PL66258B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 30.X.1972 66258 KI. 5a,43/28 MKP E21b 43/28 Wspóltwórcy wynalazku: Jan Czarnik, Jan Staszkiewicz, Zbigniew Szczepanski Wlasciciel patentu: Przedsiebiorstwo Specjalistyczne Górnictwa Surow¬ ców Chemicznych „Hydrokop", Kraków (Polska) Sposób eksploatacji otworowej plytko zalegajacych pokladowych zlóz siarki Przedmiotem wynalazku jest sposób eksploata¬ cji otworowej plytko zalegajacych pokladowych zlóz siarki.Znane dotychczas sposoby eksploatacji zlóz siar¬ ki polegaja albo na odkrywkowym wydobywaniu rudy siarkowej, lub wydobywaniu siarki na po¬ wierzchnie przy pomocy otworów wiertniczych, po uprzednim stopieniu jej goraca woda tloczona do zloza pod cisnieniem 7—8 atn i o temperaturze 150°—160°C.Sposób odkrywkowej eksploatacji pozwala na stosunkowo wysokie wykorzystanie zloza, przy czym maja miejsce jednak dosc znaczne straty siarki, zwiazane z pozostawaniem w wyrobisku niewyeksploatowanych partii zloza w obrebie bocz¬ nych pólek odkrywki, platów serii rudnej w jej spagowych zaglebieniach itp. Ponadto pewna czesc siarki nie zostaje oddzielona od skaly plonej w procesie flotacji.Przy wiekszych miazszosciach skal nadkladowych, wynoszacych ponad okolo 100 m, sposób odkryw¬ kowej eksploatacji zlóz siarki staje sie nieopla¬ calny. Otworowa eksploatacja pozwala na wydo¬ bywanie siarki bez usuwania nadkladu i bez ko¬ niecznosci poddawania jej dlugotrwalej, kosztow¬ nej przeróbce. Jest to znacznie tanszy sposób eks¬ ploatacji niz metoda odkrywkowa.Istnieja pewne zloza, lub partie zlóz, które mi¬ mo iz leza stosunkowo plytko, jednak dotychczas 2 nie mogly byc eksploatowane ani sposobem od¬ krywkowym, ani otworowym.Do nich przede wszystkim naleza plytko zale¬ gajace male zloza siarki, które nie oplaca sie eks- 5 ploatowac metoda odkrywkowa, z uwagi na zbyt duze koszty budowy zakladów przeróbczych w stosunku do malych zasobów, lub zbyt duze koszty transportu rudy do innych zakladów. Nie mozna równiez eksploatowac odkrywkowo dosc duzych 10 plytkich zlóz, polozonych w obrebie cieków i zbior¬ ników wód powierzchniowych oraz w ich sasiedz¬ twie.We wszystkich wymienionych i podobnych przypadkach dotychczas nie mozna bylo równiez 15 stosowac eksploatacji otworowej. Wiaze sie to z przyjetym podstawowym kryterium eksploatacji otworowej polegajacym na tym, ze cisnienie tlo¬ czonej do otworów goracej wody, wynoszace okolo 8 atn, musi byc równowazone cisnieniem skal 20 nadkladowych. W przeciwnym bowiem przypadku nastapiloby zniszczenie izolacji nadkladowej i prze¬ darcie sie goracej wody na powierzchnie terenu, uniemozliwiajace dalsza eksploatacje. Minimalna miazszosc nadkladu dla eksploatacji otworowej 25 . przyjmuje sie dotychczas w wysokosci 75 m. Zloza nie spelniajace warunków tego kryterium, posia¬ dajace zbyt male miazszosci nadkladu, uznawa¬ ne sa jako nienadajace sie do eksploatacji sposo¬ bem otworowym. so Warunkiem prowadzenia eksploatacji otworowej 6625866258 3 15 20 25 siarki jest utrzymanie odpowiedniego cisnienia wód zarówno w otworach eksploatacyjnych jak i w zlozu. Istotne znaczenie dla utrzymania odpowied¬ niego cisnienia wód w zlozu posiada odprowadza¬ nie nadmiaru wód zlozowych. 