PL174065B1 - Sposób uszczelniania górotworu i/lub likwidacji pustek podziemnych - Google Patents

Abstract

1. Sposób uszczelniania górotworu i/lub likwidacji pustek podziemnych, polegający na doprowadzeniu z powierzchni terenu zarurowanym otworem wiertniczym podsadzki hydraulicznej pod ciśnieniem hydrostatycznym lub suchego materiału do podsadzania w strumieniu cieczy, znamienny tym, że w likwidowanej przestrzeni, na przedłużeniu osi zarurowanego otworu wiertniczego i bezpośrednio w płynnej mieszaninie podsadzki, wywołuje się zaburzenia pulsacyjne o charakterze uderzeniowych fal ciśnienia poprzez■ generowanie udarowych impulsów ciśnienia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uszczelniania górotworu i/lub likwidacji pustek podziemnych, zwłaszcza pustek i komór poeksploatacyjnych w górnictwie, a także pustek i kawern powstałych w warunkach naturalnych w górotworze, które usytuowane są na znacznych głębokościach.

Znane rozwiązania dotyczące likwidacji podziemnych pustek i podsadzania komór poeksploatacyjnych w górnictwie oraz likwidacji pustek i kawern naturalnych w górotworze, usytuowanych na znacznych głębokościach, polegają na doprowadzeniu z powierzchni terenu, zarurowanym otworem wiertniczym, podsadzki hydraulicznej lub podsadzki suchej w strumieniu cieczy i spowodowanie szczelnego ich wypełnienia oraz penetracji w otaczający górotwór. Po okresie związania i zeskalenia materiału podsadzkowego uzyskuje się zabezpieczenie górotworu i powierzchni terenu przed szkodami górniczymi, które stanowią zawsze poważne zagrożenie dla budownictwa lądowego i wodnego oraz przeszkodę w zagospodarowaniu terenu.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 124 412 sposób likwidacji i zabezpieczania pustek podziemnych w górotworze lub gruzowisk zawałowych w zrobach usytuowanych na znacznych głębokościach polega na doprowadzeniu zarurowanym otworem wiertniczym, płynnej zawiesiny pod ciśnieniem hydrostatycznym, którą stanowi mieszanina suchych pyłów lotnych z wodą lub, zamiast wody z nasyconym roztworem wodnym substancji zawartych w kopalinie, w której znajduje się pustka. Płynność zawiesiny i jej ciśnienie hydrostatyczne decydują o grawitacyjnym mechanizmie transportu zawiesiny oraz o wypełnieniu i uszczelnieniu pustki, a także o wniknięciu w szczeliny i spękania górotworu.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 130 409 sposób podsadzania komór poeksploatacyjnych wypełnionych cieczą, a zwłaszcza solanką, polega na wywołaniu w komorze przepływu

174 065 strumienia cieczy, pomiędzy co najmniej dwoma kolumnami rur umieszczonymi współosiowo w jednym otworze wiertniczym, łączącym komorę z powierzchnią terenu bądź też pomiędzy kolumnami rur zlokalizowanymi w pewnej odległości w dwóch lub kilku otworach, zwłaszcza na innych komorach poeksploatacyjnych, posiadających połączenie hydrauliczne w górotworze. Przepływ strumienia cieczy w komorze spełnia rolę hydrotransportu materiału do podsadzania i wywoływany jest przykładowo przez pompowanie cieczy na jednej z kolumn i częściowe wlewanie jej do drugiej kolumny rur, z równoczesnym dozowaniem do niej suchego materiału do podsadzania, który po opadnięciu na dno komory, jest rozprowadzany przez wymuszony przepływ cieczy w obiegu kolumny-pompa-komora. Przy takim sposobie wypełniania i uszczelniania nadmiar cieczy, równoważny objętości wypartej przez materiał do podsadzania, jest odprowadzany na zewnątrz.

Stosuje się również likwidacje podziemnych pustek poeksploatacyjnych w górnictwie lub pustek i kawern naturalnych w górotworze usytuowanych na znacznych głębokościach, przez doprowadzenie z powierzchni terenu zarurowanym otworem wiertniczym podsadzki hydraulicznej pod wysokim ciśnieniem, nawet w zakresie kilkudziesięciu megapaskali. Stwarza to korzystne warunki dla równomiernego rozprowadzania materiału podsadzkowego, gwarantując szczelne wypełnienie pustki lub kawerny oraz uszczelnienie otaczającego górotworu.

