Opublikowano: 20.X.1967 53966 KI. 5 c, 1/01 MKP E 21 d UKD 5/W Twórca wynalazku: mgr inz. Bohdan Zakiewicz Wlasciciel patentu: Przedsiebiorstwo Specjalistyczne Górnictwa Surow¬ ców Chemicznych „Hydrokop", Kraków (Polska) Sposób glebienia szybów w luznych warstwach wodonosnych Przedmiotem wynalazku jest sposób glebienia szybów w warstwach wodonosnych, kurzawko- wych.Dotychczasowe sposoby glebienia szybów w war¬ stwach wodonosnych i kurzawkowych polegaly glównie na opuszczaniu obudowy systemem keso¬ nowym, zamrazaniu lub odwadnianiu górotworu oraz na wierceniu otworów wielkosrednicowych i opuszczaniu obudowy do wykonanego otworu szybowego z powierzchni terenu.Sposoby te sa trudne do wykonania i wymagaja duzych i skomplikowanych urzadzen, które przy ciezkich warunkach górniczo-geologicznych, bar¬ dzo czesto ulegaja awariom. Ponadto sposobami tymi nie mozna wykonac szybów o srednicach wiekszych niz 5—6 m.Celem wynalazku jest sposób glebienia szybów W warstwach kurzawkowych i wodonosnych do glebokosci 400—500 m. Cel ten zostal osiagniety przez zastosowanie znanego sposobu wiertniczo — frezowego przy wykonywaniu glebokowcietych wykopów do glebienia szybów.Sposób glebienia szybów w warstwach wodonos¬ nych i kurzawkowych wedlug wynalazku, polega na uprzednim wykonaniu otworu wiertniczego do pel¬ nej, wymaganej glebokosci szybu w obrebie warstw wodonosnych i kurzawkowych.Przed rozpoczeciem wlasciwego wcinania szcze¬ liny, pod obudowa szybowa wykonuje sie jeden lub dwa koncentryczne, betonowe pierscienie pro- 10 15 30 wadnikowe do glebokosci 5—30 m od powierzchni terenu za pomoca tego samego sposobu, jakim wy¬ konywany bedzie szyb. Wewnatrz przestrzeni mie- dzypierscieniowej dopiero wykonuje sie obudowe szybowa.Zadaniem pierscieni prowadnikowych o grubosci scianek 0,5 — 0,75 m jest takze ochrona górnych partii gruntu przed osuwaniem, osypywaniem sie pod wplywem wstrzasów podczas pracy urzadze¬ nia. Ewentualny pierscien wewnetrzny jest wyko¬ nywany w trakcie wybierania gruntu wewnatrz obudowy, nastepnie zniszczony i usuniety. Piers¬ cien zewnetrzny stanowi dodatkowe wzmocnienie korony szybowej.Wewnatrz otworu umieszcza sie nastepnie prze¬ wód skrawajacy obciaznikowo^rurowo-ssacy i wy¬ konuje sie szczeline na calym obwodzie szybu, do pelnej glebokosci i grubosci (np. 0,5 — 1,5, m), nastepnie wypelnia sie ja ewentualnie betonem i uzbrojeniem w szczególnie trudnych warunkach* Przy wystepowaniu duzego parcia górotworu, lub w przypadku duzych doplywów, mozna na zewnatrz wykonanej luski sciennej wykonac na¬ stepna przylegajaca betonowa, betonowo — ilowa, lub ilowo — wodoszczelna. Laczna grubosc obu¬ dowy moze wynosic zatem, w zaleznosci od gle¬ bokosci szybu,, od 0,5 — 3,0 m dla dwusciennych lusek. Ilosc kolejno wykonywanych lusek nie jest ograniczona technicznie w procesie wcinania i wy¬ dobywania urobku na powierzchnie. Wykonuje sie 539663 53986 4 równoczesnie korygowanie pionowosci scian szczeliny.Dla przykladu mozna podac, ze przy glebokosci 400 m, grubosc luski obudowy 1 m, wydajnosc skra¬ wania wyniesie okolo 1 mb/27 godzin, czyli 400 m»/27 godz, W tym czasie przewodem skrawajacym nalezy wykonac okolo 800 ruchów/l mb pionowych posuwisto — zwrotnych, w celu skorygowania pionowosci szczeliny, okolo 16000 obrotów rotacyj¬ nych skrawajacych przewodu. W obiegu ssacym znajdzie sie okolo 5000 m8 pluczki wiertniczej, któ¬ ra wyniesie ze soba 400 m1 urobku. Urobek