Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗМЕЩЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖИН ДЛЯ ПЕРЕХВАТА ЗАГРЯЗНЕННОГО ПОТОКА ИЗ НАКОПИТЕЛЕЙ

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:

Δq=Δw·v,

где Δw - площадь криволинейного квадрата гидродинамической сетки;

v - скорость фильтрации.

Однако площадь Δw 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 Δφ - разность потенциалов между потенциалами между эквипотенциальной линией φ=const и соседней эквипотенциальной линией φ+Δφ=const;

Δs - расстояния вдоль линии тока между двумя данными эквипотенциалами.