Likwidacja pustych przestrzeni w górotworze przez doprowadzenie podsadzki hydraulicznej pod wysokim ciśnieniem, wiąże się jednak z koniecznością stosowania specjalistycznego sprzętu typu pompy, głowice i rurociągi wysokociśnieniowe oraz zachowaniem ostrych przepisów bezpieczeństwa odnoszących się tak do osób obsługi, jak również do samego górotworu. Z tego względu stanowi technologię kosztowną, stosowaną w przypadkach szczególnych. Natomiast rozwiązanie problemu rozprowadzania materiału podsadzkowego, zarówno w przypadku wymuszonego pompą obiegu cieczy pomiędzy kolumnami rur i podsadzaną komorą wypełnioną cieczą przy dozowaniu suchego materiału jedną z kolumn w strumieniu odpompowywanej z komory cieczy, jak i w przypadku wykorzystania wyłącznie mechanizmu grawitacyjnego przepływu podsadzki hydraulicznej, doprowadzanej zarurowanym otworem wiertniczym pod ciśnieniem hydrostatycznym do likwidowanej pustki, nie może być w pełni skuteczne z uwagi na występowanie, w każdym przypadku, procesów sedymentacji i tworzenia się zatorów w postaci charakterystycznego stożka z materiału podsadzkowego, pod wylotem z zarurowanego otworu wiertniczego. Utrudnia to lub wręcz uniemożliwia równomierne rozprowadzenie materiału podsadzkowego i nie gwarantuje wymaganego stopnia wypełnienia i uszczelnienia likwidowanej przestrzeni, i otaczającego ją górotworu.

Istotą sposobu według wynalazku, jest to, że w likwidowanej przestrzeni, na przedłużeniu osi zarurowanego otworu wiertniczego i bezpośrednio w płynnej mieszaninie podsadzki, wywołuje się zaburzenia pulsacyjne o charakterze uderzeniowych fal ciśnienia, poprzez generowanie udarowych impulsów ciśnienia. Podczas wypełniania likwidowanej przestrzeni steruje się częstością i energią generowanych impulsów ciśnienia tak, że w początkowej fazie wypełniania stosuje się maksymalną częstość generowania tych impulsów, a następnie zmniejsza się ją przy równoczesnym zwiększaniu energii udarowych impulsów ciśnienia oraz zmniejszaniu procentowego udziału wody w podsadce hydraulicznej. Dla całkowicie wypełnionej przestrzeni likwidowanej, zaburzenia pulsacyjne wywołuje się przy zastosowaniu impulsów o maksymalnej energii w impulsie, kolejno na różnych głębokościach, począwszy od dna likwidowanej przestrzeni, aż do wylotu zarurowego otworu wiertniczego. Zaburzenia pulsacyjne wywołuje się przy pomocy generatora udarów prądowych wysokiego napięcia i przetwornika elekrohydrodynamicznego iskrowego, które są jednocześnie wykorzystywane jako źródło impulsów sejsmicznych, podczas kontroli procesu wypełniania likwidowanej przestrzeni.

Sposób według wynalazku pozwala skutecznie przeciwdziałać procesom sedymentacji, zapewniając równocześnie dokładne wymieszanie materiału podsadzkowego z cieczą, bezpośrednio w likwidowanej przestrzeni górotworu. Jego zaletąjest fakt, że stanowi on podstawowy mechanizm do równomiernego rozprowadzenia materiału podsadzkowego i uzyskania wysokiego stopnia zagęszczenia podsadzki hydraulicznej oraz skutecznego wypełnienia i uszczelnienia likwidowanej przestrzeni i otaczającego ją górotworu.

174 065

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony na schematycznym rysunku, który przedstawia przekrój pionowy przez likwidowaną pustkę oraz niezbędne urządzenie do jej likwidacji.

