SE504669C2 - Förfarande för uttagning av bergrum - Google Patents

Description

504 669 _ 2 _ horisontalled. Den lagrade produkten befinner sig därigenom inom ett koncentrerat område, och det är enklare att skydda lagringsområdet med en tätborrad hålridå, i vilken borr- hålen är fyllda med vatten, för att hindra en grundvatten- avsänkning, varigenom den lagrade produkten även hindras från att sprida sig till anläggningens omgivning.

Enligt ovan givna patent är hålrummen belägna på i huvudsak samma djup, och varje hålrum har i horisontal- sektion en i huvudsak cirkulär eller oval form och sett i en horisontell tvärsektion genom hela anläggningen har de cirkulära eller ovala horisontalsektionerna av hâlrummen sina medelpunkter belägna i hörnen av reguljära månghörn- ingar, vilka alla har samma antal sidor.

Med en reguljär månghörning menas en månghörning, 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 månghörningens medel- punkt.

Vid en utföringsform av uppfinningen utgöres nämnda mânghörningar av femhörningar med olika storlek, vilka är anordnade med gemensam medelpunkt. Hâlrummen kom- mer sålunda att vara anordnade i koncentriska cirklar.

Ytterligare ett hålrum kan vara anordnat så att dess centrumaxel sammanfaller med medelpunkten i dessa cirklar.

Det är vidare genom SE-A-8300185-9 känt att fram- ställa ett bergrum för lagring av fluida, varvid kring själva bergrummet, vilket är i form av en i huvudsak verti- kal cylinder, finns en serie vertikala hål upptagna till bildning av en vattenavledande skärm; detta i avsikt att eliminera den vattenbädd fluidumet tidigare kommit att vila på.

Vid lagring av oljeprodukter i bergrum används idag bergrum som har formen av långa "limpor", dvs horison- tella bergrum med bottenytan 500 x 25 m eller mer, och höj- _ 3 _ den 30 m. Det har emellertid visat sig att vid lagring av oljeprodukter 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 måste till- gripas för att garantera produktens användning.

För att lösa detta problem har det, som ovan an- givits, tidigare föreslagits anordnandet av huvudsakligen cylindriska, vertikala bergrum. Detta är beskrivet i bl.a. ovan angivna SE-A-7901278-7 och efterföljande artiklar av K.I. 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 mantelytan i det blivande vertikala berg- rummet från vilka transportorter brytning sker genom verti- kal borrning och pallbrytning, varvid sprängmassorna ut- tages i botten, vilken kan vara koniskt avsmalnande nedåt till en uttransporttunnel, vilken kan användas för rördrag- ning och uttag av lagrad produkt.

Som ovan nämnts har tidigare presenterade metoder för exkavering av huvudsakligen cylindriska, vertikala bergrum inneburit drivning av en topport från vilken borr- ning skett. Härvid sker nödvändigtvis ett stort upptag av borrhål för att fördela sprängämnet vid utsprängning för att taket i bergrummet ej utsättes för onödiga påfrest- ningar. Drivningen av överortssystem innebär också att berget ovan bergrummet kommer att störas med åtföljande risk för försämrad hållfasthet.

Genom den upptäckta tillväxten av mikroorganismer i gränsskiktet mellan lagrad produkt och närvarande vatten har rests krav på en minimering av mängden närvarande vat- 504 669 _ 4 _ ten, varvid det föreslagits total inklädnad av bergrummets ytor med tätande material, såsom flera lager bestående av sprutbetong, förstärkt sprutbetong, epoxyharts, glasfiber- väv, 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 garan- tera inklädnadens beständighet har därför föreslagits ytterligare åtgärder för eliminering av omgivande vatten (SE-A-8300185-9).

Genom den ovan angivna pallbrytningen att åverkan på den kvarvarande bergväggen blir alltför stor, varför s.k. bultning och tillkommande inklädning blir mycket kost- sam för erhållande av ett varaktigt resultat. Pallbryt- ningen medför också att mikrosprickor uppstår i bergrums- väggen, vilket leder in vatten från det intilliggande berget.

Pallhöjder överstigande 25 m medför större hål- avvikelser, vilket i praktiken kompenseras med större ladd- ningsmängd i borrhålen, vilket i sin tur emellertid resul- terar i en ojämn väggyta och instabilitet i bergrummets väggar, vilket medför arbetsmiljörisk.

