Артезианские скважины — источники воды, которые можно использовать для организации водоснабжения предприятий пищевой промышленности, других промышленных объектов. При правильном бурении они способны выдавать до 25 м3 ежечасно.
Что такое артезианская скважина, от чего зависит ее глубина, какое оборудование требуется для подъема воды на поверхность — в этой статье.
Сколько метров ее глубина
Как ясно из названия, выполняется сооружение с помощью бурения отверстия под установку обсадной трубы в земле. Выполнить эту работу подручными средствами, аналогичным используемым для рытья колодцев, невозможно. Этим занимаются специализированные организации, имеющие опыт такой работы и оборудование для безопасного бурения на глубину до 220 метров, а в некоторых регионах — до 300 метров. Поэтому вопрос, стоит ли копать артезианскую скважину, некорректен. Ее нужно только бурить.
Особенность этих сооружений — отсутствие контакта внутренней емкости обсадной трубы и грунтовых вод, имеющих достаточно высокую степень загрязнения. Что снижает затраты на фильтрацию воды и подготовку к использованию в производственных процессах. Она поставляется из залегающего на глубине до 300 метров артезианского горизонта на поверхность.
Точно сказать, сколько метров должна быть глубина артезианской скважины, нельзя. Этот параметр зависит от местности и рельефа участка. Поскольку артезианскую воду можно получить только из водоносных слоев, замкнутых в сэндвиче из двух водоупорных, глубина в каждом регионе будет отличаться.
Для большинства районов России эти условия соблюдаются на глубине от 30 до 220 метров. Чаще всего бурить приходится на глубину 100 метров и более.
Почему скважина называется артезианской
Причину, почему артезианская скважина так называется, следует искать в истории. В XII веке водоносный слой, ограниченный сверху и снизу водоупорными, определили и начали использовать во Франции. И первыми массово начали бурить такие скважины в Артуа.
Затем технология бурения и поиска нужного водоносного слоя быстро распространилась по миру. Отметим, что сама технология выполнения глубоких отвесных шахт была разработана намного раньше. Упоминания о бурении подобных глубинных скважин в Китае можно встретить у Конфуция, труды которого датируются примерно 600 годом до н.э.
Принцип действия артезианской скважины
Рассмотрим, как устроена и как работает артезианская скважина. Существует около шести различных схем. При этом базовыми являются следующие две:
- Однотрубная. Представляет собой единую многосекционную трубу, собранную из стальных элементов. Эта колонна спускается до известкового слоя.
- С двойной обсадной трубой. В основной колонне помещают несколько меньшую по диаметру дополнительную. Изготавливаться она может из стальной трубы или ПНД. В последнем случае достигается некоторое удешевление конструкции.
Если пересекаемые артезианской скважиной слои земли подвижны, то при бурении устанавливают кондуктор. Это достаточно большая, до 200 мм в диаметре, труба из стали. Она выполняет две основные функции:
- Задает направление для бурения. Кондуктор устанавливается на подготовительном этапе работ и позволяет центровать буровое оборудование, чтобы шахта имела строго заданный угол.
- После окончания бурения является дополнительной защитой от смещения слоев земли, активности плывунов. Кондуктор имеет более толстые, в сравнении с обсадной колонной, стенки. Он выдерживает значительные механические нагрузки.
Если длины кондуктора оказывается недостаточно для прохождения нестабильных слоев земли, то используется телескопическая системаы. Несколько труб разного диаметра устанавливаются в грунт. Размер последней из них соответствует обсадной колонне.
Устройство артезианской скважины предполагает открытый снизу конец обсадной трубы. Он может быть защищен металлической сеткой, фильтрующим элементом из камня. Но остается водопроницаемым. Поэтому важно при организации шахты обеспечить герметичность контакта внешних стенок обсадной колонны и грунта. Это позволит избежать попадания в скважину грунтовых вод, а, значит, и загрязнения.
В некоторых случаях дополнительно организуется бетонный приямок. Может потребоваться возведение павильона для размещения арматуры и оборудования. Также можно установить готовую к работе насосную станцию.
Выбор насоса
Общие соображения по выбору насоса для таких сооружений по техническим характеристикам выглядят следующим образом:
- Требуемый напор зависит от того, на какой глубине артезианская скважина. Также при выборе учитывают определенный запас на проталкивание воды по водопроводу. Чем больше его длина и чем сложнее конфигурация, тем выше гидравлическое сопротивление. И тем больше расчетный запас.
- Производительность насоса подбирается исходя их дебита скважины. Выкачивать воду быстрее, чем она прибывает, не эффективно.
В качестве насоса используются высоконапорные агрегаты двух видов:
- Погружные. Имеют узкий вытянутый корпус. Могут иметь несколько секций, последовательно разгоняющих воду и обеспечивающих значительное давление в выходном патрубке.
- Поверхностные. Устанавливаются на поверхности земли. Вся структура артезианской скважины оказывается ниже точки установки агрегата. Поэтому для начала работы ему приходится выкачивать воздух из трубы. Эти агрегаты называют самовсасывающими.
Выбор между поверхностной и погружной моделью во многом зависит от того, на сколько метров бурится артезианская скважина в данном регионе. Если ее метраж не превышает 100 метров, оба типа агрегатов могут быть эффективны в равной степени. Если 200 метров и более, преимущество в выборе за погружными моделями.