5 Odprowadzanie wód ze zloza nastepuje w dwo¬ jaki sposób: albo poprzez pompowanie wód na przedpolu eksploatacji z tzw. otworów depresyj¬ nych, co jest korzystne ze wzgledu na wstepne wygrzewanie zloza; albo przez ujmowanie wód wy- 10 plywajacych z tzw. otworów odprezajacych.Sposoby te nie umozliwiaja jednak eksploatacji plytko zalegajacych zlóz siarki, bowiem nie obni¬ zaja w sposób jednolity cisnienia wód w zlozu, w calym rejonie eksploatacji, powodujac niebez¬ pieczenstwo przedarcia sie goracych wód na po¬ wierzchnie terenu.Celem wynalazku jest umozliwienie eksploatacji otworowej plytko zalegajacych zlóz siarki, pod nieduzym nadkladem skal. Przy tym bezpieczna miazszosc nadkladu ma byc znacznie nizsza od przyjmowanej obecnie. Cel ten osiagnieto poprzez regulowane obnizanie cisnienia wód w zlozu, w obrebie calego rejonu eksploatacji.Zadanie techniczne polega na stworzeniu takich warunków w zlozu i w otworach eksploatacyjnych, aby nie moglo nastapic przedarcie sie goracych wód poprzez nadklad na powierzchnie terenu.Zadanie to zostalo rozwiazane przez sztuczne ob¬ nizenie cisnienia wód, zarówno wokól rejonu eks¬ ploatacji, jak i bezposrednio przy samych otwo¬ rach eksploatacyjnych.W celu zapobiegania nadmiernemu poziomemu i pionowemu rozwojowi stozka represji, wprowa- 35 dza sie wokól otworów eksploatacyjnych bariere otworów obnizajacych poziom piezometryczny wód zlozowych, tzw. bariere przeciwcisnieniowa. Otwo¬ ry te dowiercone sa do spagu zloza i spelniaja role otworów pompowych. Pompowanie wody z tych 40 otworów odbywa sie przy pomocy pomp glebino¬ wych, albo odsrodkowych, lub innych pomp.Bariera przeciwcisnieniowa spelnia podobna role jak bariera otworów odwadniajacych wodonosne poziomy cisnieniowe przy eksploatacji odkrywko- 45 wej. Róznica polega na tym, ze w omawianym przypadku wywoluje sie tylko nieduza depresje, dostosowana do konkretnych warunków zloza, tak aby dynamiczny poziom wód zlozowych w prze¬ wazajacej czesci rejonu eksploatacji nie przekra- 50 czal powierzchni terenu.Bariera przeciwcisnieniowa otacza otwory eks¬ ploatacyjne ze wszystkich stron, poza frontem eksploatacji, gdzie wody zlozowe odprowadzane sa wedlug znanego sposobu do otworów depresyj- 55 nych, wywolujacych ukierunkowany przeplyw na przedpolu eksploatacji. Otwory depresyjne wg zna¬ nych i stosowanych sposobów oddalone sa od eks¬ ploatacyjnych okolo 150—200 m, natomiast otwory bariery przeciwcisnieniowej znajduja sie w odle- 60 glosci okolo dwukrotnie wiekszej. Odleglosci mie¬ dzy otworami przeciwcisnieniowymi i eksploata¬ cyjnymi sa tak dobrane, aby najwieksze spadki hydrauliczne wystepowaly na przedpolu eksploata¬ cji, umozliwiajac utrzymanie dotychczasowej roli 65 otworów depresyjnych, zapewniajacej wstepne wy¬ grzewanie zloza.Dotychczas przyjmuje sie, ze ilosc wód odprowa¬ dzanych ze zloza, w stosunku do ilosci wód wtla¬ czanych, powinna byc taka aby zapobiegala nad¬ miernemu rozwojowi stozka represji.Przy stosowaniu sposobu wedlug wynalazku do¬ datkowo pompuje sie pewna, nieduza ilosc wód, czego wymaga utrzymanie stalej kilkumetrowej depresji, wytwarzanej przez otwory bariery prze¬ ciwcisnieniowej.W ukladzie otworów wedlug wynalazku, na dy¬ namiczne zwierciadlo wód zlozowych wywolane praca bariery przeciwcisnieniowej i otworami depre¬ syjnymi, naklada sie stozek represji spowodowany wtlaczaniem wody technologicznej do otworów eks¬ ploatacyjnych. Stozek ten nie ma mozliwosci roz¬ woju poziomego, gdyz znajduje sie wewnatrz sys¬ temu otaczajacych go otworów depresyjnych. Za¬ razem eliminowana jest