SE452785B - Forfarande for brytning av ett bergrum samt bergrum framstellt enligt forfarandet - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 452 785 Enligt ovan givna patent är hàlrummen belägna på i huvudsak samma djup, och varje hålrum har i horisontalsektion en i huvudsak cirkulär eller oval form och sett i en horisontell tvärsektion genom hela anläggningen har de cirkulära eller ovala horisontalsektionerna av hálrummen sina medelpunkter belägna i hörnen av reguljära mânghörningar, vilka alla har samma antal sidor.

Med en reguljär mánghörning menas en mànghörning, i vilken alla sidorna har samma längd och alla hörnvinklar är lika stora. En reguljär månghörning kan alltid inskrivas i en cirkel, som passerat genom alla hörnpunkterna, och vars medelpunkt sålunda även utgör mânghörningens medelpunkt.

Vid en utföringsform av uppfinningen utgöres nämnda manghörningar av femhör- ningar med olika storlek, vilka är anordnade med gemensam medelpunkt. Häl- rummen kommer sålunda att vara anordnade i koncentriska cirklar. Ytterligare ett hâlrum kan vara anordnat så att dess centrumaxel sammanfaller med medel- punkten i dessa cirklar.

Det är vidare genom SE-A-8300l85-9 känt att framställa ett bergrum för lagring av fluida, varvid kring själva bergrummet, vilket är i form av en i huvud- sak vertikal cylinder, finns en serie vertikala hål upptagna till bildning av en vattenavledande skärm; detta i avsikt att eliminera den vattenbädd fluidumet vilat på.

Vid lagring av oljeprodukter i bergrum används i dag bergrum som har formen av långa “limpor", dvs horisontella bergrum med bottenytan 500 x 25 m eller mer, och höjden 30 m. Det har emellertid visat sig att vid lagring av oljeproduk- ter i sådana bergrum, varvid oljan vilar på en vattenbädd mikroorganismer tillväxer i gränsskiktet mellan vatten och olja, varvid olja/oljeprodukter förstörs och dess användning helt spolieras. Vid lagring av raffinerade produkter har det visat sig att reraffinering mäste tillgripas för att garantera produktens användning.

För att lösa detta problem har det, som ovan angivits, tidigare föreslagits anordnandet av huvudsakligen cylindriska, vertikala bergrum. Detta är beskrivet i bla ovan angivna SE-A-7901278-7 och SE-A-8300185-9 och efterföljande 10 15 20 25 30 35 452 785 artiklar av K.l.Sagefors och medarbetare, WP-System, Stockholm, Sverige.

Härvid har visats att vid exkavering av bergrummet man utgår dels från en topport från vilken takkupolen i form av en kon uttages genom först borrning snett utåt-nedåt längs kupolens mantelyta, laddning och utsprängning; att man uttager en eller flera transportorter som mynnar i den cylindriska mantel- ytan i det blivande vertikala bergrummet från vilka transportorter brytning sker genom vertikal borrning och pallbrytning, varvid sprängmassorna uttages i botten, vilken kan vara koniskt avsmalnande nedåt till en uttransporttunnel, vilken kan användas för rördragning och uttag av lagrad produkt.

Som ovan nämnts har tidigare presenterade metoder för exkavering av huvudsak- ligen cylindriska, vertikala bergrum inneburit drivning av en topport från vilken borrning skett. Härvid sker nödvändigtvis ett för stort upptag av borrhal och därmed en överladdning vid utsprängning som medför att taket i bergrummet utsättas för onödiga påfrestningar. Drivningen av topporten innebär också att berget ovan bergrummet kommer att störas med åtföljande risk för försäm- rad hallfasthet.

Genom den upptäckta tillväxten av mikroorganismer i gränsskiktet mellan lagrad produkt och närvarande vatten har rests krav på en minimering av mäng- den närvarande vatten, varvid det föreslagits inklädnad av bergrummets väggar med tätande material, såsom flera lager bestående av sprutbetong, förstärkt sprutbetong, epoxyharts, glasfiberväv, och ytterligare epoxyharts. En sådan inklädnadsmetod är beskriven av Beckers-Sigma, olika COLTURIET produkter.

Det är emellertid ovisst om en sådan inklädnad kan ge ett varaktigt skydd om ett ständigt vattentryck föreligger på inklädnadens bergsida. För att kunna garantera inklädnadens beständighet har därför föreslagits ytterligare åtgärder för eliminering av omgivande vatten (SE-A-8300185-9).

