Để làm sạch mùn khoan, phục hồi tính thấm và chất lượng tự nhiên của nước dưới đất, sau khi chống ống xong cần phải thổi rửa ngay. Bơm thổi rửa được tiến hành ở tất cả các lỗ khoan thăm dò và lỗ khoan thăm dò - khai thác: TDKT01, TDKT02, TD01, TD02 bơm đến khi hàm lượng cát ≤ 3/1000 thì dừng lại.
Thời gian thổi rửa dự kiến trình bày trong bảng 5.1.
Bảng 5.1: Bảng tổng hợp khối lượng công tác bơm thổi rửa
STT Lỗ khoan Thời gian thổi rửa (ca máy) Mục đích
1 TDKT01 3 Rửa sạch mùn trong lỗ
khoan phục hồi trạng thái tự nhiên của tầng chứa
nước tại vị trí đặt ống lọc. 2 TDKT02 3 3 TD01 3 4 TD02 3 Tổng 12 5.3.2. Hút nước thí nghiệm
Do vùng nghiên cứu có điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp, có mức độ chứa nước bất đồng nhất, lưu lượng thiết kế 04 khai thác là 1000m3/ngày, nên để đạt được mục đích đề ra, trong giai đoạn này tôi bố trí 2 dạng hút nước thí nghiệm là hút khai trương, hút nước thí nghiệm đơn 3 lần hạ thấp..
5.3.2.1. Công tác hút khai trương
Hút khai trương nhằm mục đích kiểm tra sự phù hợp của thiết kế với điều kiện tự nhiên thực tế của tầng chứa nước và cấu trúc của lỗ khoan, là cơ sở để chỉnh
lại thiết kế nếu cần thiết đảm bảo hút thí nghiệm, hút khai thác thử đạt yêu cầu. Khối lượng dự kiến là 4 giờ = 1/2 ca với mỗi lỗ khoan.
Tôi dự kiến hút khai trương tại 2 lỗ khoan là TDKT01, TDKT02. Vậy thời lượng công tác hút khai trương là: 4 giờ x 2 = 8 (giờ) = 1 (ca máy).
5.3.2.2. Công tác hút nước thí nghiệm đơn
Hút nước thí nghịêm đơn được tiến hành để xác định quan hệ giữa lưu lượng và trị số hạ thấp mực nước, đồng thời cũng để xác định hệ số thấm một cách sơ bộ của đất đá chứa nước và lấy mẫu nước nghiên cứu chất lượng nước. Trong phương án này chúng tôi tiến hành hút nước thí nghiệm đơn với ba lần hạ thấp mực nước Smax, Stb, Smin tương ứng với ba cấp lưu lượng Qmax = 100%Qkt, Qtb = 75%Qkt, Qmin = 50%Qkt. Các mức lưu lượng được lựa chọn sao cho độ chênh lệch giữa Smax với Stb
và Stb với Smin không nhỏ hơn 1m, cố gắng để đạt được Stb = 2/3Smax và Smin = 1/3Smax.
Hút nước thí nghiệm đơn tiến hành tại 02 lỗ khoan TDKT01, TDKT02 với mỗi lần hạ thấp, mỗi cấp lưu lượng hút đến khi mực nước ổn định. Thời gian hút dự định cho mỗi đợt hạ thấp là 9 ca máy.
Như vậy thời lượng hút thí nghiệm đơn là:
9ca x 3 x 2 = 54 (ca máy).
Kết thúc mỗi đợt hút nước phải tiến hành đo mực nước ngay ở lỗ khoan hút nước và các lỗ khoan có ảnh hưởng cho đến khi đạt trạng thái ổn định (mực nước hồi phục tại vị trí ban đầu) rồi mới chuyển sang đợt tiếp theo. Thời gian đo phục hồi cho mỗi lần bơm hạ thấp là 3 ca. Vậy thời lượng đo phục hồi là:
3ca x 3 x 2 = 18 (ca máy).
