FI78968C - Foerfarande foer utgraevning av underjordiga grottor i berg. - Google Patents

Description

x 78968

Menetelmä maanalaisten luolien louhimiseksi kallioon Tämä keksintö koskee menetelmää luolien louhimiseksi kallioon ja erityisesti oleellisesti pystysuorien sylinterimäisten luolien louhimiseksi, joissa voidaan sopivasti varastoida nesteitä, kuten öljytuotteita, kuivatavaraa tai laiteartikkeleita.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla kallioluolan viereinen alue voidaan salaojittaa yksinkertaisella ja rationaalisella tavalla, jolloin minimoidaan vaara veden vuotamisesta sanottuun luolaan.

Keksinnön lisätarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla sanottuun kallioluolaan voidaan räjäyttää kartiomainen kattotila yksinkertaisella ja rationaalisella tavalla siten, että kallioluola on mahdollista verhota sen jälkeen vedenpitävällä päällysteellä.

Nykyisillä kallioluolilla, jotka on tarkoitettu öljytuotteiden varastointiin, on pitkien vaakasuorien puolipallon muotoisten onkaloiden muoto, joissa onkalon pohjan mitat ovat 500 x 25 m tai enemmän ja korkeus on 30 m. Tällaisissa onkaloissa varastoitu öljy lepää väistämättä vesikerroksen päällä ja on havaittu, että mikro-organismit kehittyvät ja lisääntyvät öljyn ja veden välisellä rajapinnalla ja tuhoavat öljyä/öljytuotteita siinä määrin, että ne muuttuvat täysin käyttökelvottomiksi. Varastoitaessa jalostettuja tuotteita tällä tavoin on havaittu välttämättömäksi jalostaa sanottuja tuotteita uudelleen niiden käyttökelpoisuuden takaamiseksi.

Oleellisesti sylinterimäisten, pystysuorien kalliluolien käyttöä on ehdotettu ratkaisuksi tähän ongelmaan. Tämän ehdotuksen kuvaus löytyy mm. julkaisusta SE-B-425 305 ja myöhemmistä artikkeleista, jotka ovat kirjoittaneet K.I. Sagefors et ai., WP-System, Tukholma, Ruotsi. Edellä mainitun ehdotuksen mukai- 2 78968 sesti louhittaessa kallioluolaa kartioraainen kattokupoli muodostetaan onkalossa olevasta kattoperästä poraamalla ensin reikiä ulospäin ja alaspäin pitkin aiotun kupolin sylinterimäistä pintaa; asettamalla räjähdyspanos jokaiseen porausreikään ja räjäyttämällä panokset? avaamalla yksi tai useampia kuljetustunneleita, jotka avautuvat lopullisen pystysuoran sylinterimäisen luolan seinämään; ja louhimalla kalliota sanotuista kuljetustunneleista käsin poraamalla pystysuoria räjäytysreikiä ja räjäyttämällä ympäröivä kallio, kalliolohkareiden pudotessa luolan pohjalle, josta ne poistetaan. Luolan pohjalla on alaspäin kapeneva kartio-mainen muoto ja se sulautuu poistotunneliin, jonka läpi putket voidaan vetää ja varastoidut tuotteet poistaa.

Julkaisussa SE-B-425 3C5 ehdotetaan, että sarja reikiä järjestetään verhomaisella tavalla koko varastolaitoksen ympärille tai sen valittujen alueiden ympärille ja että reiät täytetään vedellä, jotta estettäisiin pöhjavesitason aleneminen ja estettäisiin varastoitua tuotetta leviämästä ympäristöön halkeamien, säröjen yms. kautta; toisin sanoen varmistetaan, että varastolaitos on suojattu vesipaineella.

Kuten edellä mainittiin aikaisemmat menetelmät oleellisesti sylin-terimäisten kallioluolien louhimiseksi ovat tuoneet mukanaan kattoperän louhinnan, josta senjälkeinen poraus suoritetaan.

Nämä menetelmät vaativat suuren räjävtvsreikien lukumäärän poraamista, mikä johtaa raskaan ja liiallisen räjäytyspanoksen asettamiseen ja asettaa täten luolan kattorakenteen tarpeettoman suuren rasituksen alaiseksi. Kattoperän louhinta häiritsee ja saattaa epäjärjestykseen luolan yläpuolella olevan kallion, mistä on seurauksena vaara, että huononnetaan yläpuolella olevien kalliomuodostelmien stabiilisuutta ja lujuutta.