Det har visat sig genom den ovan angivna pallbrytningen att áverkan på den kvarvarande bergväggen blir alltför stor, varför s.k. bultning och tillkommande inklädning blir mycket kostsam för erhållande av ett varaktigt resultat. Pallbryt- ningen medför också att mikrosprickor uppstår i bergrumsväggen, vilket leder in vatten från det intilliggande berget. 10 15 20 25 30 35 452 785 Pallbrytning innebär vidare en större arbetsmíljörisk för de som sköter borrnings- arbetet.

Av tekniska och arbetsmiljöskäl har sålunda rests krav pa en ny metod att bryta vertikala bergrum.

Bækrivning av föreliggande uppfinning Det har nu överraskande visat sig möjligt att kunna tillmötesgå dessa krav medelst föreliggande uppfinning som karaktäriseras av att man från en transport- tunnel uttager ett övre runtgâende rum med större ytterdiameter än diametern hos det blivande bergrummets huvudsakligen vertikalt sig sträckande del, på en nivå. som ligger över det blivande bergrummets högsta taknivá; att man från en andra transporttunnel uttager ett nedre runtgâende rum med större ytterdíameter än diametern hos det blivande bergrummets huvudsakligen vertikalt sig sträckande del, på en nivå som ligger huvudsakligen pa den nivå där det blivande bergrummets lägsta nivå skall befinna sig; att man förbinder dessa runtgäende rum medelst uttagande av ett vertikalt centralschakt, samt medelst uttagande av åtminstone tre vertikala schakt i det blivande bergrummets periferi, att horisontell strossborrning sker från det centrala schaktet in i den centrala bergmassan i det blivande bergrummet, att horisontella borrhål upptages i den yttre bergmassan längs det blivande bergrummets mantelyta frán de vertikala periferischakten, vilka horisontella borrhål utföres till bildning av en polygon i ett horisontellt snitt genom det blivande bergrummet; att för bildning av koniskt takvalv resp/alternativt konisk bottenprofil vinklad borrning från nämnda periferischakt göres, varefter utsprängning sker nedifrån och uppåt till bildning av ett polygonalt vertikalt bergrum.

Ytterligare karaktäristika framgår av hithörande patentkrav.

Genom föreliggande uppfinning uppnås att bergrummets väggar skonas frân allvarlig sprickbildning. Vidare uppnås att* all borrning sker från de vertikala schakten varvid borrarna står i skydd i schakten och aldrig behöver beträda bergrummet. Sprängning kan ske nedifrån, varvid borrarna mycket snabbt kan återupptaga sitt arbete i schakten. 10 15 20 25 30 35 452 785 Föreliggande uppfinning kommer nedan att närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritning, vari Fíg. 1 visar ett horisontellt snitt genom en föredragen utföringsform av ett bergrum uttaget enligt uppfinningen; Fíg. 2 visar ett vertikalt snitt genom utföringsformen enligt Fíg 1, Fíg. 3 visar ett horisontellt snitt genom berganläggningens övre del enligt Fig 1.

Fíg. 4 visar ett horisontellt snitt genom en anläggning omfattande ett antal bergrum enligt Fíg 1-3.

Fig. 5-11 visar olika sekvenser i tillredningen av bergrummet.

Fíg. 5 borrning av hål från centralschaktet; Fíg. 6 borrning av mindre hål i ytterdelen, samt dränagehål från de perifert anordnade schakten Fíg. 7 skrotning med vatten under högt tryck Fíg. 8 sprutbetongbehandling Fíg. 9 införande av plattform i centralschakt Fíg. 10 behandling med plast Fíg. 11 inspektion av dränering.