5.3.3. Hút khai thác thử
Được tiến hành tại lỗ khoan có ý nghĩa có thể cung cấp nước cho dân, dự kiến chọn tại lỗ khoan TDKT01. Sau khi hoàn tất các công tác hút nước thí nghiệm, hút khai thác thử được tiến hành với một lần hạ thấp mực nước nhằm xác định mức độ ổn định của lưu lượng lỗ khoan, chất lượng nước trong TCN. Để đạt được mục đích của phương án tiến hành hút nước khai thác thử tại lỗ khoan TDKT01 với lưu lượng 300 m3/ngày.
TDKT01 là 90 (ca máy).
Khối lượng công tác hút nước tại các lỗ khoan thiết kế được trình bày trong bảng 5.2.
Bảng 5.2: Khối lượng công tác hút nước tại các lỗ khoan
ST T Số hiệu lỗ khoan Thổi rửa (ca máy) Hút thí nghiệm (ca máy) Hút khai thác thử (ca máy) Thời gian đo hồi phục Tổng số Hút khai trương Hút đơn 1 TDKT0 1 3 0,5 27 90 9 129,5 2 TDKT0 2 3 0,5 27 90 9 129,5 3 TD01 3 - - - - 3 4 TD02 3 - - - - 3 Tổng 12 1,0 54 180 18 265
Vậy, trong toàn bộ phương án có tổng số 265 ca máy. 5.4. Thiết kế kỹ thuật hút nước
5.4.1. Thiết kế bơm Erơlip
Để làm sạch mùn khoan, phục hồi tính thấm và chất lượng tự nhiên của nước dưới đất. Trong phương án này chúng tôi lựa chọn thiết bị bơm Erơlip với sơ đồ mắc đồng tâm để tiến hành hút thổi rửa tại các lỗ khoan. Bởi vì đặc tính của Erơlip có cấu tạo rất đơn giản và cho phép làm việc liên tục trong thời gian dài. Thêm vào đó Erơlip có thể hút nước có độ đục cao từ lỗ khoan khi có chiều sâu mực nước động đến 6080m và sâu hơn.
Erơlip làm việc dựa trên nguyên lý bình thông nhau chứa hai chất lỏng có tỷ trọng khác nhau, chất lỏng có tỷ trọng nhỏ hơn nằm cao hơn chất lỏng có tỷ trọng lớn. Toàn bộ thiết bị Erơlip bao gồm: máy nén khí, ống dẫn khí, ống dẫn nước, bộ phận hỗn hợp.
Để đảm bảo lượng nước yêu cầu hút ra hoặc chiều sâu mực nước dự kiến bằng thiết bị Erơlip chúng ta tiến hành tính toán Erơlip nghĩa là tính các thông số đặc trưng cho Erơlip và máy nén khí khi làm việc.
* Chọn thông số tính toán
- Khoảng cách từ mặt đất đến tâm ống tràn: a = 1m - Chiều sâu mực nước tĩnh từ mặt đất: b = 9,1m - Chiều sâu mực nước tĩnh tính từ tâm tràn:
h0 = a + b = 1 + 9,1 = 10,1m - Chiều sâu lỗ khoan: 100m.
- Lưu lượng lỗ khoan thiết kế: Q = 300 m3/ngày. - Trị số hạ thấp mực nước tính toán: Smax = 19,83m.
- Chiều sâu mực nước động tính từ tâm tràn: h1 = ho + S = 29,93m. 1. Xác định chiều sâu ngập của bộ phận hỗn hợp dưới mực nước động:
h = h1. k (m), (5.1)
Với K là hệ số ngập phụ thuộc vào mực nước động h1 dự kiến trong lỗ khoan. Theo kinh nghiệm thực tế h1 = 29,93 m thì k = 2,0.
