PL227191B1 - Sposób wytwarzania poziomej bariery izolacyjnej w warstwie zawodnionej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania poziomej bariery izolacyjnej w warstwie zawodnionej, na poziomie lustra swobodnego wody podziemnej, wykorzystujący zjawisko żelowania krzemianu sodu w kontakcie z ditlenkiem węgla.

Znane są metody wywarzania barier poziomych metodą tak zwanego przeciągania, polegającego na tym, iż jednym otworem podaje się do warstwy wodonośnej odpowiednią substancję, na .przykład zaczyn cementowy lub na przykład żywice, a drugim otworem odpompowuje się wodę w celu wytworzenia depresji, co wywołuje przepływ poziomy zaczynu iniekcyjnego w pożądanym kierunku. Inna metoda znana jako „jet grouting” polega na poziomym wstrzykiwaniu do warstwy wodonośnej, na określonej głębokości, zaczynu iniekcyjnego z jednoczesnym wstrzykiwaniem powyżej i poniżej solanki w celu uzyskania poziomej warstwy o określonej grubości. Warstwa taka uniemożliwi, lub w znacznym stopni ograniczy, pionowy ruch cieczy w warstwie, co będzie bardzo korzystne, zwłaszcza w przypadku konieczności wykonania bezwykopowych izolacji pod budynkami, pod składowiskami odpadów czy nad złożem węgla brunatnego przewidzianego do biogazyfikacji, ochronie wód mineralnych przed zanieczyszczeniem czy innych procesach. Znane są środki do klejenia i wzmacniania gruntów z polskiego zgłoszenia: P 329058, którego istotą jest zastosowanie szkła wodnego wprowadzanego do gruntu oraz utwardzacza. Związek ten reagując ze szkłem wodnym wytwarza polikrystaliczną krzemionkę trwale wiążącą luźne ziarna gruntu, w analogiczny sposób do tworzenia się naturalnego piaskowca. Znane są środki iniekcyjne z opisu patentowego PL 182728, w postaci suchej mieszaniny do sporządzania zawiesiny iniekcyjnej do uszczelniania i/lub zmniejszania przepuszczalności gruntów, takich jak luźne skały klastyczne, skały i/lub mury, w odniesieniu do przenikania płynów, zwłaszcza wody i/lub gazów. Znane jest spoiwo do iniekcyjnego zestalania gruntu, zanieczyszczonego alkalicznie z polskiego zgłoszenia P.291063. Spoiwo stanowi mieszanina 75-80 części objętościowych szkła wodnego, 20-25 części objętościowych kwasu fluorokrzemowego oraz stabilizatora. Jako stabilizator reakcji stosuje się 10%-towy roztwór NaOH w ilości 4-12% objętości szkła wodnego. Znany jest sposób zwiększania wytrzymałości i wodoszczelności gruntów oraz budowli i obiektów, znajdujących się w gruncie, z polskiego zgłoszenia P.296010. Warunki posadowienia budowli polepsza się dodatkowo przez wzmocnienie otaczającego gruntu i zatkanie jego porów i pustek, oraz wytworzenie ich wodoszczelności, przy czym roztwór A oraz roztwór B wprowadza się jednocześnie lub w dowolnej kolejności jeden po drugim do wnętrza lub na powierzchnię traktowanych budowli lub obiektów albo do pustek, znajdujących się w ich otoczeniu, do gruntu lub na grunt i doprowadza się do ich wzajemnego zetknięcia. Znana jest zaprawa i sposób wytwarzania zaprawy do wstrzykiwania z polskiego zgłoszenia P.301023. Przedmiotem wynalazku jest zaprawa, którą sporządza się przez zastosowanie roztworu krzemianu metalu alkalicznego. Zaprawę stosuje się do uszczelniania i/lub wzmacniania gruntów lub materiałów budowlanych, przez wstrzykiwanie. Znany jest sposób likwidacji zagrożenia wodnego w podziemnych wyrobiskach górniczych, zwłaszcza w partiach o dużej wodonośności i zmiennej tektonice z patentu PL 175334. Nieczynne górnicze wyrobisko podsadza się w kierunku od jego granic suchą podsadzką uszczelnioną iłami i środkami chemicznymi dobranymi w zależności od składu mineralnego wypływającej wody i otaczających skał. Ze zgłoszenia JP557158284A znany jest sposób przygotowania cieczy do zatłaczania, w mieszarce do mieszania wody z CO₂, a następnie mieszania takiej nasyconej wody z roztworem szkła wodnego i następnie wpompowania jej do gruntu. Z innego zgłoszenia JP555110183A znany jest sposób oceny czasu zakończenia procesu żelowania przez pomiar przy pomocy indykatora pH mieszaniny.