Med l betecknas ett huvudsakligen cylindriskt, vertikalt bergrums blivande mantelyta. Bergrummet har en polygon tvärsnittsform i ett horisontellt snitt (i föreliggande fall decagonal form). Bergrummets slutliga ytterkontur har dragits med grov svart linje, varvid andra linjer heldragna eller streckade anger 10 15 20 25 30 35 452 785 former och linjer under byggnation. En transporttunnel 2 mynnar i ett ríngformat rum 3, vilket har en diameter, åtminstone ytterdiameter, som är större än det blivande bergrummets. Från transporttunneln 2 har uttagits denna ringfor- made tunnel eller rum 3, vars ytterdiameter är större än det blivande berg- rummets diameter (30-40 m). I den kvarvarande kärnan 4 inuti den ringformade tunneln 3 uttages en tunnel 5, som leder fram till ett vertikalt schakt 6, som år avsett att användas som uppehållsort för horisontell/lätt snedställd strossborr- ning i bergmassivet som skall sprängas bort till bildning av bergrummet. Samti- digt som transporttunneln 2 uttages, uttages en andra transporttunnel 7 som leder ner till det blivande bergrummets bottennivå. Härifrån uttages en andra ringformad tunnel 8. Det centrala vertíkalschaktet 6 förbindes med tunneln 8 medelst en horisontell tunnel 9. Från den övre ringformade tunneln 3 uttages sidorum 10, anordnade inåt i massívet. Mellan dessa sidorum 10 och den nedre ringformade tunneln 8 uttages i föreliggande fall tre resp sex vertikala schakt 11, medelst fullortsborrning nedifrån och upp.

Metoden innebär att ett relativt klent hål borras uppifrån och ned. En fullorts- krona kopplas i tunneln 8 till en wire, som löper genom nämnda hål och drages under borrning nerifrån och uppåt. Då borrkronan kommit upp och schaktet fullbordats, sänkes kronan ner igen och flyttas till platsen för nästa schakt, varefter proceduren upprepas.

Från schaktet 6 borras som ovan nämnts horisontella hål 12 in i det bergmassiv som skall sprängas bort. Härvid användes relativt grov borrning, 10 cm diameter, varvid borrning sker intill ett avstånd av ca 4 m från den blivande bergväggen (40 ggr håldiametern iom). Från schakten 11 borras horisontella hål 13 in i det bergmassiv som skall sprängas bort och som inte perforerats från centrum.

Härvid användes klenare borr, 20-40 mm. De yttersta borrhålen 13a kommer att bilda det slutliga bergrummets innervägg. Dessa relativt klena hål göres normalt inte längre än 10 m, eftersom borrets självstyrning sedan blir svår att kontrollera. Detta innebär att polygonalens sida sällan överstiger 10 m.

Från schakten ll borras vidare hål, som skall bilda takkontur 14 resp botten- kontur 15. Härvid borras från schakten ll snett uppåt, resp snett neråt med en vinkel av 45-60". 10 15 20 25 30 35 452 785 Efterhand som hëllager borrats laddas dessa för sprängning. Härvid laddas de från det centrala vertikalschaktet utgående borrhálen med grova laddningar, medan borrhålen i den yttre bergmassivringen laddas med klena guerlitladd- ningar, 11-17 mm diameter.

Sprängning sker efterhand nedåt, berget stressas, och sprängmassorna uttages genom tunneln 9 medelst skip eller frontlastningsfordon.

Sá snart en sprängsalva gått kan plattformar automatiskt sänkas ner i de verti- kala schakten, varefter därpå applicerade vattenkanoner besprutar det nedfallna berget och därvid binder allt damm. Risken för silikos begränsas därmed i betydande grad.

För tätning av berget utanför anläggningen borras vertikala hal 16 fran den övre ringformade tunneln 3 rakt ner genom berget till i nivå med bergrummets bottennivå. Genom dessa häl injekteras tätningsmedel, vilket tränger ut i mikro- och makrosprickor i berget.

Dä bergrummet helt sprängts ut kan man enkelt skrota berget genom att sänka ner, i de perifert anordnade schakten, hisskorgar på vilka monterats högtrycks- sprututrustning.

Därefter kan, i det fall en tätare yta önskas, berget behandlas med sprutbetong, frân samma hisskorg som skrotning skett.

I vissa fall vid lagring av flygbränsle för civilt och militärt jetflyg önskas helt täta bergrum för total eliminering av närvarande vatten. Härvid plastas berg- rumsväggen ovanpå sprutbetongen lämpligen från en utfällbar/hopfällbar platt- form, som sänkes ned från centralschaktets öppning, och där arbetsplattformar finnes från vilka arbetet utföres.

För eliminering av vattentrycket från det omgivande berget behöver dränering av berget ske. Detta göres genom att frân de perifert anordnade vertikalschak- ten 11 borra dränagehâl 17 i bergväggen. Borrhålen 17 lägges så tätt att det vatten som passerar in mot bergrummet fångas upp och ledes i borrhålen. Borr- 10 15 20 25 30 35 452 785 hålen 17, som göres något lutande nedåt mot vertikalschakten 11, mynnar i dessa. De vertikala schakten 11 förses med en uppgjuten vägg 18 varvid drä- nagevattnet rinner ut bakom denna vägg och kan pumpas bort från schaktens 11 botten. I den kvarvarande delen av schakten 11 kan hissar monteras för kontroll av schakten med avseende på dränering.