Arbetsmiljöskäl och kostnadseffektivitet har sålunda rest krav på en ny metod att bryta vertikala berg- rum.

SE-C-452,785 beskriver ett förfarande för uttag- ning av bergrum av ovannämnd typ, varvid man från en trans- porttunnel uttager ett övre runtgående 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 taknivå; att man från en andra transporttunnel uttager ett nedre runt- gående rum med större ytterdiameter än diametern hos det blivande bergrummets huvudsakligen vertikalt sig sträckande 504 669 _ 5 _ del, på en nivå som ligger huvudsakligen på den nivå där det blivande bergrummets lägsta nivå skall befinna sig; att man förbinder dessa runtgående rum medelst uttagande av ett vertikalt centralschakt, samt medelst uttagande av åtmins- tone tre vertikala schakt i det blivande bergrummets peri- feri, att horisontell strossborrning sker från det centrala schaktet in i den centrala bergmassan i det blivande berg- rummet, att horisontella borrhål upptages i den yttre berg- massan längs det blivande bergrummets mantelyta från de vertikala periferischakten, vilka horisontella borrhål ut- föres till bildning av en polygon i ett horisontellt snitt genom det blivande bergrummet; att för bildning av koniskt takvalv resp/alternativt konisk bottenprofil vinklad borr- ning från nämnda periferischakt göres, varefter utspräng- ning sker nedifrån och uppåt till bildning av ett polygo- nalt vertikalt bergrum.

Därigenom uppnås att bergrummets väggar skonas från allvarlig sprickbildning. Vidare uppnås att all borr- ning sker från de vertikala schakten varvid borrarna står i skydd i schakten och aldrig behöver beträda bergrummet.

Borrning och sprängning sker successivt nedifrån och uppåt. En kontinuerlig utlastning sker i botten och inget manskap är exponerat för rasrisker eller nedfallande stenar.

Tidigare beskrivna förfaranden för uttagning av vertikala rum (SE-C-7802027-8; SE-C-7901278-7) kan inte anses uppfylla dagens krav på god arbetsmiljö.

Beskrivning av uppfinningen Det har nu överraskande visat sig möjligt att kunna rationalisera uttagningen av väsentligen vertikala, cylindriska bergrum genom föreliggande uppfinning, som karaktäriseras av, att man från en transporttunnel uttager ett övre runtgående rum, att man från detta runtgående rum uttager det blivande bergrummets takform; att man från en 504 669 _ 5 _ andra transporttunnel uttager en andra ringformad tunnel från en mellannivå i det blivande bergrummet, och att man från nämnda andra transporttunnel uttager ett nedre runt- gående rum på en nivå som ligger huvudsakligen på den nivå där det blivande bergrummets lägsta nivå skall befinna sig, att man på denna lägsta nivå uttager en tredje ringformad tunnel; att man mellan nämnda runtgående rum och nämnda tredje ringformade tunnel anlägger tapputrymmen; att man från nämnda andra ringformade tunnel utför pallbrytning i en väsentligen ringformad vertikal zon från nämnda mellannivå till nämnda lägsta nivå samt uttager sprängd bergmassa genom nämnda tapputrymmen, varefter slutligen en kvarstående central väsentligen cylindrisk bergpelare spränges helt eller delvis i en eller flera salvor och erhållen bergmassa uttages via nämnda tapputrymmen.

Om bergrummet besitter mycket stor höjd, 100 m eller mer, så utföres en ytterligare ringtunnel på en mellannivå med utgångspunkt från den donlägiga trans- portorten, Föreliggande uppfinning kommer nedan att närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritning, vari Fig. l visar ett vertikalt snitt genom en före- dragen utföringsform av ett bergrum uttaget enligt upp- finningen; Fig. 2 visar ett horisontellt snitt genom bergan- läggningens övre del enligt Fig. l, Fig. 3 visar ett horisontellt snitt genom ut- föringsformen enligt Fig. 1, Fig. 4 visar ett horisontellt snitt genom en berganläggningens nedre del enligt Fig. 1, Fig. 5 visar ett horisontellt snitt av rum i centrum med förbindelseort till tappöppningar.

Fig. 6 visar detalj i vertikalt snitt genom en berganläggningens nedre del enligt Fig. l, 504 669 _ 7 _ Fíg. 7 visar horisontal strossning från periferi- schakten efter att centrumpelaren är utsprängd.

