i1 OpubHk0OTUM dnl» n wrnlnla Un c \ i POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 44984 5d n*{/4 Kl, fi d, 18 Przedsiebiorstwo Budowg Kopaln Surowców Chemicznych #) Warszawa, Polska Sposób powstrzymania doplywu wód podziemnych do wyrobisk górniczych i urzadzenie do stosowania tego sposobu Patent trwa od dnia 16 stycznia 1961 r.Przedmiotem wynalazku jest sposób pow¬ strzymywania doplywu wody do wyrobisk gór¬ niczych, za pomoca powietrza wtlaczanego do warstwy wodonosnej, w duzej ilosci i pod cisnieniem przewyzszajacym przez caly czas tloczenia cisnienie hydrostatyczne i hydrody¬ namiczne wód podziemnych. Wtlaczane powie¬ trze, po wypelnieniu porów gruntu i wypchnie¬ ciu z porów wody, doplywa w sposób ciagly, dynamiczny, do wyrobiska górniczego, unie¬ mozliwiajac tym samym doplyw wody do te¬ go wyrobiska.Ubytek powietrza w warstwie powietrzonos- nej musi byc uzupelniany przez ciagle wtla¬ czanie takiej ilosci powietrza, jaka przefiltruje do wyrobiska górniczego. Ilosci tloczonego po- powietrza sa zawsze wielokrotnie wieksze od ilosci wody jaka doplywalaby do wyrobiska w zwyklych warunkach.*) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest mgr inz. Bohdan Zakiewicz.Aby mozna bylo skutecznie dla powstrzyma* nia doplywu wody wtlaczac powietrze do war¬ stwy wodonosnej trzeba, aby w obrebie stre¬ fy, w której nastepuje wtlaczanie powietrza, wartstwa wodonosna byla od stropu izolowa¬ na warstwa nieprzepuszczalna.Urzadzeniem do wtlaczania powietrza do war¬ stwy wodonosnej jest zespól otworów wierV niczo-iniekcyjnych, rozmieszczonych w linii, w które to otwory wtlacza sie powietrze. Otwo¬ ry sa wykonane w ten sposób, ze po ich wy¬ wierceniu sa one ochronione przed zasypaniem oslonowym rurkami stalowymi lub z innego tworzywa, które sa na zewnatrz uszczelnione np. przycementowane w warstwie nieprze¬ puszczalnej, zalegajacej nad warstwa wodo¬ nosna. W warstwie wodonosnej, rurki oslono¬ we posiadaja perforowane scianki przez które wydostaje sie powietrze, tloczone do warstwy wodonosnej.Znane sposoby przetlaczania wody w grun¬ cie sprezonym powietrzem polegaja albo na wy-twarzaniu* w warstwie wodonosnej zwiekszo¬ nego cisnienia porowego, w celu zwiekszenia doplywu wody do studzien, albo na wypelnie¬ niu powietrzem sprezonym kawerny lub szcze¬ liny, w która nastepnie wtlacza sie medium, uszczelniajace, czy cementujace.Róznica pomiedzy znanymi sposobami prze¬ tlaczania wody w gruncie powietrzem a spo¬ sobem wedlug wynalazku polega przede wszy¬ stkim na wprowadzeniu powietrza w ciagly obieg filtracyjny i zastapieniu stalego doplywu wody z warstwy wodonosnej do wyrobiska sta¬ lym doplywem powietrza, doplywajacym z otwo¬ ru otaczajacych dane wyrobisko.Nastepnie róznica ta polega na kilku kolej¬ nych fazach wtlaczania powietrza, które to fa¬ zy w sumie stwarzaja warumd dla skuteczne¬ go i ekonomicznego pokonania doplywu wody do wyrobiska.Nastepnie róznica ta polega na wytwarza¬ niu chemicznego ekranu wodoszczelnego, jako produktu reakcji skladników powietrza ze skladnikami chemicznymi wody, glównie z siar¬ kowodorem.Sposób powstrzymania doplywu wód pod¬ ziemnych do wyrobisk górniczych i urzadze¬ nie do stosowania tego sposobu stanowi zatem nowosc w stosunku do tych znanych dotych¬ czas sposobów przetlaczania wód podziemnych.W procesie powstrzymywania doplywu wód wedlug wynalazku wystepuje kilka kolejnych faz wtlaczania powietrza do warstwy wodonos¬ nej, zaleznych od warunków hydrogeologicz¬ nych danego rejonu i etapów odbudowy gór¬ niczej Zasadniczo wyróznia se dwie odrebne fazy wtlaczania powietrza i wytwarzania na tej dro¬ dze ekranu wodoszczelnego.W pierwszej fazie wtlacza sie powietrze w otwory tloczne, rozmieszczone w ten spo¬ sób w rejonie przyszlego wyrobiska, aby wtla¬ czanym powietrzem wycisnac z porów gruntu wode na zewnatrz strefy, w której wykona¬ ne bedze nastepnie wyrobisko górnicze. W tej fazie ubytki powietrza sa niewielkie i tloczo¬ na ilosc powietrza winna wypelnic pory po wodzie.Zapowietrzona w ten sposób partia wodo¬ nosna gruntów pozwala na wykonanie wy¬ robiska górniczego w warunkach szczelnych — bezwodnych. Dla wykonania tego wyrobis¬ ka nie trzeba odwadniac i pompowac wód sta¬ tycznych, znajdujacych sie w porach gruntu w obrebie strefy wyrobiska górniczego.W drugiej fazie — po wykonaniu wyrobis¬ ka — powietrze wtlacza sie w otwory tloczone zalozone w ten sposób, aby wtlaczane w nie powietrze moglo powstrzymac doplyw wód pod¬ ziemnych do wyrobiska. Najczesciej otwory tlo¬ czne zaklada sie w liniach, otaczajacych pole wyrobiska.W tej fazie tloczenia powietrza ubytki po¬ wietrza sa duze, Powietrze przefiltrowuje do wyrobiska prawie w tej samej ilosci, jaka wtlacza sie do otworów tlocznych.Trzecia i nastepne fazy tloczenia powietrza uzaleznione sa od wystepowania w wodach pod¬ ziemnych skladników chemicznych, jak np. siarkowodoru, które moga wchodzic w reak¬ cje chemiczna ze skladnikami powietrza.Wprowadzenie tych nowych faz tloczenia po¬ wietrza jest celowym wywolywaniem i inten¬ syfikowaniem reakcji chemicznych, w wyniku dzialania których dochodzi do wytracania sie stalych zwiazków chemicznych, czy np. czystej siarki, uszczelniajacych pory gruntu.Tloczenie powietrza w tych fazach polega na okresowym przerywanym tloczeniu powietrza, Umozliwiajacym dwukierunkowe oscylacje od¬ pychanej sciany wodnej w okreslonej partii warstwy wodonosnej. W ten sposób wytracane produkty reakcji skladników powietrza i sklad¬ ników chemicznych wody podziemnej osadza¬ ja sie w porach gruntu w przedziale oscylacji sciany wodnej, powodujac stopniowe uszczel¬ nianie srodowiska drobnóporowatego.Sposób powstrzymania doplywu wód pod¬ ziemnych wedlug wynalazku znajduje zasto¬ sowanie przede wszystkim dla srodowiska wodonosnego w utworach takich, jak drobno¬ ziarniste piaski, piaski pylaste, pyly itp. grun¬ ty slabo-przepuszczalne, w których metody uszczelniania przy pomocy roztworów cemen¬ towych, ilowych czy chemicznych zawodza lub sa nieekonomiczne.Sposób wedlug wynalazku znajduje szczegól¬ ne zastosowanie w srodowisku wód silnie mi- neralizowanych, zwlaszcza w przypadku wy¬ stepowania w nich znacznych ilosci siarkowo¬ doru.Ponadto sposób wedlug wynalazku umozliwia ochrone cieków powierzchniowych przed za¬ nieczyszczaniem ich zmineralizowanymi woda¬ mi kopalnianymi lub tez umozliwia on unik¬ niecie koniecznosci budowy i eksploatacji kosz¬ townych oczyszczalni wód kopalnianych. W sro¬ dowisku wód z duza zawartoscia siarkowodo¬ ru sposób ten umozliwia skuteczna ochrone zdrowia górników.Sposób powstrzymywania doplywu wód pod-ziemnych do wyrobisk górniczych i urzadzenie do stosowania tego sposobu sa uwidocznione schematycznie na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia przekrój hydrogeologiczny, oraz prze¬ krój podluzny przez jeden z otworów tlocz¬ nych, zalozonych w linii otworów tlocznych, a fig. 2— przekrój poprzeczny przez wyrobis¬ ko górnicze w postaci odkrywki. Fig. 1 przed¬ stawia pierwsza faze sposobu powstrzymania doplywu wód podziemnych w sterfie wodo¬ nosnej, w obrebie której ma byc wykonane wyrobisko górnicze.W tej pierwszej fazie wykonuje sie w okres¬ lonych odstepach otwory wiertnicze, w które osadza sie rury tloczne, skladajace sie z gór¬ nej szczelnej czesci 2 np. betonowej i dolnej perforowanej czesci 5. Rury tloczne zalozone w linii otworów sa polaczone ze soba rurocia¬ giem 1, którym doprowadza sie sprezone po¬ wietrze, wypychane do warstwy wodonosnej przez perferowana czesc 5 kazdego otworu tlo¬ cznego do strefy 7.Czesc 2 rury tlocznej w postaci koszulki be¬ tonowej lub asfaltowej, uszczelnia przestrzen miedzy rura tloczna a warstwa ilów 6, nie¬ przepuszczalna dla wody i powietrza.W strefie 7 przepycha sie sciane wodna w kie¬ runku peryferycznym w stosunku do przysz¬ lego wyrobiska górniczego.W przypadku stalego dzialania cisnienia po¬ wietrza wtlaczanego jest to strefa zmienna w czasie i stale powiekszajaca sie. W przypadku wytworzenia ekranu wodoszczelnego, w drodze wytracania produktów reakcji chemicznych, mo¬ ze to byc strefa, w której wywoluje sie dwu¬ stronna oscylacje sciany wodnej w przedziale 8.Przekrój poprzeczny przez wyrobisko gór¬ nicze wedlug fig. 2 przedstawia druga faze tlo¬ czenia powietrza,v w której przefiltrowuje ono w sposób ciagly od otworów tlocznych 5 przez strefe filtracyjna powietrza 7 do dna 8 wyro¬ biska. Dno 8 wyrobiska jest w tym przypadku strefa wyplywu powietrza, powstrzymujacego doplyw wody do wyrobiska. Odpychana spre¬ zonym powietrzem woda zalega strefe 9 so¬ czewki wód wglebnych, jako pozostalosci bez¬ odplywowej wód przetlaczanych poza obreb wykopu, oraz przemieszcza sie w glab warstwy wodonosnej w strefie 10.W przypadku wytwarzania ekranu wodo¬ szczelnego, chemicznego strefa 10 moze byc strefa dwustronnej oscylacji sciany wodnej w przedziale 11.Kolektor drenazowy 12 jest nalozony w wo¬ donosnej warstwie nakladowej nieuszczelnionej od stropu, która w przypadku wytwarzania ekranu pneumatycznego wedlug wynalazku win¬ na byc odwodniona metodami innymi, niezalez¬ nymi od sposobu wtlaczania powietrza do war¬ stwy uszczelnionej od stropu.Na fig. 1 i 2 przerywana linia 3 jest ozna¬ czony wykres cisnienia pneumatycznego w po¬ rach gruntu, jakie wypelnilo pory gruntu w strefie 7, a wywolane zostalo tloczeniem po¬ wietrza do warstwy wodonosnej.Linia pelna 4 oznacza wykres cisnienia hydro¬ dynamicznego w strefie gruntu, którego pory sa wypelnione woda, pod cisnieniem pochodzacym od cisnienia powietrza wtlaczanego do gruntu. PL