I de vertikala schakten efter avslutad sprängning kan en hel betongkonstruktion alternativt göras såsom anges i Fig 1 med hänvisningssiffran 20. Dränagerören ledes härvid ut genom betongkonstruktionen. I Fig 1 visas för övrigt endast en del av de borrhål som behövs i varje nivå för utsprängning.

De bakom bergrumsväggarna 1 dragna dränagehålen 17 kan lämpligen förbindas vertikalt i varje polygonhörn, där vertikalschakt ej föreligger, medelst vertikala hål 21. Dessa vertikala hål 20 kan också utnyttjas för att sektionsvis blåsa varmluft genom dränagehålen 17 och på så sätt torka upp/värma upp bergrums- väggen före plastning av densamma.

För dränering av takregionen borras lämpligen dränagehål 17 från ringtunneln 3 i taknivån in mot centrum, såsom visas i Fig 2. För dränering av bottenregionen borras omvänt paraplyformat dränagehål 17 från det centralt belägna utstört- ningsschaktet 22 för bergmassor ut till omrâdet utanför bergrumsväggen. Drä- nerat vatten kan uttagas från utstörtningsschaktet 22 via ej visade rörledningar.

Beroende på typ av lagrat fluidum kan de vertikala schakten ingå eller ej ingå i lagret. Vid lagring av jetbränsle ingår de ej, varvid en botten införes i utstört- ningsschaktet ovanför dränaget genom vilken rörledningar (ej visade) drages för utpumpning av jetbränslet. Vid lagring av råolja kan hela tunnel- och schakt- systemet ingå, varvid en plugg införes i tunneln 7, genom vilken rörledningar drages för utpumpning av oljan.

Anläggningen enligt Fig 4 innefattar sålunda ett flertal i berget upptagna poly- gona bergrum varvid vart och ett av nämnda hålrum har en i huvudsak cylindrisk form, varvid varje hålrum bildar ett förvaringsutrymme, vars av berget bildade väggar direkt upptager trycket av det i hâlrummet lagrade fluidet, och att hålrummen är anordnade med sina centrumaxlar stående vertikalt. Den vertikala 10 15 20 25 30 35 452 785 höjden av hålrummet är lämpligen större än eller lika med diametern hos dess tvärsektion.

Anlägningen är kompakt och erfordrar minimalt markområde. Även inom begrän- sade områden kan man således bygga mycket stora lager. Arean för lagrings- omrâdet blir minimal. Det går då lättare att utföra de anordningar, som erford- ras för att undvika grundvattensänkning i omgivningen. Den geometriska utform- ningen av anläggningen gör det lätt att anordna utanför anläggningen belägna vattenridåer. Dessa vattenridâer består av rader av borrade vertikala hål som är vattenfyllda. Med hjälp av dessa vattenridaer kan grundvattennivan inom och utom anläggningen pä enkelt sätt upprätthällas. Den koncentrerade area, som upptages av anläggningen, gör det lättare att placera anläggningen inom ett homogent bergparti, varigenom störningar på omgivningen lättare undvikes.

Eftersom varje hålrum har en höjd som är större än dess diameter, kommer berggrunden, i vilken anläggningen förläggas, att utnyttjas bättre pa djupet, vilket ger möjlighet till en kompaktare anläggning och bättre ekonomi beträff- ande utnyttjandet av markomrádet, och om den lagrade produkten är yärmd erhålles även en bättre värmeekonomi.

Pâ grund av hálrummens höjd erhålles tillräcklig tryckhöjd för den lagrade produkten så att denna lättare kan tömmas med hjälp av pumpar anordnade under halrummen. Omfattningen av erforderliga rörinstallationer blir mindre på grund av det kompakta utförandet av anläggningen.

Om den lagrade produkten skall värmas, kan värmen tillföras i en önskad del av hàlrum men och i önskad niva.

Om de lagrade produkterna avsätter slam, kan detta lätt uppsamlas och bortpum- pas vid anläggningen, och det är icke nödvändigt att anordna stora volymer för slutdeposition av slam met i bottnen av anläggningen.