Fig. 8 anordnade schakten Fíg. 9 skrotning med vatten under högt tryck Pig. 10 sprutbetongbehandling Fíg. ll införande av plattform i centralschakt Fíg. 12 behandling med plast Fíg. 13 inspektion av dränering.

Med 1 betecknas ett huvudsakligen cylindriskt, vertikalt bergrums blivande mantelyta. Bergrummet har företrädesvis en polygon tvärsnittsform i ett horisontellt snitt (i föreliggande fall dodecagonal form). Bergrummets slutliga ytterkontur har dragits med grov svart linje, var- vid andra linjer heldragna eller streckade anger former och linjer under byggnation. En transporttunnel 2 mynnar i ett ringformat eller runt rum 3, vilket har en diameter, åt- minstone ytterdiameter, som motsvarar det blivande berg- rummets kupoldel i detta avsnitt. Från transporttunneln 2 har uttagits denna ringformade tunnel eller runda rum 3, från vilket borras dels ett stigschakt 3A, dels toppkonens ytterkontur som spränges ned 3B. En ringtunnel 2A uttages utanför det blivande bergrummet 1 för att från detta bland annat medge mekanisk bult/wireförstärkning av takkonen.

Från det ringformade eller runda rummet genomföres stross- borrning nedåt längs takkupolen till en andra ringformad tunnel 5. Samtidigt som transporttunnlarna 2 och ringformad tunnel 5 uttages, uttages en andra donlägig transporttunnel 7 som leder ner till det blivande bergrummets bottennivå.

Härifrån uttages ett andra runt rum 8, från vilket uttages fem dragorter till tapputrymmen 9. Längs bergrummets 1 något indragna ytterkontur på lägsta nivån uttages en tredje ringformad tunnel 13. I föreliggande fall har parallelltrapetsformade tapputrymmen uttagits. Tapp- utrymmena kan också vara tunnelformade utan trapetsform. 504 669 _ 3 _ Från den ringformade tunneln 5 genomföres verti- kal borrning nedåt för sprängning och uttagning av spräng- massorna genom tapputrymmena 9. Härvid sker så kallad pall- sprängning, då rummet har liten volym, d.v.s. i detta fall c:a 25 m hål i vägg, vilka går att borra med stor preci- sion. Vid högre pallhöjder borras periferischakt, såsom exempelvis enligt SE-C-452 785 och därvid tillämpas vad som framgår av fig. 7-11.

Pallsprängning enligt fig. 1 påbörjas mot ett stigschakt 15.

Från tapputrymmena 9 och ringtunneln 13 sker också en borrning snett uppåt-inåt till bildning av en kon över det runda rummet 8. Denna kon förspräckes (blir av- skild) från den ovanstående centrala cylindriska berg- kroppen 14. Förspräckningen ger härvid en slät bergyta för massorna att röra sig emot och ner längs mot tappöppning- arna 9. Samtidigt som pallbrytning av bergmassan från ring- tunneln 5 sker borras från det runda rummet 3 ett antal vertikala kranshål ll, varvid vid större rumsdiameter flera kranshål upptages i den centrala bergmassan liksom ett eller tre i centrum anordnade vertikala hål 12 ner till konen 10 över det runda rummet 8. När bergmassan under den ringformade tunneln 5 sprängts ut genom nämnda pallbrytning ned till lägsta nivå, då spränges området runt central- pelaren ut på de nedersta 10 metrarna 16, exklusive det om- råde som berör bredden på tillfartstunneln 2 in till rum 3.

Uppskjutets början görs mot stigschakt 17, varefter laddas hålen ll och 12, varefter den centrala bergmassan spränges i en eller flera salvor. Det söndersprängda berget uttages därefter genom tapputrymmena 9, medelst en lastmaskin i det runda rummet 8, och truckar genom tillfartstunneln 7.

