PL170391B1 - Sposób lokowania odpadów płynnych lub półpłynnych w wyrobisku górniczym kopalni głębinowej - Google Patents

Abstract

Sposób lokowania odpadów płynnych lub pół- (5 płynnych w wyrobisku górniczym kopalni głębinowej, zwłaszczaw wyrobisku korytarzowym,otoczonymjednostronnie lub dwustronnie zrobami w sąsiedztwie prowadzonej eksploatacji górniczej, znamienny tym, że dolny wylot pochyłego wyrobiska górniczego (2) o danym kącie nachylenia (a) oraz danej długości (1) i szerokości (s) zamyka się tamą murową (8) w kształcie łuku koła o strzace wygięcia (f) i ustalonej grubości (g) równej lub większej od wartości (0,5f-0,04s), a następnie wprowadza się poprzez górny wlot tego pochyłego wyrobiska górniczego (2) zawiesinę popiołowo - wodną, tworząc w co najmniej trzech fazach podsadzaniaustalonej obliczeniowo długości odcinki korka podsadzkowego (9) z utwardzonej zawiesiny popiołowo - wodnej, wykazującą odpowiednią kohezję(k)i kąt tarcia wewnętrznego(p),przyczym każdą fazę podsadzaniaz wprowadzeniemzawiesiny popiołowo - wodnej do kolejnego odcinka korka podsadzkowego (9) rozpoczyna się po uzyskaniu utwardzenia zawiesiny popiołowo - wodnej poprzedniego odcinka korika podsadzkowego (9), zaś po utwardzeniu zawiesiny popiołowo - wodnej ostatniego odcinka korka podsadzkowego (9) o ustalonej obliczeniowo długości (Ip) powiększonej współczynnikiem bezpieczeństwa (n) oraz naprężeniu (Gn) względem jego płaszczyzny styku z powierzchnią pochyłego wyrobiska górniczego (2) wprowadza się odpady płynne lub półpłynne ...

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób lokowania odpadów płynnych lub półpłynnych w wyrobisku górniczym kopalni głębinowej zwłaszcza w wyrobisku korytarzowym otoczonym jednostronnie lub dwustronnie zrobami w sąsiedztwie prowadzonej ekspoloatacji górniczej, bez potrzeby stosowania aktywizatorów procesu twardnienia oraz tworzenia podziemnych zbiorników wodnych. Powstała niekorzystna degradacja ekologiczna terenów objętych eksploatacją górniczą nie pozwala na dalsze tworzenie składowisk powierzchniowych odpadów z procesów wydobywczo - przeróbczych urobku węglowego, stanowiących poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego, wskutek czego powyższe uciążliwe odpady są przystosowane jako materiał podsadzkowy i doprowadzone w podziemia kopalń głębinowych dla wypełnienia i zabezpieczenia pustek podziemnych poeksploatacyjnych oraz izolacji zrobów.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 83 748 sposób wypełniania podziemnych wyrobisk górniczych polegający na tym, że jako środek wypełniający wdmuchuje się do wyrobiska górniczego popioły lotne na sucho pod ciśnieniem od 2 do l0 kg/cm², a następnie wprowadza się wodę w takiej ilości, aby nawilgocenie masy popiołów lotnych wynosiło około 25% części wagowych. Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 92605 materiał wieloskładnikowy do podsadzania szczególnie pustek poeksploatacyjnych w górnictwie podziemnym, w którym środowiskiem wypełniającym są popioły lotne o określonym składzie chemicznym i uziarnieniu od 0,03 do 0,2 mm i pyły dymnicowe o określonym składzie chemicznym w ilości co najmniej 8% z dodatkiem przyspieszacza wiązania, na przykład w postaci szkła wodnego w mieszaninie z wodą.

170 391

Także znany jest z opisu patentowego nr 102 311 materiał podsadzkowy do wypełniania wyrobisk podziemnych lub powierzchniowych, w których środek wypełniający zawiera odpady poflotacyjne górnictwa lub popioły lotne, aktywizator procesu twardnienia, korzystnie w postaci chlorku magnezu oraz odpadowe wapno magnezjowe z zasadowych procesów przewałowych hutnictwa metali nieżelaznych o uziarnieniu do 1 mm w ilości od 8 do 15% wagowych w stosunku do ciężaru cząstek mineralnych zawartych w odpadach oraz wodę w ilości umożliwiającej transport odpadów w konsystencji półpłynnej.

Z polskiego opisu patentowego nr 124 412 znany jest sposób likwidacji i zabezpieczania pustek podziemnych polegający na tym, że pustki w górotworze lub gruzowisko zawałowe w zrobach wypełnia się zawiesiną sporządzoną z popiołów lotnych i wody w stosunku masowym od 1do 3 części suchych popiołów lotnych na 1 część wody lub nasyconych roztworów wodnych substancji zawartej w kopalinie, wymieszanej ewentualnie z dodatkiem ciał stałych w ilości do 40% masy w stosunku do suchych popiołów lotnych.

