взаимодействия чистого грунтового потока и загрязненного фильтрата из золоотвала (фиг.1). При построении гидродинамической сетки установлена точка раздела «А» и линия раздела грунтового потока и загрязненного фильтрата.

Анализ распределения градиентов напора (фиг.2) по длине «факела» распространения фильтрата из золоотвала в грунтовые воды показал следующее:

1. Если условно разбить площадь котлована на зоны (например, зоны I, II, III, IV), то градиенты напора j_вых распределятся следующим образом (см. фиг.2). В IV зоне выходные градиенты будут максимальными и составят 45,9% от 100% распределения градиентов напора по зонам.

2. Если принять выходные градиенты напора IV зоны за 100%, то на фиг.2 видно, что градиенты напора в III зоне составляют 53,85% от IV зоны, во второй зоне 46,1% и в I зоне - 17,7%.

3. Из фиг.2 видно, что градиенты напора J_в растут, начиная от I к IV зоне котлована, в IV зоне они в 5,6 раза выше, чем в I зоне.

Из полученных результатов экспериментальных исследований можно сделать следующие практические выводы:

- экранировать ложе хранилища, устраивать противофильтрационные завесы, защитные дренажи, перехватывающие вертикальные скважины для оборотного водоснабжения наиболее целесообразно в пределах IV зоны котлована (фиг.2), так как в этой зоне выявлены наиболее высокие выходные градиенты напора и соответственно можно предположить, будет наиболее высокий процент выноса загрязненного фильтрата.

По условиям построения гидродинамической сетки все расходы отдельных лент равны между собой:

q= w·v,

где w - площадь криволинейного квадрата гидродинамической сетки;

v - скорость фильтрации.

Однако площадь w криволинейного квадрата гидродинамической сетки различна, поэтому через эту площадь пропускается один расход загрязненного фильтрата, но с различной концентрацией.

Проанализировав концентрацию загрязненного фильтрата и скорости фильтрации в ряду скважин по гидродинамической сетке, установлено, что наибольшее значение концентрации фильтрата с и скорости фильтрации v будут в центре ряда (фиг.3).

Чтобы выровнять график, необходимо диаметр скважин d и глубину h выполнять с постепенным увеличением к середине потока и принимать максимальными в центре ряда скважин (фиг.4, 5).

Максимальное значение выходных градиентов напора по ширине фильтрационного потока (см. горизонтальную шкалу) и по длине распространения загрязненного фильтрационного потока (см. вертикальную шкалу) находится в центре потока (фиг.6).

Аналогичная картина распределения градиентов напора по каждому ряду по ширине и по длине потока в динамике распространения (фиг.7).

Построенная гидродинамическая сетка позволяет определить все интересующие элементы потока.

Градиент считается равным отношению:

,

где - разность потенциалов между потенциалами между эквипотенциальной линией =const и соседней эквипотенциальной линией + =const;

s - расстояния вдоль линии тока между двумя данными эквипотенциалами.