Khi đó, chiều sâu ngập của bộ phân hỗn hợp dưới mực nước động là: h = 2,0. 29,93= 59,86 (m)
2. Xác định lưu lượng đơn vị của khí nén:
Với η là hệ số làm việc hữu hiệu của Erơlip (η = 0,25 – 0,3) và lấy bằng 0,3. 3. Xác định lưu lượng khí cần thiết để nâng toàn bộ lưu lượng thiết kế hút nước:
Qk = Q. qo. n (m3/s) (5.2)
Trong đó:
Q là lưu lượng lỗ khoan thiết kế, Q = 300 m3/ngày = 3,47.10-3 (m3/s). n: Hệ số tổn thất khí nén trong đường ống (n = 1 – 2) và lấy bằng 1. Thay các giá trị trên ta có:
Qk = 3,47.10-3.7,21.1 = 0,025 (m3/s) = 90,3 (m3/h) 4. Áp lực khởi động của khí nén:
Po = 0,1. (kh1 – ho + 2) = 0,1. (2,0.29,93– 10,1 + 2) = 5,176 (kg/cm2) 5. Xác định áp lực công tác của khí nén
P = 0,1. [h1. (k – 1) + 5] = 0,1. [29,93. (2 – 1) + 5] = 3,993 (kg/cm2) 6. Xác định lưu lượng hỗn hợp (khí + nước) trực tiếp bên trên bô phận hỗn hợp:
(m3/s) 7. Xác định lưu lượng tại tâm tràn:
q2 = Q + Qk = 3,47.10-3 + 0,025 = 0,028 (m3/s) 8. Xác định tiết diện của ống dẫn nước:
- Tại vị trí hỗn hợp: W1 = q1/v1 (m2) - Tại ví trí tâm tràn: W2 = q2/v2 (m2)
Trong đó v1, v2 là hỗn hợp vận tốc của khí + nước tại vị trí hỗn hợp và tại vị trí tâm tràn phụ thuộc vào chiều sâu mực nước động và lấy theo bảng 5.3:
Bảng 5.3: Vận tốc hỗn hợp khí nước
Chiều sâu mực nước động
h1(m) 20 60 80 v1 (m/s) 1,80 2,70 3,6
v2 (m/s) 6 7 – 8 9 -10
Theo bảng trên lấy giá trị v1 = 2 (m/s), v2 = 6 (m/s) - Tại vị trí hỗn hợp: W1 = 0,011/2 = 0,0055 (m2) - Tại ví trí tâm tràn: W2 = 0,028/6 = 4,66.10-3 (m2) 9. Xác định đường kính của ống dẫn nước:
Do Erơlip được bố trí theo sơ đồ mắc đồng tâm (ống dẫn khí trong ống dẫn nước) nên đường kính trong của ống dẫn nước phải lớn hơn đường kính của ống dẫn khí và xác định theo công thức:
(m) (5.3)
Trong đó:
d1: Đường kính ngoài ống dẫn khí phụ thuộc vào lưu lượng khí nén, tra theo bảng 5.4.
d2: Đường kính ngoài của ống đo mực nước, lấy bằng 25mm. W: Tiết diện ống dẫn nước
Bảng 5.4: Đường kính ống dẫn khí
QK (m3/h) d1 (mm) QK (m3/h) d1 (mm)
10 – 30 15 – 20 201 – 400 40 – 50
34 – 59 20 – 25 401 – 700 50 – 70
101 – 200 32 – 40 1001 – 1600 80 – 100 Với Qk = 90,3 m3/h tra bảng ta có d1 = 28mm.
Vậy đường kính trong của ống dẫn nước là: (m)
Do đó tôi chọn ống nâng nước là ống chống của lỗ khoan đường kính 141mm.
10. Công suất của máy nén khí được xác định theo công thức: Wk = 1,2. QK = 1,2.0,025 = 0,03 (m3/s) 11. Xác định áp lực của máy nén khí:
PK = P + ΣP*(kg/cm2) (5.4) Trong đó:
ΣP*: Tổng tổn thất áp lực trong đường ống dẫn khí từ máy nén khí đến lỗ khoan, có thể lấy trung bình P* = 0,5 kg/cm2.
PK = 3,993 + 0,5 = 4,493 (kg/cm2) 12. Công suất tính toán trên trục máy nén khí:
NK = No.PK.WK (KW) (5.5) Trong đó:
Wk: Công suất của máy nén khí, m3/phút với WK = 1,728 (m3/phút). No: Công suất đơn vị trên trục máy nén khí KW, lấy theo giá trị áp lực làm việc của máy nén khí tính toán được trình bày trong bảng 5.5, No = 1,2 KW).