skra¬ wany przewodem jest zrzucany na dno wycinanej szczeliny, z której grunt wraz z zawiesina wodno- -ilowo-barytowa jest za pomoca przewodu obciaz- nikowo-rurowo-ssacego i podnosnika pneumatycz¬ nego wypompowywany na powierzchnie terenu.W trakcie wcinania, szczelina jest wypelniona stale cyrkulujaca ciezka pluczka wodno-ilowo-ba- rytowa, która stanowi obudowe hydrauliczna scian szczeliny, dzieki której mozliwe jest wycinanie szczeliny do tak znacznej glebokosci w gruntach kurzawkowych.Specjalnie spreparowana pluczka spelnia kilka istotnych funkcji, a to: umozliwia pompowanie ssa¬ ce materialu urobionego w sposób regularny, po¬ nadto uniemozliwia zbyt gwaltowne opadanie skra¬ wanego materialu na dno szczeliny, a takze tikso- tropowo utrzymuje go w stanie zawieszonym w przypadku zatrzymania procesu pompowania.Na skutek wywolywanego podcisnienia pluczki w stosunku do parcia wodno-gruntowego, pluczka powstrzymuje sciany szczeliny przed zawalem na zasadzie cisnienia hydrostatycznego, a takze dzieki wytwarzaniu sie na sciankach gruntowych filmu ilowego, sklejajacego ziarna gruntu i wzmacnia¬ jacego grunt, przy równoczesnym wzmagajacym sie hydraulicznym dzialaniu pluczki ha scianki grun¬ towe. \ Pluczka wywoluje powstanie ekranu wodoszczel¬ nego w warstwach gruboziarnistych, dobrze prze¬ puszczalnych, na skutek injekcyjnego wtlaczania sie do porów tych warstw, dzieki czemu dodatkowo uszczelniona zostaje przyszybowa strefa gruntu.Ciezar objetosciowy i wlasciwosci pluczki moga byc regulowane dowolnie, sposobami znanymi w wiert¬ nictwie, przy pomocy uszlachetniania jej chemicz¬ nymi dodatkami aktywizujacymi jak: NaCI, NaCO,, tyloza (karboksylmetyloceluloza), oraz dodatkowy¬ mi obciazajacymi jak: baryt (BaS04), hematyt, czy golena. Ciezar pluczki wymagany dla glebokosci 400 m wynosi 1,4 — 1,8 t/m». Pluczka winna za¬ chowac wlasnosci pompowalne. Pompowanie z du¬ zych glebokosci jest mozliwe tylko za pomoca pod¬ nosnika pneumatycznego.Pluczka po wypompowaniu jej wraz z urobkiem, jest odzyskiwana w hydrocyklonie do ponownego jej wtlaczania do szczeliny. W podnosniku pneu¬ matycznym powietrze jest tloczone rura zapowie¬ trzajaca od wnetrza przewodu podnosnikowego. Na skutek zapowietrzenia slupa cieczy w rurze pod¬ nosnikowej i zmiany jej ciezaru objetosciowego, dochodzi do wyplywu cieczy zaerowanej na zasa¬ dzie naczyn polaczonych. Podnosnikiem pneuma¬ tycznym mozna dosc dowolnie regulowac wydaj¬ nosc i predkosc ruchu pluczki.Pluczka utrzymywana jest w szczelinie, az do chwili, kiedy zostanie wyparta z niej przez beton B wtlaczanej rurami do szczeliny na jej dno. Po za¬ lozeniu zbrojenia w szczeline wykonuje sie beto¬ nowanie za pomoca rur opuszczanych, do dna szcze¬ liny i wypelnia szczeline betonem przy równoczes¬ nym podciaganiu ku górze nieprzerwanie zatopio¬ nych w plynnym betonie rur betonujacych.W trakcie betonowania dochodzi do samoczynnego podsadzania ewentualnych kawern gruntowych po¬ wstalych w trakcie wycinania, co najwazniejsze do¬ chodzi do zageszczania gruntu w sasiedztwie obu¬ dowy i wzajemnego, silnego ustabilizowania obu¬ dowy i górotworu pod wplywem cisnienia hydro¬ statycznego, plynnego w pierwszej fazie, betonu.Dla lepszego rozplywania sie betonu dodaje sie dodatki plastyfikujace. W sklad zespolu elementów zbrójenipwyeh wchodza niekiedy rurki zbrójenio- wo-injekcyjne, jakimi sciana betonowa jest dodat¬ kowo zbrojona. Zbrojenie zatapiane