Powyższe rozwiązania nie umożliwiają wykonania z jednego odwiertu poziomej bariery o rozmiarach większych niż jeden metr, a tym samym wymagają wykonania znacznej ilości odwiertów w celu wykonania bariery o większych rozmiarach. Wady tej nie posiada rozwiązanie proponowane w niniejszym wynalazku.

Celem wynalazku jest wytworzenie, konkurencyjnej ekonomicznie i ekologicznej, poziomej bariery nieprzepuszczalnej o znacznych rozmiarach w warstwach wodonośnych, korzystnie na poziomie lustra swobodnego wody w warstwie wodonośnej.

Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu według wynalazku, gdzie mniej przepuszczalną warstwę i bardziej przepuszczalną warstwę złoża wodonośnego, przewierca się przewodem wiertniczoiniekcyjnym, wyposażonym w system dysz dla cieczy iniekcyjnej i dla ditlenku węgla, przy czym przewód iniekcyjny umieszcza się tak, aby dysze cieczy iniekcyjnej korzystnie znalazły się na wysokości lustra wody podziemnej, a następnie w pierwszym etapie ze zbiornika cieczy iniekcyjnej, poprzez sysPL 227 191 B1 tem dysz dla tej cieczy, zatłacza się do bardziej przepuszczalnej warstwy złoża wodonośnego ciecz iniekcyjną, którą jest 3%-towy roztwór krzemianu sodu, korzystnie o module 1.33, z dodatkiem modyfikatora, korzystnie soli glinu Al⁺³. Jednocześnie przewodem iniekcyjnym, przez ten sam system dysz, ze zbiornika ditlenku węgla zatłacza się ditlenek węgla w proporcji objętościowej 2/3 ditlenku węgla do objętości cieczy iniekcyjnej, a zatłaczanie prowadzi się do czasu stwierdzenia wzrostu ciśnienia tłoczenia o 30% lub do zatłoczenia ustalonej objętości cieczy iniekcyjnej. Następnie w drugim etapie rozpoczyna się tłoczenie ditlenku węgla systemem dysz dla tego gazu i z takim wydatkiem objętościowym, aby nie doprowadzić do ciągłego kanałowego wypływu ditlenku węgla do powierzchni lustra wody podziemnej, następnie po czasie 30 minut przewód iniekcyjny opuszcza się na dół o ustaloną odległość i wznawia się tłoczenie cieczy iniekcyjnej dyszami dla tej cieczy, z wydatkiem o 10% większym od zastosowanego w etapie pierwszym, aż do zatłoczenia dwukrotnie większej objętości cieczy iniekcyjnej jak zatłoczono w etapie pierwszym. Następnie w etapie trzecim przewód iniekcyjny podnosi się o ustaloną odległość, ponad poziom stosowany w etapie drugim zatłaczania i wznawia się tłoczenie cieczy iniekcyjnej oraz ditlenku węgla, zwiększając ilość zatłoczonej cieczy o 100% w stosunku do etapu drugiego. Bariera izolacyjna wytwarzana jest na poziomie swobodnego lustra wody podziemnej lub poniżej, w wyniku mieszania się cieczy iniekcyjnej i ditlenku węgla, gdzie ciecz iniekcyjna i ditlenek węgla podawane są z jednego przewodu ale osobnymi dyszami, gdzie dysze ditlenku węgla umieszczone są korzystnie w odległości 1,5 metra poniżej dysz cieczy iniekcyjnej. Ditlenek węgla w drugim etapie procesu jest zatłaczany systemem pulsacyjnym, korzystnie jedna minuta tłoczenia na 4 minuty przerwy, z wydatkiem tłoczenia i czasem przerwy dostosowanym ściśle do właściwości filtracyjnych warstwy wodonośnej. Czynnik żelujący podawany jest od dołu do góry w celu wymieszania go z cieczą iniekcyjną. Wytworzenie bariery izolacyjnej polega na wypełnieniu przestrzeni porowej warstwy wodonośnej żelem, który powstaje w wyniku reakcji 3% wodnego roztworu szkła wodnego z ditlenkiem węgla (CO₂). Powstały żel mechanicznie uszczelnia pory warstwy wodonośnej powodując znaczny spadek przepuszczalności czyniąc warstwę, w znacznej objętości wypełnioną żelem, nieprzepuszczalną dla wody i gazu.