Genom uppfinningen uppnås att omfattande produk- tionsborrning kan ske på de olika övre nivåerna medan till- fartstunneln 7 till den nedre nivån spränges, vilket med en nivåskillnad i detta exempel av c:a 35 meter och en total- 669 504 _ 9 _ längd från mellannivån (tunnel 5) tar c:a 1 månad. Tillred- ning av det runda rummet 8 jämte tapputrymmena 9 tar cza 1 månad, varefter pallbrytning kan ske med utlastning av de stora volymerna. Tunnel 5 är borta. Tillgång till pall- toppen sker nu från tunnel 2 med den lilla väggen (berg- klacken som stöder centrumpelaren i rummets kon). Det vill säga att så snart de små bergmassorna är borta i rum 3 och takkonen är uttagen kan produktionsborrning av hela centrumpelaren pågå. Därigenom erhålles en stor tidsvinst arbetsplanemässigt. Genom att spränga hela den centrala bergmassan med en salva kan inemot 22% av massan sprängas i en salva i ett bergrum omfattande 60.000 m3 och med använd- ande av normala dimensioner (diametrar och tunnelbredder). 60 m omfattar mittpelaren 60-80 000 m3, varvid det är revolutionerande att arbetet med så stora Vid en diameter av volymer kan pågå i lugn och ro i den förhållandevis lilla takkonen. Detta är utomordentligt unikt. Utlastning sker under konen 10, vilket ger arbetsskyddsmässigt stora säker- heter. Genom anordnande av flera tapputrymmen 9 (drag- orter), vilka kan vara fler än 5 vid större diametrar på bergrum, kan tappning/utlastning ske kontinuerligt. Pall- brytning inkl. sprängning kan ske ovanför ett tapputrymme 9 medan man tar ut sprängsten från ett annat.

För tätning av berget utanför anläggningen borras vertikala hål från den övre ringformade tunneln 2A rakt ner genom berget till i nivå med bergrummets bottennivå. Före utsprängning av bergrummet injekteras dessa hål tätnings- medel, vilket tränger ut i mikro- och makrosprickor i berget.

I takt med att bergmassorna lastas ut sänkes skrotutrustningen ner i periferischakten eller längs vägg.

Detta har att göra med mindre svindelkänsla för dem som utför arbetet. Även sprutbetongarbetet följer med och om rummet skall behandlas kan utlastningen regleras i takt med detta övriga arbete. 504 669 _ 10 _ De utsprängda bergmassorna kan efter utlastning helt ersättas med sand eller annat lätthanterligt fyllnads- material så att större delen av bergrummets volym blir upp- fylld. Därefter anpassas arbetsställningar hängande från tak utmed bergrummets sidor på eller i sandens eller fyll- nadsmaterialets närhet. Förstärknings- och liningsarbeten utföres och fyllnadsmaterialet tappas i takt med att för- stärknings- och liningsarbetena blir klara ut genom tapp- utrymmena 9.

När sandlagret når cirka l-2 m över konens 10 topp kan hela bergkonen sprängas i en salva. Sanden utgör kastskydd och ytterligare lagringsvolym erhålles.

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

Därefter kan, i det fall en tätare yta önskas, berget behandlas med sprutbetong, från 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, exklusive kondens- vatten. Härvid plastas bergrumsväggen ovanpå sprutbetongen lämpligen från en utfällbar/hopfällbar plattform, som sänkes ned från centralschaktets öppning, och där arbets- plattformar finnes från vilka arbetet utföres.

För eliminering av vattentrycket från det om- givande berget kan dränering av berget behövas. Lämplig placering framgår av SE-C-452,785 som här inkorporeras som referens.

Beroende på typ av lagrat fluidum och vägghöjder, d.v.s. rumsvolym kan de vertikala schakten ingå eller ej ingå i lagret, genom vilket med rörledningar (ej visade) fluidum utpumpas. Vid lagring av råolja kan hela tunnel- och schaktsystemet ingå, varvid en plugg införes i tunneln 504 669 _ 11 _ 7, genom vilken rörledningar drages för utpumpning av oljan.

Anläggningen är kompakt och erfordrar minimalt markområde. Även inom begränsade områden kan man således bygga mycket stora lager. Arean för lagringsområdet blir minimal. Det går då lättare att utföra de anordningar, som erfordras för att undvika grundvattensänkning i omgiv- ningen. Den geometriska utformningen av anläggningen gör det lätt att anordna utanför anläggningen belägna injekt- erings- och vattenridåer, allt beroende av uppställda krav.

Dessa vattenridåer består av rader av borrade vertikala hål som är vattenfyllda. Med hjälp av dessa vattenridåer kan grundvattennivån inom och utom anläggningen på enkelt sätt upprätthållas. Den koncentrerade area, som upptages av an- läggningen, 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 förlägges, att utnyttjas bättre på djupet, vilket ger möj- lighet till en kompaktare anläggning och bättre ekonomi be- träffande utnyttjandet av markområdet, och om den lagrade produkten är värmd erhålles även en bättre värmeekonomi.