jest w wyko¬ pie wypelnionym pluczka.Stwierdzono badaniami, ze na skutek osadzania sie zawiesiny ilowej na zbrojeniu, zachodzi zmniej¬ szenie przyczepnosci betonu do stali gladkiej o 15% w pretach poziomych. Natomiast w pretach piono¬ wych, zmywanych podnoszaca sie od dolu ku gó¬ rze masa betonowa — przyczepnosc nie ulega zad¬ nym zmianom. W celu lepszego zapobiezenia utra¬ ty przyczepnosci w pretach poziomych, stosuje sie prety ze zgrubieniami, skrecane itp.Sposób wedlug wynalazku zawiera odmiane gle¬ bienia szybów. Odmiana ta polega nie nieciaglym, segmentowym wykonywaniu obudowy szybowej.Segmenty o dlugosci luku od 1/2 — 1/8 obwodu cy¬ lindra szybowego moga byc spajane ze soba za pomoca prowadników wykonanych z przeplowio- nych podluznie rur, lub za pomoca prowadników szynowych, a takze za pomoca stalowych trawer¬ sów blachownicowych, wykonanych jako profile dwuteowe.Elementy spojeniowe sa opuszczane z powierzch¬ ni terenu do wycietej szczeliny i ustawiane na jej dnie przez wcisniecie w dno pod wlasnym cieza¬ rem. W trakcie opuszczania segmenty musza byc zaopatrzone w odpowiednie prowadniki zabezpie¬ czajace przed niepozadanym wbijaniem sie ele¬ mentu w sciany szczeliny.Dodatkowo elementy spojeniowe moga byc za¬ opatrzone od strony segmentu betonowanego wczes¬ niej, w krawedzie gumowe, uniemozliwiajace prze¬ dostawanie sie plynnego betonu do nastepnego seg¬ mentu wcinanego.Sposób ten mozna równiez zastosowac do wyko¬ nanego szybu przy pomocy np. mrozenia, który za¬ lozony w warstwach kurzawkowych wymaga do¬ datkowego wzmocnienia, lub odizolowania od do¬ plywu wód. W tej odmianie mozna zastosowac wci¬ nanie, zarówno segmentowe jak i niekiedy ciagle.We wszystkich odmianach glebienia szybu moz¬ na wykonac obudowe szybowa jako podcisnienio¬ wa, lub wieloscienna przez kolejne wyciecie kon¬ centrycznych wykopów scianowych i betonowanie ich. W przypadku odmiany segmentowej, miejsca 15 20 25 30 •5 40 45 50 55 6053066 5 6 styku segmentów obu scian mijaja sie w celu uzys¬ kania lepszych wlasnosci wytrzymalosciowych scia¬ ny szybowej i zmniejszenia prawdopodobienstwa przecieków wody przez szczeliny stykowe.Sposób wedlug wynalazku jest umozliwiony za pomoca znanego ciezkiego urzadzenia wiertnicze¬ go, przeznaczonego pierwotnie do wiercenia studni i otworów badawczych, które wymaga nowego przystosowania do pracy przy wykonywaniu tego sposobu.Przystosowanie urzadzenia wiertniczego do wy¬ konywania szybów sposobem wedlug wynalazku, polega na wyposazeniu urzadzenia w siodlo nacze- powe z punktami obrotu urzadzenia wokól osi sio¬ dla, umieszczonego w centrum przyszlego szybu, przez co umozliwione jest skrawanie na obwodzie kola, zakreslonego przez stól obrotowy, poruszaja¬ cego sie wokól osi siodla urzadzenia.Nastepnie przystosowanie polega na zmianie urzadzen pompowych tlocznych na podnosniki pneumatyczno-ssace, które umozliwiaja wydobycie urobku z duzych 400 — 500 m glebokosci, mecha¬ nizm do pionowego, posuwisto-zwrotnego ruchu przewodu obciaznikowo-rurowo-ssacego.Maszt wyciagowy urzadzenia jest wzmocniony i zaopatrzony w prowadniki przewodu obciazniko¬ wo-rurowo-ssacego, oraz w odciagi i podpory prze¬ ciwstawiajace sie dzialaniu sil wychylajacych maszt z pionu w trakcie przesuwnego ruchu urza¬ dzenia.Cale urzadzenie jest osadzone na platformie jez¬ dnej, wyposazonej w kola kolejowe i poruszaja¬ cej sie po szynach, oraz zaopatrzone w mechanizm przesuwania