Przykład wykonania metody według wynalazku przedstawiono na rysunku, fig. 1, stanowiącym przekrój poprzeczny przez warstwy wodonośne i przez otwór iniekcyjny i opisano poniżej. Rozpoznana warstwa wodonośna składa się z dwu warstw 1 i 2 o różnej przepuszczalności, gdzie przepuszczalność warstwy 2 jest większa od przepuszczalności warstwy 1. Lustro 3 wody podziemnej znajduje się w warstwie 2. Przy pomocy urządzenia wiertniczego warstwy 1 i 2 zostały przewiercone wiertniczoiniekcyjnym przewodem 4 wyposażonym w systemy dysz 5 i 6. Przewód iniekcyjny umieszcza się tak, aby dysze 6 korzystnie znalazły się na wysokości lustra wody podziemnej. W etapie pierwszym, ze zbiornika 7 cieczy iniekcyjnej zatłacza się, do warstwy 2 ciecz iniekcyjną, którą jest 3% roztwór krzemianu sodu, korzystnie o module 1.33 z dodatkiem modyfikatora korzystnie soli glinu Al+³, poprzez system dysz 6 w przewodzie iniekcyjnym. Jednocześnie przewodem iniekcyjnym, przez ten sam system dysz 6, ze zbiornika 8 ditlenku węgla, zatłacza się ditlenek węgla w proporcji objętościowej ok. 2/3 ditlenku węgla do objętości cieczy iniekcyjnej. Zatłaczanie prowadzi się do stwierdzenia wzrostu c i₃ śnienia tłoczenia o ok. 30% lub zatłoczenia ok. 2 m³ cieczy iniekcyjnej. W etapie drugim rozpoczyna się tłoczenie ditlenku węgla przez system dysz 5 z takim wydatkiem objętościowym, aby nie doprowadzić do ciągłego kanałowego wypływu ditlenku węgla do powierzchni lustra wody podziemnej, co można osiągnąć zatłaczając ditlenek systemem pulsacyjnym korzystnie jedna minuta tłoczenia na ok. 4 minuty przerwy, gdzie zastosowany wydatek i czas przerwy jest ściśle zależny od właściwości filtracyjnych wodonośnej warstwy 2. Po czasie korzystnie około 30 min. przewód iniekcyjny opuszcza się na dół o około 0,5 metra i wznawia się tłoczenie cieczy iniekcyjnej systemem dysz 6, z wydatkiem o około 10% większym od zastosowanego uprzednio i zatłaczanie prowadzi się, aż do zatłoczenia dwukrotnie większej objętości cieczy iniekcyjnej jak zatłoczono w etapie pierwszym. W etapie trzecim przewód iniekcyjny podnosi się około jeden metr i wznawia się tłoczenie cieczy iniekcyjnej oraz ditlenku węgla zwiększając ilość zatłoczonej cieczy o ok. 100% w porównaniu do etapu drugiego. W wyniku kontaktu zatłoczonej cieczy iniekcyjnej z ditlenkiem węgla w warstwie wodonośnej powstanie nieprzepuszczalna, pozioma bariera.