På grund av hålrummens höjd erhålles tillräcklig tryckhöjd för den lagrade produkten så att denna lättare kan tömmas med hjälp av pumpar anordnade inuti eller under hålrummen. Omfattningen av erforderliga rörinstallationer blir mindre på grund av det kompakta utförandet av anlägg- ningen.

Om den lagrade produkten skall värmas, kan värmen tillföras i en önskad del av hålrummen och i önskad nivå.

Om de lagrade produkterna avsätter slam, kan detta lätt uppsamlas och kontinuerligt bortpumpas vid an- läggningen, och det är icke nödvändigt att anordna stora 504 669 _ 12 _ volymer för slutdeposition av slammet i bottnen av anlägg- ningen.

Hålrummens form gör det även lättare att placera ut givare för kontrollutrustning, t.ex. temperaturgivare och nivågivare och liknande.

I det fall utrymmet används som maskinhall kan materialtransporter ske med travers.

För tätning av berg kan injicering av ett tätande material ske genom borrhål som ovan angivits, varvid detta lämpligen sker före utsprängning av bergrummet. Typ av tät- ande material kan vara silikonelastomer o.a.

Genom att utrymmet är torrt lämpar det sig också förutom de ovan angivna användningsområdena för lagring av gas, spannmål, såsom vete, korn, råg och havre, och för lagring av låg- och medelhögaktivt avfall från kärnkraft- stationer och kärnforskningsstationer.

Medelst föreliggande bergrum uppnås en elimi- nering av alla idag kända problem inom oljelagringstekni- ken. Lagrad oljas utpumpbarhet jämfört med horisontella lagergrottor ger en volymvinst i lagret, som kan beräknas till flera tiotals miljoner kronor i ett storlager under en drifttid av 20 år.

Medelst föreliggande förfarande erhålles en snabb drivningsmetod, exakt konturborrning, optimal ansättning av injekteringshål, utlastning av sprängd bergmassa kan ske oberoende av borrningen, 80% av borrningen är strossborr- ning, arbetsskyddmiljö och ergonometri förbättras, betydande tidsvinst vid byggande jämfört med konventionell teknik, och väsentligt lägre sprängningskostnader.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 504 669 PATENTKRAV

1. Förfarande för uttagning av väsentligen cylind- riska, vertikala eller donlägiga bergrum för lagring av gas, fluidum, fasta produkter eller för annat ändamål, kännetecknat av, att man från en transporttunnel(2)uttager ett övre runtgående rum (3), att man från detta runtgående rum (3) uttager det blivande bergrummets (1) takform; att man från en andra transporttunnel (7) uttager en andra ringformad tunnel (5) från en mellannivå i det blivande bergrummet (l), och att man från nämnda andra transport- tunnel (7) uttager ett nedre runtgående rum (8) på en nivå som ligger huvudsakligen på den nivå där det blivande berg- rummets (l) lägsta nivå skall befinna sig, att man på denna lägsta nivå uttager en tredje ringformad tunnel (l3); att man mellan nämnda runtgående rum (8) och nämnda tredje ringformade tunnel (13) anlägger tapputrymmen (9); att man från nämnda andra ringformade tunnel (5) utför pallbrytning och/eller strossbrytning i en väsentligen ringformad verti- kal eller donlägiga zon från nämnda mellannivå till nämnda lägsta nivå samt uttager sprängd bergmassa genom nämnda tapputrymmen (9); att man frispräcker en väsentligen konisk takvolym (lO) över nämnda runtgående rum (8), varefter en kvarstående central väsentligen cylindrisk bergpelare (14) väsentligen belägen över nämnda runtgående rum (8) spränges i en eller flera salvor och erhållen bergmassa uttages via nämnda tapputrymmen (9).

2. - Förfarande enligt krav l, kännetecknat av, att efter utsprängning av bergrummet (1) fylles detta med sand till lämplig nivå, arbetsställningar införes för förstärk- nings- och/eller liningsarbeten, varvid sanden uttages i takt med genomförande av nämnda arbeten.

3. Förfarande enligt krav l-2, kännetecknat av, att den koniska takvolymen (10) utspränges när sandnivån väsentligen nåt: denna volym.