równiez mozliwosc piono¬ wego wzrostu stozka represji. W ten sposób stozek represji w rejonie eksploatacji utrzymywany, jest ponizej powierzchni terenu, lub w niewielkim stop¬ niu wychodzi ponad te powierzchnie. Dzieki temu w rejonie eksploatacji niweluje sie mozliwosc wy¬ parcia skal nadkladowych cisnieniem wód zlozo¬ wych, mimo malej miazszosci nadkladu.Otwory przeciwcisnieniowe rozmieszcza sie wzdluz boków i na zapleczu eksploatacji, w od¬ stepach dostosowanych do warunków hydrogeolo¬ gicznych zloza.W obrebie stozka represji obejmujacego caly re¬ jon eksploatacji, w najblizszym sasiedztwie otwo¬ rów eksploatacyjnych tworza sie lokalne osrodki najwyzszych cisnien wód w zlozu. W osrodkach tych istnieje szczególne niebezpieczenstwo przedar¬ cia sie wód w strefach przyotworowych na po¬ wierzchnie terenu.W celu obnizenia nadmiernego cisnienia wód w strefach przyotworowych, zastosowano odpowiednie dozowanie ilosci wód wtlaczanych, tak aby ilosc ta byla zawsze mniejsza od maksymalnej chlonnosci zloza, przez co uzyskuje sie wokól otworów mniej¬ sze cisnienie niz w rurociagu doprowadzajacym wode z zakladu grzewczego. Ilosci tloczonych wód do otworów sa tak regulowane, aby cisnienie wód w zlozu nie spowodowalo na zewnatrz otworu izo¬ lacji nadkladowej.Spadek cisnienia wód w otworach móglby do¬ prowadzic do niekorzystnego rozprezania sie go¬ racej wody i przechodzenia jej w pare, jednak zjawisku temu zapobiega sie przez regulowanie znanym sposobem cisnienia wód w otworach, droga zwiekszania oporów przeplywu wód wewnatrz otworów.W stosunku do gleboko zalegajacych zlóz siar¬ ki, przy eksploatacji otworowej plytkich zlóz za¬ chodzi koniecznosc zmniejszenia cisnienia wód w obrebie stozka represji. Wynika stad równiez ko¬ niecznosc proporcjonalnego zmniejszenia tempera¬ tury wtlaczanych wód (do okolo 140°—150°C), w celu przeciwdzialania rozprezaniu sie goracych wód w samym zlozu.Poprzez wprowadzenie bariery przeciwcisnienio¬ wej, odpowiedniej regulacji ilosci i cisnienia wtla¬ czanych wód do zloza oraz obnizenie temperatury5 6625S 6 wody technologicznej, uzyskano mozliwosc eks¬ ploatowania otworowego zlóz siarki znajdujacych sie pod nadkladem ilastym o miazszosci powyzej 30 m, to jest okolo 2,5-krotnie mniejszym od przyj¬ mowanego dotychczas.W przypadku wystepowania innego nadkladu wodoszczelnego, o wyzszych wlasnosciach wytrzy¬ malosciowych, bezpieczna miazszosc tego nadkladu moze byc jeszcze mniejsza. Róznica pomiedzy zna¬ nym sposobem otworowej eksploatacji gleboko za¬ legajacych zlóz siarki i sposobem wedlug wyna¬ lazku polega na tym, ze sposób ten umozliwia eks¬ ploatacje plytkich zlóz, co dotychczas nie bylo znane i stosowane.Przez obnizenie cisnienia piezometrycznego wód zlozowych wokól rejonu eksploatacji, wyelimino¬ wano mozliwosc poziomej rozbudowy stozka re¬ presji i osiagnieto ograniczenie jego wzrostu pio¬ nowego. W ten sposób zapobiega sie naruszeniu równowagi miedzy cisnieniem mas nadkladowych i cisnieniem wód w szerokim rejonie eksploatacji.Przez obnizenie cisnienia wód w bezposrednim sasiedztwie otworów eksploatacyjnych, na drodze dostosowania ilosci wtlaczanych wód do chlonnosci zloza przy równoczesnym zabezpieczeniu otworów przed rozprezaniem sie goracej wody, osiagnieto zmniejszenie cisnienia wód w zlozu przy otworach, eliminujac mozliwosc przedarcia sie wód w tych strefach. Przez odpowiednie obnizenie temperatury wody technologicznej zapobiega sie mozliwosci roz¬ prezania sie goracych wód w samym zlozu.