Havainto, että mikro-organismit kehittyvät ja lisääntyvät varastoidun tuotteen ja läsnäolevan veden välisellä rajapinnalla, on johtanut vaatimukseen, että vettä on oltava mahdollisimman vähän sanotussa luolassa. Vastauksena tälle vaatimukselle: on 3 78968 ehdotettu, että kallioluolan seinämät peitetään vedenpitävällä materiaalilla, sanottujen seinämäpeitteiden koostuessa monikerroksisesta päällysteestä, joka sisältää kerrokset paineil-masementtiä tai ruiskutussementtiä, lujitettua paineilmase-menttiä tai ruiskutussementtiä, epoksiharteia, lasikuitukangasta ja lopuksi uuden kerroksen epoksiharteia. Erään tällaisen seinämäpeitteen levittämistä on kuvattu julkaisussa Beckere-Sigma, different Colturiet products.

Tällaisella peitteellä ei kuitenkaan ole mahdollista aikaansaada kestävää suojausta, jos peitteen kallionpuoli saatetaan jatkuvasti alttiiksi vesipaineelle. Tästä johtuen on esiintynyt vaatimuksia ryhtyä lisätoimenpiteisiin aikomuksena eliminoida ympäristön veden läsnäolo, jotta taattaisiin vedenkes-toisen peitteen vastustuskyky ja kestävyys.

Nyt on yllättäen havaittu mahdolliseksi ratkaista edellä mainittu ongelma tämän keksinnön avulla, jolle on luonteenomaista, että muodostetaan kuljetuetunnelista käsin ylempi kehä-mäisesti kulkeva kammio, jonka ulkohalkaisija on suurempi kuin lopullisen kallioluolan oleellisesti sylinterimäisen osan halkaisija, tasolle, joka sijaitsee sanotun lopullisen kallioluolan kattorakenteen pohjan lähellä; porataan tästä kehämäisestä kammiosta reikiä kattorakenteen louhimista varten; muodostetaan alempi kehämäisesti kulkeva kammio, jonka ulko-halkaisija on suurempi kuin sanotun lopullisen kallioluolan oleellisesti sylinterimäisen osan halkaisija; porataan pystysuoria reikiä näiden kammioiden välille alueelle, joka on välittömästi lopullisen oleellisesti sylinterimäisen kallioluolan ulkopuolella veden johtamiseksi pois tältä alueelta; ja muodostetaan oleellisesti sylinterimäinen kallioluola ylemmän ja alemman kammion välille vanhastaan tunnetulla tavalla.

Keksinnön muut ominaispiirteet esitetään seuraavissa patenttivaatimuksissa .

4 78968

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin viitaten liitteenä oleviin piirroksiin, joissa

Kuva 1 on pystysuora leikkauskuvanto kallioluolasta; kuva 2 on vaakasuora leikkauskuvanto kallioluolasta* kuva 3 esittää varastokompleksia, joka käsittää useita kallio- luolia.

Kuvassa 1 viitenumero 1 tarkoittaa oleellisesti sylinterimäisen pystysuoran kallioluolan sylinterimäistä pintaa. Tarkasteltaessa kallioluolaa vaakasuorassa poikkileikkauksessa sillä on ympyränmuotoinen tai soikea muoto, edullisesti ympyränmuotoinen. Kallioluolan lopullinen ulkoääriviiva on esitetty paksuilla mustilla viivoilla, kun taas heikommat viivat ja katkoviivat kuvaavat luolan muotoa rakennustyön aikana. Kuljetustunneli tai louhinta 2 avautuu lopullisen kattorakenteen 3 pohjalle, sanotun tunnelin sopivasti ollessa sijoitettu niin, että osa siitä on yhteydessä kallioluolan sylinterimäiseen ulkopintaan ja sen lisäosa yhteydessä kattorakenteen pintaan. Kuljetustunnelista 2 on muodostettu rengasmainen tunneli 4, jonka ulkohalkaisija on suurempi kuin lopullisen kallioluolan halkaisija (30-40 m). Jäljelle jäävään ytimeen 5, joka sijaitsee säteittäisesti rengasmaisen tunnelin 4 sisäpuolella, on muodostettu tunneli 6, joka ulottuu pystysuoraan kuiluun 7, jota on määrä käyttää primäärionkalossa räjäytettäessä edellä mainittua kallioluolaa, jolloin sanotun kallioluolan louhinta suoritetaan räjäyttämällä pois yksi tai useampia kiinteitä penkereitä pilarimassasta 8.