Насос размещается в обсадной колонне. Устанавливать его в открытой зоне нельзя. Чтобы понять причину такого ограничения, нужно вспомнить что представляет собой артезианская скважина. Ее открытая нижняя часть располагается в слоях относительно стабильного грунта. Но и здесь существует риск сдвига грунта во время эксплуатации. Это приведет к поломке насоса или нарушению его нормальной работы. При размещении агрегата в обсадной колонне риск повреждения минимальный.
Еще один важный момент выбора типа агрегата — особенности размещения выхода скважины. При установке поверхностного насоса необходимо обеспечить его защиту от осадков и мороза. Соответственно, такие модели устанавливаются в павильонах с организацией подогрева или в отапливаемых помещениях.
При оснащении скважины погружной моделью защиту от осадков и подогрев нужно организовать только для зоны выхода трубы из грунта. Если водовод расположен достаточно глубоко в земле, он может эксплуатироваться круглогодично.
С точки зрения обслуживания ситуация обратная. Поверхностные модели сравнительно легко обслуживать. Осмотр также не вызывает проблем, так как агрегат находится на поверхности. Погружные модели требуют для обслуживания подъема из обсадной колонны.
Работа в автономном режиме
Для работы агрегатов в автономном, без участия человека, режиме применяют средства автоматики. Наиболее распространенный вариант — установка накопительной емкости. Она оборудуется поплавковыми выключателями, установленными на разных уровнях:
- При снижении уровня воды ниже первого из них включается насос. Он начинает подавать воду из скважины в емкость.
- При достижении уровнем воды зоны установки второго поплавка питание электромотора насоса отключается. Он переходит в режим отдыха.
Использование системы двух поплавков позволяет уменьшить количество включений агрегата, тем самым продлить его ресурс.
Накопительную емкость располагают выше уровня точки водоразбора. Это позволяет воде попадать к потребителю самотеком, под воздействием гравитации. Также использование накопителя помогает синхронизировать график интенсивности водоразбора и ограниченный дебит скважины.
Плюсы и минусы артезианской скважины
Преимущества
Главный плюс сооружения — стабильная чистота воды. При этом ее сравнительно просто поднять из водоносного слоя. В некоторых регионах она поднимается на поверхность сама, под действием давления. Такие скважины называют напорными. Если регион, где выполняется бурение, находится незначительно ниже уровня источника, питающего артезианский горизонт, напор не образуется. Воду нужно перекачивать с помощью насосов.
Чистота воды, добытой из артезианской скважины, объясняется двумя причинами:
- Она не контактирует с грунтовыми водами. Загрязнения, возникающие на территории прилегающих к месту бурения участков местности не попадают в герметичную обсадную колонну. Само понятие артезианская скважина подразумевает, что вода будет добываться из горизонта, замкнутого между двумя водонепроницаемыми слоями.
- Она поступает из источников, расположенных на большом расстоянии от крупных городов. Проходя через толщу земли, вода фильтруется. Наибольшую роль в фильтрации ученые отводят известковому слою земной коры. А ее низкая температура, отсутствие света на глубине гарантируют слабую активность микроорганизмов.
Если задуматься о значении сооружения, что значит артезианская скважина для предприятия, то это практически неисчерпаемый источник чистой, часто — питьевой, воды. При этом себестоимость ее добычи сравнительно ниже, чем приобретение у поставщика. Это открывает еще одно предназначение артезианской скважины — экономия затрат на водоснабжение и повышение надежности снабжения производства этим важным ресурсом.
Второй плюс — долгий срок службы. При использовании качественных материалов и соблюдения технологии бурения сооружение может полезно использоваться до 50-60 лет. Такой срок устанавливается для двухтрубных скважин. Двойная колонна, выполненная из внешней стальной и внутренней ПНД, оболочек, показывает большую устойчивость к эксплуатации в агрессивной среде.
Однотрубные служат сравнительно меньше, до 30 лет. Затраты на обслуживание оборудования невелики. Особенно в регионах с высоким напором водного горизонта. Что позволяет обеспечить невысокую себестоимость получаемой воды.
Недостатки
Минусы артезианской скважины объясняются сравнительной сложностью ее организации:
- Бурение на большую глубину. Как было отмечено выше, собственными силами предприятия выполнить эту работу не получится. Как и определить глубину бурения артезианской скважины. Для обеих операций придется привлекать специалистов.
- Соблюдение технологии изготовления сооружения. Важный момент для чистоты воды — отсутствие притока из других слоев земли. Это требует обеспечения герметичности шахты.
- Необходимость регулярного обслуживания и контроля качества воды. Особенно на предприятиях пищевой промышленности, где она применяется для мойки оборудования, изготовления смесей и прочих задач.
Еще один недостаток — ограниченный дебит сооружения. Он обычно не превышает 25 м3/час.
Нужна ли артезианская скважина, зависит от ряда факторов. В том числе экономического плана. Но главным остается ориентация на потребности производства, техническая возможность организации сооружения в выбранном районе и целесообразность бурения.
Взвесив преимущества и недостатки артезианской скважины, инженерная служба предприятия принимает решение о ее возведении. Если ключевой момент — чистота воды на уровне питьевой, то затраты на организацию окупаются сравнительно быстро. Кроме того, обеспечивается стабильные органолептические свойства жидкости, что важно для применения в пищевой промышленности.
Для получения технической воды более эффективным может оказаться организация колодца или менее глубокой скважины. Также предприятия могут использовать комбинацию источников. Для получения питьевой воды используют артезианскую скважину, а техническую и просто чистую поставляют из водопровода, колодца, открытого водоема.
Автор статьи: Александр Шихов