CS203335B1 - Vertikální vrtaný spádový drán pro· odvodňování podzemních vod - Google Patents

Description

Vynález se týká vertikálních vrtaných spádových drénů, využitelných zvláště pro odvodňování nadloží uhelné sloje a výsypek. Vertikální spádové drény lze využít jen v takových hydrogeologických podmínkách, kde existuje drenážní obzor. např. stařiny v uhelné sloji, horizontální drenáž na podložce výsypky apod.

Pro odvodňování zvodněných kolektorů v předpolí a na skrývce hnědouhelných lomů se doposud využívají čerpací, spádové, vsakovací, vertikální, horizontální a šikmé odvodňovací vrty. Všechny uvedené odvodňovací objekty jsou vystrojeny pažnicémi, nejčastěji ocelovými a filtrem, tvořeným perforovanou zárubnicí a filtračním pláštěm. Pažnicové kolony v odvodňovacích vrtech jsou nákladné a působí obtíže při likvidaci na skrývce před postupem velkostrojů. Kromě toho představuje pažení odvodňovacích vrtů značnou spotřebu oceli.

Odvodňování podložky výsypek se provádí horizontálními a šikmými drény na podložce. Odvodňování vyšších etáží výsypek a celého výsypkového tělesa není dořešeným problémem. Čerpací odvodňovací vrty nelze spolehlivě ve výsypkách z jílovitých zemin provozovat pro malou vydatnost a provozní obtíže s přiváděním energie pro čerpadlo a odváděním vyčerpané vody. V průběhu sypání výsypky, v rámci postupu jednotlivých etáží, je velmi problematické zachovat odvodňovací vrty, není ani vyloučena deformace výstroje vrtů v průběhu konzolidace zemin ve vysokých výsypkách.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje vertikální vrtaný spádový drén pro odvodňování podzemních vod podle vynálezu hloubený vrtnou technologií v závislosti'na místních geologických podmínkách, jehož podstata spočívá v tom, že je zaústěn do drenážního obzoru, např. stařin a důlních děl v uhelné sloji, horizontální drenáže na podložce výsypky apod. Širokopřofilová jímací část drénu a svodová část menšího průměru jsou vyplněny filtračním zásypem vytvořeným štěrkem, bez kovové nebo jiné výztuže. Zrnitost filtračního zásypu v širokoprofilové jímací části drénu a ve svodové části menšího průměru ve volí v závislosti na zrnitosti zvodněného obzoru podle vztahu kde Dso je průměrná velikost středního zrna filtračního zásypu a dso je průměrná velikost středního zrna zvodněného obzoru.

Vertikální vrtaný spádový drén je pro sledování své.funkce a úrovně vody 'snižující se hladiny podzemní vody opatřen ferforovanou pozorovací trubkou. Při hloubení z povrchu terénu je chráněn proti vsaku povrchových vod cementovým můstkem a při hloubení z povrchu výsypky je provedena jílová tamponáž.

V místech, kde se vyskytuje vhodný drenážní obzor, umožňují vertikální vrtané spádové drány pro odvodňování podzemních vod podle vynálezu odvodňovat nadložní zvodněné kolektory a zeminy bez čerpání vody na povrch terénu. To vede k úsporám nákladů na vybavení odvodňovacích objektů na povrchu ve srovnání s čerpacími vrty, např. přívody a rozvody energie, komunikace odvádění vody apod. a k úspoře ponorných čerpadel.

Další výhodou vertikálních vrtaných spádových drénů Je, že nevyžadují žádnou obsluhu a jejich funkce je trvalá bez provozních prostojů. Při provádění vertikálních spádových drénů je na minimum redukována spotřeba pažnic, což vede k úspoře investičních nákladů na vystrojení vrtů a úspoře materiálu ve srovnání s klasickými odvodňovacími vrty.

Omezení, popřípadě úplné vyloučení ocelové výstroje vertikálních spádových drénů usnadňuje jejich likvidaci ha skrývce povrchových dolů. Navíc způsob provedení drénů umožňuje využívat těchto, objektů pro odvodňování plání skrývkových řezů.