Räjäytysreiät 9 porataan rengasmaisesta tunnelista 4 ylöspäin ja pitkin lopullisen kattorakenteen aiottua pintaa 3, sanotun kattorakenteen ollessa kartion muodossa, jonka kantakulma on 45-60° ja näin ollen kärkikulma 60-90°. Asetettaessa reikiä 9 luolan katon räjäyttämistä varten ei ole tarpeen ulottaa kaikkia reikiä ylös asti, vaan ainoastaan riittävä lukumäärä, jotta varmistetaan, että kattorakenne saa halutun muodon. Jäljelle jäävät reiät 9 päätetään ennen kuin ne saavuttavat huipun.

Tämä poistaa ylilatauksen mahdollisuuden. Samanaikaisesti kun porataan katon räjäytysreiät, ts. reiät 9A, 9B, 9C jne., 5 78968 porataan myös reiät pystysuoraan ympyrämäisiin riveihin alaspäin kallioon, joka on määrä louhia kalliomuodostelmaan.

Näiden reikien syvyys on 40-60 m riippuen kallioluolan halutusta tilavuudesta.

Kuljetustunneli 2 muodostaa osan kuljetustunneliverkostosta, jollainen on esitetty kuvassa 3, osan sanotusta verkostosta johtaessa lopullisen kallioluolan pohjatasolle. Tässä toteutusmuodossa eteistunneli 10 ulottuu kallioluolan pohjatasolle ja sinne on räjäytetty ympäryskammio 11, jolla on ympyränmuotoinen tai rengasmainen muoto ja jonka halkaisija on suurempi kuin kallioluolan halkaisija, sopivasti sama halkaisija kuin ylhäällä olevalla rengastunnelilla 4. Reiät 12 on porattu ylä-tunnelista 4 alakammioon 11 1-2.5 m:n etäisyydelle toisistaan ja lopullisen kallioluolan seinämästä 1, sanottujen reikien 12 ollessa yhdistetty letkujen 17 kautta salaojaputkeen 13, joka kulkee koko kallioluolan ympäri ojassa, joka on sijoitettu tasolle, joka on sanotun luolan pohjapinnan 14 alapuolella.

Pohjan salaojitusjärjestelmä viettää alaspäin kohtaan, josta vesi voidaan pumpata valinnaisesti pääkeruukohdasta, joka toimii varastokompleksina, joka käsittää useita toisiinsa liittyviä kallioluolia. Reikien 12 tarkoituksena on johtaa pois vesi, joka on päässyt kallioluolaan 1. Kattorakenteen 3 yläpuolelle on sijoitettu porareikien 15 muodostama sateenvarjo, joka on yhteydessä pystyreikiin 12 betoniin valettujen putkien tai kanavien 16 avulla. Kanavat tai putket 17 ja salaojitusputki 13 on myös valettu betoniin. Tehokkaan vedenpoiston takaamiseksi salaojitusputkia (ei esitetty) voi olla kaivettu kallioluolan pohjalle niin, että vesi voidaan johtaa pois millä tahansa halutulla tavalla, mikäli jokin osa ympärysputkesta 13 tukkeutuu. Kallioluolan pohjapinta laskee sopivasti kohtaan, josta vesi, liete ja/tai varastoitu neste voidaan helposti pumpata pois.

Muodostettaessa kallioluolan kattoa rengasmaisen tunnelin 4 sisäpuolella säteittäisesti oleva ydin räjäytetään ensin pois, minkä jälkeen kattorakenne lasketaan alas vaiheittain. Kun kattorakenne on muodostettu ja kivilohkareet poistettu kuljetus- tunnelin 2 kautta, kiinteä pylväsmäinen kivimassa 8 räjäyte tään pois ja kivilohkareet poistetaan alemman kuljetustunnelin 10 kautta.

6 78968 Näin konstruoitu kattorakenne verhotaan sopivasti vedenpitävällä peitteellä yllä kuvatulla tavalla. Tämä suoritetaan sopivasti ennen luolan pääosan louhimista, koska tarvittava työskentely-laitteisto voidaan tällöin tukea ja pystyttää pylväsmäisen massan 8 yläpinnalle. Pääosa kallioluolasta, ts. sanotun luolan sylinterimäinen osa voidaan verhota kiinteän massan 8 räjäytyksen jälkeen.

Kuvatussa toteutusmuodossa kallioluolan pohjaosalla on ulkoneva seinämä. On ymmärrettävä, että betoniseinämä voidaan sijoittaa välittömästi kallioluolan pääseinämän alapuolelle, jolloin saadaan suora, sylinterimäinen tila sanotun pääseinämän alapuolelle. Tällä tavoin on mahdollista saada aikaan aukko taaksepäin tarkastustarkoituksia varten ja pääsyn aikaansaamiseksi salaojitusjärjestelmän alaosaan.