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przed¬ stawionych rysunkach, na których fig. 1 uwidacz¬ nia schematyczne rozmieszczenie na planie barie¬ ry otworów przeciwfiltracyjnych, fig. 2 schema¬ tyczny przekrój podluzny przez rejon eksploatacji i fig. 3 schematyczny przekrój pionowy przez otwór eksploatacyjny.Fig. 1 przedstawia rozmieszczenie otworów prze¬ ciwcisnieniowych 1 i depresyjnych 2, w stosunku do otworów eksploatacyjnych 3, przesuwanych w kierunku postepu eksploatacji 4. Rozbudowa ba¬ riery przeciwcisnieniowej nastepuje wzdluz jej boków 5, przy czym stopniowo zmniejszana jest ilosc zaplecznych otworów bariery.Fig. 2 przedstawia schematyczny przekrój po¬ dluzny przez otwory eksploatacyjne 3, depresyjne 2 i przeciwcisnieniowe 1. Pierwotny statyczny po¬ ziom piezometryczny wód zlozowych 6 sprowadzo¬ ny jest do dynamicznego poziomu nizszego 7 przy pomocy bariery otworów przeciwcisnieniowych i wspólpracujacych z nimi otworów depresyjnych.Na poziom dynamiczny 7 nalozony jest stozek re¬ presji 8, wraz ze strefami najwyzszych cisnien 9 5 wokól otworów eksploatacyjnych 3. Blizsze umiesz¬ czenie otworów depresyjnych niz przeciwcisnienio¬ wych, w stosunku do otworów eksploatacyjnych, powoduje utrzymanie duzych spadków hydraulicz¬ nych przed frontem eksploatacyjnym, co umozliwia wstepne wygrzewanie zloza. Na przekroju przed¬ stawiony jest stan poczatkowy stozka represji, ale równiez i w dalszych fazach jego rozwoju otwo¬ ry przeciwcisnieniowe nie dopuszczaja do przekra¬ czania bezpiecznej granicy 10, okreslajacej równo¬ wage miedzy cisnieniem nadkladu i cisnieniem wód zlozowych.Fig. 3 przedstawia schematyczny przekrój piono¬ wy przez otwór eksploatacyjny 3 ze schematem cis¬ nien wewnatrz otworu i w jego otoczeniu. Po¬ ziom cisnienia 11 w rurociagu doprowadzajacym obnizony jest w otworze do poziomu 12 wskutek róznicy miedzy chlonnoscia zloza i iloscia wtlacza¬ nych wód. Po uwzglednieniu spadku cisnienia na zewnetrznej scianie otworu, uzyskuje sie dalsze obnizenie cisnienia do poziomu 13. Poziom ten nie przekracza granicy równowagi 10 miedzy cisnie¬ niem nadkladu i cisnieniem wód w zlozu. PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób eksploatacji otworowej plytko zalega¬ jacych pokladowych zlóz siarki, znamienny tym, ze dla zmniejszenia bezpiecznej miazszosci skal nadkladowych, wymaganej z uwagi na zapobiega¬ nie przedarciu sie goracych wód ze zloza na po¬ wierzchnie terenu, stosuje sie wokól pola eksploa¬ tacyjnego bariery otworów przeciwcisnieniowych, obnizajacych cisnienie wód zlozowych w calym re¬ jonie eksploatacji oraz przez obnizenie cisnienia wód w zlozu w strefach przyotworowych, na dro¬ dze dostosowania ilosci wtlaczanych wód do chlon¬ nosci zloza przy równoczesnym odpowiednim zmniejszeniu temperatury tych wód.

2. Sposób wedlug zastrzezenia 1, znamienny tym, ze dla uzyskania bariery przeciwcisnieniowej wy¬ korzystuje sie czesciowo albo calkowicie sztuczny lub naturalny system drenazowy, wzglednie inny odpowiednio wykorzystany uklad warunków hy¬ drogeologicznych wplywajacy na zmniejszenie cis¬ nienia wód w zlozu w rejonie eksploatacji. 15 20 25 30 35 4066258 MKP E21b 43/28 :V T & ® O O o o o ® ®-^-*. Fig. Z er s O ^ S F/9.3 W.D.Kart. C/958/72, 200 + 15, A4 Cena zl 10,— PL PL