Wynalazek może mieć na przykład zastosowanie w geoinżynierii, ochronie środowiska naturalnego, górnictwie węgla brunatnego, wydobyciu wód mineralnych i innych.

Claims (4)

1. Sposób wytwarzania poziomej bariery izolacyjnej w warstwie zawodnionej, na poziomie lustra swobodnego wody podziemnej, wykorzystujący zjawisko żelowania krzemianu sodu w kontakcie z ditlenkiem węgla, znamienny tym, że mniej przepuszczalną warstwę (1) i bardziej przepuszczalną warstwę (2) złoża wodonośnego, przewierca się wiertniczoiniekcyjnym przewodem (4), wyposażonym w systemy dysz (5) i (6), przy czym przewód iniekcyjny umieszcza się tak, aby dysze (6) korzystnie znalazły się na wysokości lustra (3) wody podziemnej, a następnie w pierwszym etapie ze zbiornika (7), poprzez system dysz (6), zatłacza się do bardziej przepuszczalnej warstwy (2), ciecz iniekcyjną, którą jest 3%-towy roztwór krzemianu sodu, korzystnie o module 1.33, z dodatkiem modyfikatora, korzystnie soli glinu Al+³ i jednocześnie przewodem iniekcyjnym, przez ten sam system dysz (6), ze zbiornika (8), zatłacza się ditlenek węgla w proporcji objętościowej 2/3 ditlenku węgla do objętości cieczy iniekcyjnej, a zatłaczanie prowadzi się do czasu stwierdzenia wzrostu ciśnienia tł oczenia o 30% lub do zatłoczenia ustalonej objętości cieczy iniekcyjnej, następnie w drugim etapie rozpoczyna się tłoczenie ditlenku węgla systemem dysz (5), z takim wydatkiem objętościowym, aby nie doprowadzić do ciągłego kanałowego wypływu ditlenku węgla do p owierzchni lustra (3) wody podziemnej, następnie po czasie 30 minut przewód iniekcyjny opuszcza się na dół o ustaloną odległość i wznawia się tłoczenie cieczy iniekcyjnej dyszami (6) z wydatkiem o 10% większym od zastosowanego w etapie pierwszym, aż do zatłoczenia dwukrotnie większej objętości cieczy iniekcyjnej jak zatłoczono w etapie pierwszym, następnie w etapie trzecim przewód iniekcyjny podnosi się o ustaloną odległość, ponad poziom stosowany w etapie drugim zatłaczania i wznawia się tłoczenie cieczy iniekcyjnej oraz ditlenku węgla, zwiększając ilość zatłoczonej cieczy o 100% w stosunku do etapu drugiego.

2. Sposób wytwarzania poziomej bariery izolacyjnej w warstwie zawodnionej, według zastrz. 1, znamienny tym, że bariera izolacyjna wytwarzana jest na poziomie swobodnego lustra (3) wody podziemnej lub poniżej, w wyniku mieszania się cieczy iniekcyjnej i ditlenku węgla, gdzie ciecz iniekcyjna i ditlenek węgla podawane są z jednego przewodu ale osobnymi dyszami, gdzie dysze (5) umieszczone są korzystnie w odległości 1,5 metra poniżej dysz (6).

3. Sposób wytwarzania poziomej bariery izolacyjnej w warstwie zawodnionej, według zastrz. 1, znamienny tym, że ditlenek węgla w drugim etapie procesu jest zatłaczany systemem pulsacyjnym, korzystnie jedna minuta tłoczenia na 4 minuty przerwy, z wydatkiem tłoczenia i czasem przerwy dostosowanym ściśle do właściwości filtracyjnych warstwy wodonośnej.

4. Sposób wytwarzania poziomej bariery izolacyjnej w warstwie zawodnionej, według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnik żelujący którym jest ditlenek węgla podawany jest od dołu do góry w celu wymieszania go z cieczą iniekcyjną.