Kuva 2 esittää rengasmaisessa tunnelissa olevaa ydintä ja reikiä, jotka on järjestetty kiinteän kalliomassan 8 poraamista varten, ja myös vedenpoistoreikiä 12.

Kuva 3 esittää varastokompleksia, joka käsittää neljä kallio-luolaa, jotka on yhdistetty toisiinsa tulo- ja poistotunnelien 2 ja 10 avulla.

Tämän keksinnön avulla saadaan kallioluolan salaojitusjärjestelmä, joka estää vettä tunkeutumasta varastoluoliin.

On myös mahdollista lisätä vedenpoistokapasiteettia reikien 12 välisillä alueilla räjäyttämällä ohuita sauvamaisia panoksia, joiden halkaisija on 11 mm, suurempiin reikiin 12, joiden halkaisija on 75-100 mm, jolloin reikien 12 välille muodostuu pieniä halkeamia.

7 78968 Näin ollen kuvassa 3 esitetty varastokompleksi käsittää useita toisiinsa yhdistettyjä kallioluolia, joilla kaikilla on oleellisesti sylinterimäinen muoto, joka on poikkileikkaukseltaan pyöreä tai soikea. Jokainen luola muodostaa varastotilan, jonka kiviseinämät absorboivat suoraan sanottuun luolaan varastoidun nesteen paineen. Kuten edellä mainittiin luolien geometriset keskiakselit ovat pystysuorat, jolloin kyseisen luolan pystysuora korkeus on suurempi tai yhtä suuri kuin sen poikkileikkauksen geometrinen ulottuvuus, keskenään vierekkäisten luolien välisen etäisyyden ollessa korkeintaan kaksi kertaa vastaavien luolien geometrisen poikkileikkauksen mitta ja vastaavien luolien poikkileikkausten keskipisteiden, katsottuna koko kompleksin vaakasuorassa leikkauksessa, sijaitessa kaksi-dimensioisessa kuviossa.

Luolat on sopivasti järjestetty niin, että tarkasteltuna vaakasuorissa poikkileikkaustasoissa sanottujen luolien pystyakselit sijaitsevat siten, että sanottujen akselien väliset yhdysviivat sanotuissa tasoissa oleellisesti jokaisessa kolmen keskenään vierekkäisen luolan ryhmässä muodostavat kolmion, joiden kaikkien kokonaiskulmat ovat välillä 30-120°.

Varastokompleksi on tiivis ja vaatii minimi pohjapinta-alan. Niinpä erittäin suuria varastoalueita voidaan rakentaa rajoitetuille alueille. Varastoalueen koko on minimaalinen. Tästä johtuen ne järjestelyt ja laitteet, jotka vaaditaan pohjavesi-tason alenemisen välttämiseen ympäristöissä, voidaan helpommin rakentaa. Varastokompleksin geometrinen muoto tekee mahdolliseksi saada helpommin aikaan vesiverhot. Nämä vesiverhot käsittävät pystysuorien porausreikien rivejä, jotka on täytetty vedellä. Tällaisten vesiverhojen avulla on mahdollista ylläpitää pöhjavesitaso muuttumattomana varastokompleksissa ja sen ulkopuolella erityisen yksinkertaisella tavalla. Johtuen varastokompleksin vaatimasta suhteellisen pienestä pinta-alasta, sanottu kompleksi voidaan helpommin sijoittaa sen kalliomuodos-tuman homogeeniseen osaan, johon luolat on määrä muodostaa, jolloin vältetään helpommin häiriöt ympäröivissä kalliomuodostu-missa.

8 78968

Koska jokaisen luolan korkeus on suurempi kuin sen halkaisija, kallioperää, johon varastoluola on määrä muodostaa, voidaan käyttää paremmin hyväksi syvyyssuunnassa, mikä tekee mahdolliseksi saavuttaa tiiviimmän kompleksin yhdessä parantuneen taloudellisuuden kanssa mitä tulee kalliopinta-alan käyttöön. Lisäksi jos varastoitua tuotetta lämmitetään, saadaan myös parantunut lämpötalous.

Kyseisten luolien korkeus saa aikaan riittävän staattisen paineen, jotta on mahdollista tyhjentää helposti varastoitu tuote luolasta niiden alle sijoitettujen pumppujen avulla.

Laajuus, jossa putkia yms. tarvitsee asentaa, on paljon pienempi johtuen varastokompleksin tiiviistä muodosta.