PK: Áp lực làm việc của máy nén khí, kg/cm2; PK = 4,493 kg/cm2.
Bảng 5.5: Công suất đơn vị trên trục máy nén khí
PK kg/cm2 1 2 3 4 5 6 7
No(KW) 1,47 1,4 1,25 1,18 1,1 1,03 0,93
Vậy công suất tính toán trên trục máy nén khí là:
NK = 1,2. 4,493.1,728 = 9,3 (KW) 13. Công suất thực tế trên trục máy nén khí:
14. Xác định hệ số hữu hiệu của máy nén khí:
(5.7) Trong đó:
η: Hệ số hoạt động hữu hiệu của máy nén khí, %.
Q: Lưu lượng của lỗ khoan thiết kế, m3/s; Q = 3,47.10-3 m3/s.
h: Chiều sâu ngập của bộ phận hỗn hợp dưới mực nước động, h= 59,86m. ND: Công suất thực tế trên trục máy nén khí, ND = 10,24KW.
Vậy hệ số hữu hiệu của máy nén khí là:
Như vậy η = 20% (đạt yêu cầu η = 2030%) thì các thông số đã chọn là hợp lý. Các thông số tính toán cho thiết bị Erơlip được trình bày trong bảng 5.6 và hình 5.1.
Bảng 5.6: Tổng hợp các thông số tính toán cho thiết bị Erơlip
TT Các thống số Kí
hiệu Đơn vị
Giá trị tính toán
1 Chiều sâu ngập của bộ phận hỗn
hợp dưới mực nước động h m 59,86
2 Lưu lượng đơn vị của khí nén qo
m3khí/m3nướ
c 7,21
3
Lưu lượng khí cần thiết để nâng toàn bộ lưu lượng nước thiết kế hút
nước
QK m3/h 0,025
4 Áp lực khởi động của khí nén Po kg/cm2 5,176
5 Áp lực công tác của khí nén P kg/cm2 3,993
6 Lưu lượng hỗn hợp (khí + nước)
trực tiếp bên trên bộ phận hỗn hợp q1 m
3/s 0,011
7 Lưu lượng hỗn hợp tại tâm tràn q2 m3/s 0,028 8 Tiết diện cần thiết của ống dẫn nước W1,
W2
m2
W1 = 0,0055 W2 = 4,66.10-3
9 Đường kính trong ống dẫn nước d m 0,151
11 Áp lực làm việc của máy nén khí PK kg/cm2 4,493 12 Công suất tính toán trên trục của
máy nén khí, NK
NK KW 9,3
13 Công suất thực tế trên trục máy nén
khí ND KW 10,2
14 Hệ số hoạt động hữu hiệu của máy
nén khí Η % 20
5.5. Thiết bị sử dụng
5.5.1. Máy nén khí
Để thực hiện công tác thổi rửa lỗ khoan, và hút nước thí ngiệm trong phương án chúng tôi dự kiến sẽ sử dụng máy nén khí có nhãn hiệu AIRMAN PDS - 185S ( hình 5.2) do Nhật Bản sản xuất với các đặc tính kỹ thuật được trình bày trong bảng 5.7.