urzadzenia po szynach lub obrotu, zsynchronizowany z postepem wcinania i wynosze¬ nia urobku na powierzchnie.Przystosowania wymaga równiez mechanizm na¬ pedu stolu rotacyjnego oraz sam stól rotacyjny.Przystosowanie to polega na zaopatrzeniu zespolu napedowego i stolu w mechanizmy zabezpieczaja¬ ce stól przed dzialaniem sil wyboczeniowych prze¬ noszonych na stól, za pomoca przewodu skrawaja¬ cego.Istotnym elementem stosowanym przy sposobie wedlug wynalazku, jest przewód skrawajacy ob- ciaznikowo-rurowo-ssacy, oraz funkcja jego w pro¬ cesie skrawania. Przewód sklada sie ze skreconych ze soba wiertniczych zerdzi obciaznikowych, zaopa¬ trzonych na. zewnatrz w wymienne noze skrawajace przeznaczone do skrawania gruntu glównie pod naciskiem pianowym przewodu. Pionowosc skra¬ wania w trakcie wykonywanych posuwisto-zwrot¬ nych i rotacyjnych ruchów przewodu zapewniana jest dzieki sile ciezkosci z jaka przewód dziala na grunt.Ciezar uzbrojonego przewodu przy glebokosci wcinania 400 m przewaznie wynosic winien nie mniej niz 25 — 35 t. Ciezar przewodu jest tak od¬ powiednio dobrany do warunków gruntowych i glebokosci skrawania, aby w trakcie skrawaja¬ cego, skierowanego w dól pionowego ruchu prze¬ wodu, sily potrzebne byly mniejsze od sily ciaze¬ nia przewodu. Tym, miedzy innymi, rózni sie za¬ sadniczo sposób wedlug wynalazku od znanego sposobu wykonywania wykopów w gruntach do glebokosci 30 m metoda wiertniczo-frezowa.Urzadzenie w sposobie wedlug wynalazku jest okolo 10-krotnie lzejsze od najlzejszego urzadzenia wiertniczego przeznaczonego do wiercenia szybów o srednicy od 3 — 5 m, pozwala na wykonanie szybu wedlug wynalazku o dowolnej srednicy, do¬ wolnej grubosci obudowy, do glebokosci 400 — 500 m. Urzadzenie w trakcie wycinania szczeliny jest przesuwane na podwoziu po torach kolejo¬ wych. Urzadzenie moze byc umieszczone wewnatrz obrysu tarczy szybowej i obracac sie wokól jakie¬ gos punktu obrotowego, znajdujacego sie w srod¬ ku szybu, przy wysunietym na zewnatrz stole ro¬ tacyjnym urzadzenia, przemieszczajacym sie wraz z przednia czescia urzadzenia po obrysie obwodu obudowy szybowej.Mozliwe jest takze przesuwanie urzadzenia na podwoziu skretnym w osi obrysu obwodu obudowy szybowej, czy tez przy osiowym ustawieniu po promieniu tarczy szybowej z przesunieciem urza¬ dzenia na zewnatrz obwodu obudowy.W kazdym z wymienionych schematów ustawie¬ nia roboczego urzadzenia, nalezy wyposazyc je w siodlo obrotowe umieszczone bezposrednio w urzadzeniu, lub na ramie wysiegnikowej, z punk¬ tem obrotu w uzbrojonym odpowiednio srodku szybu w celu zapewnienia idealnego obrysu cylin¬ dra szybowego.Po wykonaniu szczeliny mozna do niej wprowa¬ dzic wience zbrojeniowe wraz z rurkami do póz¬ niejszej cementacji fortyfikacyjno-injekcyjnej, dla zwiazania obudowy betonowej z podlozem skalnym, ra którym ta obudowa spocznie. Zabiegi uszczel¬ niajace wykonywane wedlug znanych zasad, pole¬ gaja na wierceniu otworów cemestacyjnych poprzez obudowe, prostopadle do scian tej obudowy, a na¬ stepnie wykonaniu injekcji cisnieniowych substan¬ cjami wiazacymi, lub uszczelniajacymi, za obudo¬ wa.W sposobie wedlug wynalazku cementacja wy¬ mienionego wyzej typu jest niepotrzebna, a ce¬ mentacja pionowa fortyfikacyjna wykonana bez¬ posrednio wzdluz tworzacej cylindra scianowego stanowi nowosc w górnictwie szybowym.Poza duzymi korzysciami ekonomicznymi, wyni¬ kajacymi ze stosowania