Hälrummens form gör det även lättare att placera ut givare för kontrollutrust- ning, t ex temperatur-givare och nivågivare och liknande. 10 15 20 25 452 785 10 l det fall utrymmet används som maskinhall kan materialtransporter sker med ÉPSVCYS.

För tätning av berg kan injiceríng av ett tätande material ske genom borrhâl som ovan angivits. 'Iyp av tätande material kan vara silikonelastomer o a.

Genom att utrymmet är torrt lämpar det sig också förutom de ovan angivna användningsomrâdena för lagring av lâg- och medelhögaktivt avfall från kärn- kraftstationer och kärnforskníngsstationer.

Medelst föreliggande bergrum uppnås en eliminering av alla idag kända problem inom oljelagringstekniken. Lagrad oljas utpumpbarhet jämfört med horisontella lagergrottor ger en volymvinst i lagret, som kan beräknas till mângmíljonbelopp i ett storlager under en drifttid av 20 är.

Medelst föreliggande förfarande erhålles en snabb drivningsmetod, exakt kontur- borrning, optimal ansättning av injekteringshâl, utlastning av sprängd bergmassa kan ske oberoende av borrníngen, 8096 av borrníngen är strossborrníng, personal behöver ej visats i bergrummet tack vare de vertikala schakten, arbetsskydd och ergonometri förbättras genom de vertikala schakten, tidsvinst vid byggande jämfört med konventionell teknik, lägre sprängningskostnader. Kostnadsbesparing jämfört med konventionell teknik för anläggning av en bergrumsanläggning för 500.000 m3 kan beräknas till åtminstone 20 MSEK.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 452 785 11 PATENTKRAV

1. Förfarande för brytning av ett bergrum för lagring av fluidum, fasta pro- dukter eller för annat ändamål såsom skyddad tillverkning eller produktion, om- fattande ett huvudsakligen vertikalt, síg sträckande bergrum, k ä n n e t e c k - n a t av att man från en transporttunnel (2) uttager ett övre runtgaende rum (3) med större ytterdiameter än diametern hos det blivande bergrummets (1) huvudsakligen vertikalt sig sträckande del, på en nivå som ligger över det blivan- de bergrummets högsta taknivå; att man från en andra transporttunnel (7) utta- ger ett nedre runtgaende rum (8) med större ytterdiameter än diametern hos det blivande bergrummets (1) huvudsakligen vertikalt sig sträckande del, pá en nivå som ligger huvudsakligen på den nivå där det blivande bergrummets (1) lägs- ta nivå skall befinna sig; att man förbinder dessa runtgàende rum (3,8) medelst uttagande av ett vertikalt centralschakt (6), samt medelst uttagande av åtmins- tone tre vertikala schakt (11) i det blivande bergrummets (1) periferi; att hori- sontell strossborrning sker från det centrala schaktet (6) in i den centrala berg- massani det blivande bergrummet; att horisontella borrhål upptages i den yttre bergmassan längs det blivande bergrummets (1) mantelyta från de vertikala peri- ferischakten (11), vilka horisontella borrhal utföres till bildning av en polygon iett horisontellt snitt genom det blivande bergummet; att för bildning av ett koniskt takvalv (14) respektive/alternativt konisk bottenprofil (15) vinklad borr- ning från nämnda periferischakt (11) göres, varefter utsprängning sker nedifrán och uppåt till bildning av ett polygonalt vertikalt bergrum.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att dränagehàl (17) upptages i bergväggen utanför bergrummet, vilka dränagehal (17) mynnar i de vertikala periferischakten (1 1).

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att fran det övre runt- gående rummet (3) anordnas vertikala borrhål (16) genom vilka berget utanför bergrummet injekteras medelst ett vattentätande medel.

4. Förfarande enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t av att de vertikala periferischakten (ll) avgränsas mot bergrummet (1) medelst en vertikalt anord- nad vägg (18), varvid dränagehålen (17) mynnar i den begränsade delen av schak- ten (11). 452 785 12

5. Bergrum brutet enligt förfarandet i kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att det omfattar en konisk toppdel (14) samt en konisk eller horisontell botten (15) samt en vertikal del (l) som i tvål-sektion uppvisar ett polygonalt snitt, var- vid i åtminstone hälften av hörnen í polygonen föreligger vertikala schakt (11), vilka sträcker sig längš hela bergrummets vertikala utsträckning, varvid schakten (11) under brytning av bergrummet utgör arbetsplats för horisontalborrning längs det blivande bergrummets mantelyta.