Pustka 1 jest połączona z powierzchnią terenu zarurowanym otworem wiertniczym 2, do którego dostarczana jest podsadzka hydrauliczna 3 z mieszalnika 4, zaopatrzonego w doprowadzenie materiału podsadzkowego (np. popiołu poelektrownianego) systemem sprężonego powietrza 5 oraz wody podawanej pompą 6 pod ciśnieniem. Dodatkowym przepustem 7, rurą ochronną 8 i zarurowanym otworem wiertniczym 2 na dno pustki 1 opuszczany jest za pomocą liny 9, odwijanej z bębna 10, przetwornik elektrohydrodynamiczny iskrowy 11. Lina 9 prowadzona jest równolegle z kablem współosiowym prądowym wysokiego napięcia 12, zasilającym przetwornik 11 z generatora udarów prądowych wysokiego napięcia 13. Podsadzka hydrauliczna 3 doprowadzana jest otworem 2 pod ciśnieniem hydrostatycznym i po opadnięciu na dno pustki 1, rozprowadzana jest we wstępnej fazie wyłącznie na zasadzie przepływu grawitacyjnego. Po osiągnięciu przez podsadzkę hydrauliczną 3 pierwszego poziomu wypełnienia 14, przy którym przetwornik 11 zostaje całkowicie w niej zanurzony, dalsze wypełnianie prowadzone jest początkowo przy maksymalnej częstości udarowych impulsów ciśnienia generowanych przez przetwornik 11. W miarę postępującego procesu wypełniania pustki 1, korzystne jest zmniejszanie częstości przy równoczesnym zwiększaniu energii udarowych impulsów ciśnienia oraz zmniejszaniu procentowego udziału wody w podsadzce hydraulicznej 3. Po wypełnieniu pustki 1 następuje proces uszczelniania, prowadzony na zasadzie generowania udarowych impulsów ciśnienia o maksymalnej energii w impulsie, kolejno na różnych głębokościach, począwszy od dna pustki 1, aż do wylotu zarurowanego otworu wiertniczego 2, przez podciąganie przetwornika 11 za pomocą liny 9, nawijanej na bęben 10. Zmianę częstości i energii udarowych impulsów ciśnienia dokonuje się przełącznikiem do zadawania napięcia rozładowania baterii kondensatorów impulsowych wysokiego napięcia, umieszczonym na płycie czołowej generatora udarów prądowych 13, dla niższych napięć uzyskuje się wyższą częstość oraz mniejszą energię i odwrotnie, 'a dodatkowo poprzez zmianę pojemności baterii kondensatorów w generatorze udarów prądowych 13. Generator 13 wyposażony jest ponadto w przełącznik nastaw do ciągłego generowania lub sterowania ręcznego pojedynczymi impulsami ciśnienia. Przetwarzanie energii elektrycznej, podawanej impulsami z generatora 13 w energię mechaniczną udarowych impulsów ciśnienia, następuje podczas wyładowań elektrycznych iskrowych, przy wysokim napięciu, pomiędzy elektrodami przetwornika 11, zanurzonymi w podsadce hydraulicznej lub cieczy, wywołując z określoną częstością zaburzenia rozchodzące się w ośrodku ciekłym w postaci uderzeniowych fal ciśnienia. Elektrohydrodynamiczny przetwornik 11 stanowi równocześnie źródło impulsów sejsmicznych i może być wykorzystany do kontroli procesu wypełniania podsadzką hydrauliczną pustych przestrzeni w górotworze, metodą prześwietlania sejsmicznego pomiędzy dnem pustki a powierzchnią terenu, jak również do lokalizacji pustek metodą refleksyjną. Kontrolę procesu wypełniania pustki 1 można prowadzić przy użyciu geofonów 15, rozmieszczonych na powierzchni terenu i w odległościach od otworu wiertniczego 2 wynikających z praktyki pomiarowej oraz rejestratora cyfrowego drgań sejsmicznych 16, którego podstawa czasu jest zsynchronizowana z momentem generowania udarowych impulsów ciśnienia, przy użyciu układu synchronizacji i sterowania wyzwalaniem generatora 17. W miarę postępującej zmiany poziomu wypełniania pustki 1 podsadzką 2, przykładowo z poziomu 14 do poziomu 18, następuje skracanie drogi dla przejścia fali sejsmicznej 19 pomiędzy stałym punktem wzbudzania impulsu sejsmicznego na dnie pustki 1, a położeniem punktów odbioru drgań sejsmicznych 15, czemu odpowiada skracanie czasu pierwszego wejścia rejestrowanych drgań sejsmicznych na rejestratorze 16.

174 065

174 065

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uszczelniania górotworu i/lub likwidacji pustek podziemnych, polegający na doprowadzeniu z powierzchni terenu zarurowanym otworem wiertniczym podsadzki hydraulicznej pod ciśnieniem hydrostatycznym lub suchego materiału do podsadzania w strumieniu cieczy, znamienny tym, że w likwidowanej przestrzeni, na przedłużeniu osi zarurowanego otworu wiertniczego i bezpośrednio w płynnej mieszaninie podsadzki, wywołuje się zaburzenia pulsacyjne o charakterze uderzeniowych fal ciśnienia poprzez generowanie udarowych impulsów ciśnienia.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas wypełniania likwidowanej przestrzeni steruje się częstością i energią generowanych impulsów ciśnienia tak, że w początkowej fazie wypełniania stosuje się maksymalną częstość generowania tych impulsów, a następnie zmniejsza się ją przy równoczesnym zwiększaniu energii udarowych impulsów ciśnienia oraz zmniejszaniu procentowego udziału wody w podsadce hydraulicznej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla całkowicie wypełnionej przestrzeni likwidowanej, zaburzenia pulsacyjne wywołuje się przy zastosowaniu impulsów o maksymalnej energii w impulsie, kolejno na różnych głębokościach, począwszy od dna likwidowanej przestrzeni, aż do wylotu zarurowanego otworu wiertniczego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zaburzenia pulsacyjne wywołuje się przy pomocy generatora udarów prądowych wysokiego napięcia (13) i elektrohydrodynamicznego przetwornika iskrowego (11), które są jednocześnie wykorzystywane jako źródło impulsów sejsmicznych podczas kontroli procesu wypełniania likwidowanej przestrzeni.