wynalazku, reprezentuje on szereg korzysci technicznych niemozliwych do osiagniecia dotychczas znanymi metodami. Jedna ^-~ z podstawowych korzysci jest umozliwienie wy¬ konania obudowy szybowej w warstwach wodonos¬ nych, kurzawkowych z powierzchni terenu, bez po¬ trzeby narazania zycia górników na niebezpieczen¬ stwo wdarcia sie kurzawek w trakcie glebienia szy¬ bów metoda tradycyjna.Nastepna korzyscia jest wykonanie szczelnej obu¬ dowy z równoczesnym ustabilizowaniem sie w gó¬ rotworze, który w trakcie betonowania ulega za¬ geszczeniu wokól szybu.Obudowa wykonana sposobem wedlug wynalaz¬ ku gwarantuje bezpieczna i dluga prace szybu bez koniecznosci stosowania wtórnych zabiegów uszczelniajacych, stabilizujacych, cementacji i.t.p.Sposób wedlug wynalazku umozliwia wykonanie obudowy szybowej o dowolnej srednicy bez zmia- 10 15 20 25 80 85 40 45 50 55 6053966 7 8 ny mocy urzadzen mechanicznych potrzebnych do wycinania wkopu scianowego. W wyniku zastoso¬ wania wynalazku uzyskuje sie olbrzymia oszczed¬ nosc stali tubingowej, olowiu szczelinowego, mocy i robocizny warsztatowej, energii, transportu, me¬ chanizmów i rur mrozeniowych, urzadzen wiert¬ niczych i wiertnicza cementacyjnych.Dzieki wynalazkowi mozliwe stalo sie skrócenie czasu wykonania szybu o 1/4 czasu potrzebnego do wykonania szybu sposobami tradycyjnymi.Sposób wedlug wynalazku umozliwia wykonanie szybów o srednicy nie osiaganej dotychczas znany¬ mi sposobami oraz w warunkach wystepowania wód slonych, które uniemozliwialy zamrozenie plynnych kurzawek. Z tych powodów sposób we¬ dlug wynalazku i urzadzenie do stosowania tego sposobu, stanowia nowosc w stosunku do znanych metod wykonywania obudowy szybowej.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przy¬ kladzie, przedstawianym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z góry i przekrój piano¬ wy przez górotwór, w którym wykonywany jest SZyfr-p0d oslona--cylindrycznej - betonowej sciany— stanowiacej ekran wodoszczelny 10, przy pomocy przewodu_,wiertriczo-frezcwego 3, zaopatrzonego w lopatki i noze skrawajace 4, a wprawianego w ruch. obrotowy mechanizmem obrotowym, tzw. „stolem obrotowym" 2, urzadzenia wiertniczego 1.Urzadzenie 1 przesuwane jest po pasach szyn 17 po obwodzie wykonywanej sciany szybowej.Wykop w trakcie wcirania chroniony jest plucz¬ ka 5. Material skrawany jest pompowany wraz z pluczka przewodem rurowym 3 zgodnie z kierun¬ kiem przeplywu pokazanym strzalka 9, a przewo¬ dem 6 zrzucany do odstojnika 7." W odstojniku 7 urobek jest sedymentowar.y, a plucz!;a kanalem 8 powraca do wkopu.Strzalka 12 pokazano kierunek wtlaczania mleka cementowego do rurek 11, które sa wbetonowane w sciane 10. Przy pomocy i^jekcji cementowej otrzymuje sie spojenie sciany 10 z podlozem skal¬ nym 20. .Na zewnatrz ekranu betonowego' zalozona jest warstwa folii uszczelniajacej 13, która moze byc zastapiona takze druga warstwa betonu lub sciany ilowej.Linia przerywana pokazano zarys ewentualnej wyrównujacej obudowy szybowej 14. Pomiedz*' ewentualna wyrównujaca obudowa 14 i obudowa wlasciwa 10, umieszcza sie warstwe asfaltu 15.Otwór studzienny 16 sluzy do odwodnienia warstw zamknietych wewnatrz ekranu betonowego.Strzalka 18 pokazano kierunek wcinania, a 19 oznaczono prowadniki zamkowe, wykonywane w odmianie segmentowej ekranu. Prowadniki J9 mo¬ ga byc wykonane albo z przepolowionych rur, albo z zelaza ksztaltowego z wymodelowanym zamkiem slizgowym. PL