Hình 5.1: Máy nén khí AIRMAN PDS - 185S
Bảng 5.7: Các đặc tính kỹ thuật của máy nén AIRMAN PDS - 185S
STT Thông số kỹ thuật Đơn vị tính Giá trị thông số máyPDS -185S
1 Lưu lượng khí nén tối đa m3/phút 5
2 Công suất KW 37,9
3 Tốc độ quay vòng/phút 1900
4 Thể tích bình nhiên liệu l 90
5 Nhiên liệu tiêu hao trong 1h 15
6 Áp suất nén tối đa kg/cm2 12
8 Trọng lượng máy kg 805
9 Số xilanh cái 4
10 Thể tích bình khí m3 0,03
11 Chiều dài máy mm 2374
12 Chiều rộng máy mm 1510
13 Chiều cao máy mm 1330
5.5.2. Máy bơm chìm hút khai thác thử
Do trong quá trình hút khai thác thử lưu lượng hút phải ổn định, không biến đổi. Căn cứ vào lưu lượng thiết kế, chiều sâu mực nước động của các lỗ khoan, cấu trúc của các lỗ khoan và điều kiện kinh tế, kỹ thuật, tôi thiết kế dùng máy bơm chìm SQE–5–35-96510165 do hãng Grunfos của Mỹ sản xuất (hình 5.3). Thông số kỹ thuật của máy bơm được trình bày trong bảng 5.8:
Hình 5.3: Máy bơm chìm SQE–5–35-96510165
Bảng 5.8: Thông số kỹ thuật của máy bơm chìm SQE–5–35-96510165
ST
T Thông số kỹ thuật Ký hiệu Giá trị
1 Loại động cơ MSE3
2 Công suất P 1,65kW
3 Lưu lượng tối đa Qmax 15 m3/h
4 Chiều cao đẩy nước của máy bơm(tương ứng với Q
max) H 35m
6 Chiều dài máy A 1500mm
7 Đường kính thân bơm C 86mm
8 Đường kính bộ phận hút nước M 70mm
9 Chiều sâu ngập tối thiểu của máy bơm
trong nước Tmin 1500mm
5.6. Nội dung thực hiện
5.6.1. Thổi rửa lỗ khoan
- Được tiến hành trước khi hút nước thí nghiệm. Tiến hành bơm thổi rửa bằng các biện pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện thực tế, bao gồm:
+ Thổi rửa lỗ khoan bằng máy nén khí sử dụng công suất lớn nhất của máy bơm tạo áp lực lôi kéo vật chất lấp nhét trong khe nứt. Khoảng cách dịch chuyển cần hơi mỗi lần 13 m, thổi rửa toàn bộ phần ống lọc bơm dâng vét đáy bằng máy nén khí;
+ Thổi rửa bằng áp lực nước, tạo áp kiểu thụt pít - tông để làm sạch từng đoạn ống lọc.
- Tiến hành đo chiều sâu lỗ khoan, kiểm tra độ đục, hàm lượng cặn trong nước bơm lên, đo lưu lượng và mực nước trong quá trình bơm thổi rửa để quyết định việc dừng bơm; ghi chép nhật ký, sổ sách thi công;
- Tháo dỡ, thu dọn thiết bị, dụng cụ sau khi kết thúc thổi rửa lỗ khoan và chuẩn bị cho các công việc tiếp theo.
5.6.2. Hút nước thí nghiệm đơn
Hút nước thí nghiệm đơn được tiến hành tại các lỗ khoan TDKT01, TDKT02, TDKT03 với 3 đợt hạ thấp mực nước (Smax, Smin, Stb) tương ứng với 3 cấp lưu lượng (Qmax, Qtb, Qmin). Tất cả các đợt bơm đều được tiến hành theo nguyên tắc khống chế lưu lượng ổn định để theo dõi sự thay đổi mực nước hạ thấp theo thời gian. Tiêu chuẩn lưu lượng ổn định là:
Trong đó:
Q: Là lưu lượng thực đo, l/s;
Qtb: Là lưu lượng hút nước khống chế, l/s;
Các cấp lưu lượng được chọn để tiến hành hút nước đơn là Qmax = 2,31 l/s; Qtb= 1,73l/s; Qmin = 1,15l/s tương ứng với 100%, 75%, 50% lưu lượng lỗ khoan TDKT01, TDKT02, TDKT03. Trong quá trình hút nước, ngoài việc đo lưu lượng và
mực nước hạ thấp tại lỗ khoan hút nước. Sau khi kết thúc mỗi đợt bơm sẽ tiến hành đo hồi phục mực nước cho đến khi đạt trạng thái ổn định rồi sẽ tiến hành các đợt bơm tiếp theo.
5.6.3. Quy trình hút nước
Theo quy phạm, hút nước phải đảm bảo tính liên tục đến khi ổn định. Thời gian ngừng do mất điện, hỏng máy tối đa không được quá 5 - 10% tổng thời gian thí nghiệm, đồng thời cần đảm bảo sau thời gian ngắn nhất (15 – 30 phút) lưu lượng