Jos varastoitu tuote on määrä lämmittää, lämpöä voidaan syöttää kyseisten luolien vaadittuun osaan ja valitulle tasolle niissä.

Jos varastoiduista tuotteista kerrostuu lietettä, sanottu liete voidaan helposti kerätä talteen ja pumpata pois varastokomplek-sista, mikä tekee suurten tilojen varaamisen lietteen laskeutus-ta varten varastokompleksin pohjalle tarpeettomaksi.

Luolien muoto tekee myös mahdolliseksi helpommin sijoittaa siirtojärjestelmiä tai säätölaitteita, kuten lämpötilamittarei-ta ja pintailmaisimia.

Kuvassa 3 esitetty varastokompleksi käsittää neljä luolaa, joita on merkitty numeroilla 21-24. Jokaisella luolalla on oleellisesti sylinterimäinen muoto. Kaikki luolat on sijoitettu peruskallioon määrätylle syvyydelle maanpinnan alapuolelle.

Luolat on yhdistetty keskenään sekä niiden yläosista että alaosista. Tunneleita, jotka yhdistävät kyseisten luolien yläosia, on merkitty numerolla 2, kun taas tunneleita, jotka yhdistävät sanottujen luolien alaosia, on merkitty numerolla 10.

9 78968

Riippunosturit (ei esitetty) jotka tekevät mahdolliseksi luolan verhouksen tarkastuksen, voi olla asetettu ylimmälle ulokkeelle, joka sijaitsee sanotun onkalon sylinterimäisessä osassa ja jonka tunneli 4 muodostaa.

Kun luolaa käytetään konehallina, materiaalin kuljetus voidaan suorittaa riippunostureilla.

Kallio voidaan tiivistää ruiskuttamalla sopivaa tiivistysmate-riaalia porausreikien läpi. Niinpä kuvatussa toteutusmuodossa rivi reikiä voi olla porattu kallioluolan seinämien ja veden-poistoreikien 12 välille ja tiivistysmateriaalia ruiskutettu sanottuihin reikiin, jolloin materiaali on tunkeutunut kalliossa oleviin mikrohalkeamiin. Sopivia tiivistysmateriaaleja ovat silikonielastomeerit jne.

Koska varastoluola on kuiva, sitä voidaan käyttää myös tehokkaasti matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen varastointiin, jotka on saatu ydinvoimalaitoksista ja ydintutkimuslaitoksista edellä mainittujen tuotteiden lisäksi.

Claims (5)

10 78968

1. Menetelmä luolien louhimiseksi kallioon ja erityises ti oleellisesti pystysuorien sylinterimäisten luolien louhimi-eeksij joissa voidaan varastoida nesteitä ja muita öljytuotteita, kuivatuotteita sekä prosessilaitteita, tunnettu siitä, että muodostetaan kuljetustunnelista (2) käsin ylempi ke-hämäisesti kulkeva kammio (4), jonka ulkohalkaisija on suurempi kuin lopullisen kallioluolan (1) oleellisesti sylinterimäi-sen osan halkaisija, tasolle, joka sijaitsee sanotun lopullisen kallioluolan kattorakenteen pohjan lähellä; porataan tästä kehämäisestä kammiosta (4) reikiä (9) kattorakenteen louhimista varten; muodostetaan alempi kehämäisestä kulkeva kammio (11), jonka ulkohalkaisija on suurempi kuin sanotun lopullisen kallioluolan (1) oleellisesti sylinterimäisen osan halkaisija; porataan pystysuoria reikiä (12) näiden kammioiden (4, 11) välille alueelle, joka on välittömästi lopullisen oleellisesti sylinterimäisen kallioluolan (1) ulkopuolella veden johtamiseksi pois tältä alueelta; ja muodostetaan oleellisesti sylin-terimäinen kallioluola ylemmän ja alemman kammion (4, li) välille vanhastaan tunnetulla tavalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kartiomainen kattorakenne (3) louhitaan poraamalla ja räjäyttämällä mainitut reiät ylöspäin ylemmästä kammiosta (4) .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aikaansaadaan porausreiät (15) kartiomaisen kattorakenteen (3) yläpuolelle ja että nämä porausreiät (15) liitetään pystysuoriin porausreikiin (12).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pystysuorat porausreiät (12) on yhdistetty sala-ojitusvälineeseen (13), joka kulkee kallioluolan (1) poh-japinnan (14) ympäri.

5. Patenttivaatimusten 1, 3 ja 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostetaan mikrohalkeamia porausrei-kien (12, 15) välille räjäyttämällä ohuita sauvapanoksia.