Vertikální vrtané spádové drény pro odvodňování podzemních vod podle vynálezů jsou dobře použitelné na rozdíl od klasických vrtů pro odvodňování výsypek, pokud na podložce výsypkových těles byla přec) zasypáním vytvořena horizontální drenáž, nebo jestliže se v podloží výsypky vyskytuje přirozený drenážní obzor.

Příklad provedení vertikálního vrtaného spádového drénu pro odvodňování podzemních vod podlé vynálezu je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde na obr. 1 je schéma vertikálního vrtaného spádového drénu, na obr. 2 pažení technickými kolonami při provádění vertikálního vrtaného spádového drénu, na obr. 3 je schéma vertikálního vrtaného spádového drénu na výsypce a na obr. 4 je řez rovinou A—A‘ z obr. 3 znázorňující napojení vertikálního vrtaného spádového drénu na horizontální drenáž na podložce výsypky.

Vertikální vratný spádový drén se skládáze Širokoprofilové jímací části 1 drénu a svodové části 2 menšího průměru. Sirokoprofilová jímací část 1 drénu má průměr až 1000 mm. Je hloubena jako¹ širokoprofilový vrt v celé mocnosti zvodněného obzoru 10 a je dočasně zapažena úvodní technickou kolonou 3, která zajišťuje širokoprofilovou jímací část 1 drénu proti zavalení a současně uzavírá přítok podzemní vody ze zvodhěného obzoru 10. Ve speciálních případech je možno širokoprofilovou jímací část 1 drénu vybavit trvalou odvodňovaci výstrojí, tj. perforovanou pažnicí s filtrem. Pak je nutno před hloubením svodové části 2 menšího průměru drénu širokoprofilovou jímací část 1 drénu uzavřít dočasně ochrannou pažnicovou kolonou vhodného· průměru.

Hloubení širokoprofilové jímací části 1 drénu se provádí na sucho vhodnou vrtnou soupravou, jejíž volba závisí na, místních hydrogeologických podmínkách. Svodová část 2 menšího průměru drénu se provádí menším průměrem, ne jčastě ji zhruba 400 milimetrů, rovněž na sucho, protože při použití výplachového vrtání hrozí ztráta výplachu při zasažení drenážního obzoru 18. Proti zavalení je svodová část 2 menšího' průměru zajištěna technickými kolonami 4, 5, např. o průměru 305 nim nebo 229 mm. Hloubka svodové části 2 menšího průměru vertikálního drénu a tím délka vsakovací části drénu se řídí místními geologickými a báňskými podmínkami a množstvím vody,, které bude drénem odváděno. Pokud jsou např. drenážním obzorem 18 stařiny a důlní díla v uhelné sloji 8, limituje hloubku svodové části 2 menšího průměru drénu úroveň porubní počvy v uhelné sloji.

Po vyhloubení širokoprofilové jímací části 1 drénu a svodové části 2 menšího průměru drénu se ověří vsakovací schopnost drénu běžnou nálevovou zkouškou. K tomu účelu se technická kolona 5, zajišťující syo:dovou část 2 menšího průměru zvedne asi o 1 až 2 m,aby byl alespoň částečně otevřen vsakovací úsek drénu. Je-li výsledek nálevové zkoušky pozitivní, přikročí se k budování vlastního drénu. Práce probíhají ve dvou fázích.

V první fázi se svodová část 2 menšího průměru postupně v celé délce zaplňuje filtračním zásypem 7, vytvořeným štěrkem, za současného odpažování technických kolon 4 a 5.

V druhé fázi prací se buduje širokofrofilová jímací část 1 drénu. Na počvu širokoprofllové jímací části 1 drénu se zapustí perforovaná pozorovací trubka 8, nejčastěji o průměru 108 mm a širokoprofilová jímací část drénu se postupně zaplňuje filtračním zásypem 7 za postupného odpažování úvodní technické kolony 3. Odpažování odpadá v těch případech, kdy je širokoprofilová jímací část 2 drénu vystrojena již předem filtrem.

Zásyp širokoprofilové jímací části 1 drénu se provádí do hloubky asi 2 až 5 m pod úroveň ohlubně 17 v závislosti na místních hydrogeologických podmínkách. V hloubce až 5 m se u drénů, hloubených z povrchu terénu, provede cementový můstek 9 o mocnosti cca 1 jn jako izolace proti vsaků povrchových vod. U drénů, hloubených z úrovně pracovních plošin na skrývce nebo z povrchu výsypek 13 se provádí do hloubky cca 5 m pouze jílová tamponáž 12.

Zrnitost filtračního zásypu 7 širokoprofilové jímací části 1 dránu se řídí vztahem:

Dso

Ú50 kde značí až 8,

Dso průměrnou velikost středního zrna filtračního zásypu 7 a dso průměrnou velikost středního zrna zvodněného obzoru 10.

Vertikální vrtaný spádový drán pro odvodňování výsypek 13 je proveden analogicky jako drán pro odvodňování nadložních zvodněných kolektorů. Vertikální vrtaný spádový drán pro odvodňování podzemních vod vyhloubený ve výsypce 13 je zaústěn do horizontální drenáže 14, vybudované na podložce výsypky 13 ještě před zasypáním. Vertikálhí vrtaný spádový drén svoji svodovou částí je napojen na filtrační zásyp horizontální drenáže 14, v níž je uloženo drenážní potrubí 15.

Podzemní voda ze zvodněného horninového prostředí proudí do širokoprofilové jímací části 1 drénu vlivem gravitace. Protože zrnitost filtračního zásypu 7 širokoprofilové jímací části drénu 1 je volena podle stejných zásad jako zrnitost štěrkových obsypů pro odvodňovací vrty, je proudění podzemní vody do širokoprofilové jímací části

I drénu v podstatě laminární. Vlivem gravitace, prosakuje voda z širokoprofilové jí-, mací části 1 drénu do svodové části 2 menšího průměru drénu a dále proudí do drenážního obzoru 16, ve kterém je drén ukončen. Tím se vytváří umělý hydraulický spád a depresní kužel v hladině podzemních vod

II v okolí drénu obdobně jako v okolí každého odvodňovacího objektu. Drén funguje v podstatě analogicky jako spádový odvodňovací objekt.

Množství protékající vody závisí zejména na průměru svodové části 2 menšího průměru drénu, na koeficientu filtrace filtračního zásypu 7 a na hydraulickém spádu. Funkci drénu a postup odvodňování lze kontrolovat měřením úrovně hladiny vody v perforované pozorovací trubce 8.

Vertikální vrtaný spádový drén pro odvodňování podzemních vod podle vynálezu je možno využít též pro odvádění povrchových vod z plání skrývkových řezů hnědouhelných lomů tam, kde hýla sloj hlubinným způsobem rubána, a kde jsou ve sloji stará horizontální důlní díla nebo tam, kde jsou odvodňovací chodby nově budovány, jako vertikální drén, navazující na důlní díla, mohou být vystrojeny staré jámy zastavených hlubinných dolů v předpolí lomů.

Claims (2)

1. Vertikální vrtaný spádový drén pro odvodňování podzemních vod hloubených vrtnou technologií v závislosti na místních geologických podmínkách, vyznačující se tím, že má zaústění do drenážního obzoru (18), např. stařín a důlních děl v uhelné sloji (6), přičemž horizontální drenáže (14) na podložce výsypky (13) a širokoprofilová jímací část (1) drénu a svodová část (2) menšího průměru jsou vyplněny filtračním zásypem (7) vytvořeným štěrkem, prostým výztuže, přičemž zrnitost filtračního zásypu (7) v širokoprofilové jímací části (1) drénu a ve svodové části (2) menšího průměru se volí v závislosti na zrnitosti zvodněného obzoru (10) podle vztahu

D5&

dso kde Dso je průměrná velikost středního zr na filtračního zásypu (7) a dso je průměrná velikost středního zrna zvodněného obzoru (10).

2. Vertikální vrtaný spádový drén podle bodu 1, vyznačující se tím, že pro sledování své funkce a úrovně snižující se hladiny spodní vody je opatřen perforovanou pozovací trubkou (8), a při hloubení z povrchu terénu je chráněn proti vsakování povrchových vod cementovým můstkem (9) a při hloubení z povrchu výsypky (13) má provedenou jílovou tamponáž (12).