Znana jest również z polskiego opisu patentowego nr 143 339 mieszanina podsadzkowa do wypełniania wybranej przestrzeni albo wykonywania sztucznego stropu, złożona z popiołów lotnych, odpadów paleniskowych i kamienia popłuczkowego, która ma w swojej objętości na wlocie do leja podsadzkowego od 75 do 95% części stałych na nośniku z odpadów flotacyjnych o zawartości korzystnie powyżej 500 gramów części stałych w litrze odpadów flotacyjnych oraz substancje chemiczne wiążące wilgoć o jednorodnej postaci lub składanych z kilku składników podawanych do mieszaniny korzystnie przed wylotem do wybranej przestrzeni pokładu, proporcjonalnie do ilości mieszaniny podawanej dla całkowitego wypełnienia wybranej przestrzeni. Na wylocie do wybranej przestrzeni mieszanina zawiera powyżej 1000 gramów w litrze części stałych na nośniku z odpadów flotacyjnych, dodawanych do mieszaniny o zawartości powyżej 500 gramów na litr części stałych.

Niedogodnością powyższych rozwiązań sposobów i materiałów podsadzkowych jest brak możliwości ich przystosowania do lokowania odpadów płynnych lub półpłynnych zwłaszcza poflotacyjnych w wyrobiskach górniczych kopalń głębinowych zwłaszcza w wyrobiskach korytarzowych, otoczonych jednostronnie lub dwustronnie zrobami w sąsiedztwie prowadzonej eksploatacji górniczej, bez konieczności stosowania aktywizatorów procesu twardnienia jak również tworzenia podziemnych zbiorników wodnych. Poza tym powyższe rozwiązania wymagają stosowania kilku różnych składników, w tym przyspieszacza wiązania lub aktywizatora procesu twardnienia, co komplikuje system dozowania poszczególnych składników oraz wymaganą instalację urządzeń dozujących i mieszających, przyczyniając się do angażowania znacznych środków inwestycyjnych i eksploatacyjnych.

Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przez nowe rozwiązanie sposobu lokowania odpadów płynnych lub półpłynnych w wyrobisku górniczym kopalni głębinowej zwłaszcza w wyrobisku korytarzowym, otoczonym jednostronnie lub dwustronnie zrobami w sąsiedztwie prowadzonej eksploatacji górniczej. Zgodnie z wynalazkiem dolny wylot pochyłego wyrobiska górniczego o danym kącie nachylenia oraz danej długości i szerokości zamyka się tamą murową w kształcie łuku koła o strzałce ugięcia i ustalonej grubości. Następnie wprowadza się poprzez górny wlot tego pochyłego wyrobiska górniczego zawiesinę popiołowo - wodną tworząc w co najmniej trzech fazach podsadzanie ustalonej obliczeniowo długości odcinki korka podsadzkowego z utwardzonej zawiesiny popiołowo - wodnej, wykazując odpowiednią kohezję i kąt tarcia wewnętrznego. Każdą fazę podsadzania z wprowadzeniem zawiesiny popiołowo - wodnej do kolejnego odcinka korka podsadzkowego rozpoczyna się po uzyskaniu utwardzenia zawiesiny popiołowo - wodnej poprzedniego odcinka korka podsadzkowego. Po utwardzeniu zawiesiny popiołowo - wodnej ostatniego odcinka korka podsadzkowego o ustalonej obliczeniowo długości powiększonej współczynnikiem bezpieczeństwa oraz naprężeniu względem jego płaszczyzny styku z powierzchnią pochyłego wyrobiska górniczego wprowadza się odpady płynne lub półpłynne zwłaszcza odpady poflotacyjne o danym ciężarze właściwym dające na pozostałej długości pochyłego wyrobiska górniczego ciśnienie pf = yf lf sina o wartości mniejszej od granicznego oporu ścinania korka podsadzkowego o wartości τ = Gn tgp + k.

170 391

Zastosowanie przedmiotu wynalazku umożliwia w sposób prosty i w pełni bezpieczny bezpośrednie lokowanie uciążliwych dla środowiska naturalnego odpadów płynnych lub półpłynnych zwłaszcza odpadów poflotacyjnych w wyrobiskach górniczych kopalń głębinowych, a szczególnie w wyrobiskach korytarzowych, otoczonych zrobami w sąsiedztwie prowadzonych górniczych robót eksploatacyjnych, bez konieczności tworzenia dodatkowych podziemnych zbiorników wodnych. Celowe wprowadzenie przylegającego ściśle do tamy murowej z góry spójnego korka podsadzkowego z zawiesiny popiołowo - wodnej wykazujących odpowiednią kohezję oraz kąt tarcia wewnętrznego zapewnia przy powiększonej współczynnikiem bezpieczeństwa ustalonej obliczeniowo koniecznej długości tego korka podsadzkowego całkowicie pełne zabezpieczenie przed wdarciem wyżej składowanych w pochyłym wyrobisku górniczym odpadów płynnych zwłaszcza poflotacyjnych do niżej leżących wyrobisk górniczych.

Sposób według wynalazku jest zilustrowany przykładowo na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat poglądowy lokowania odpadów płynnych poflotacyjnych w pochyłym wyrobisku górniczym korytarzowym zamkniętym od strony dolnego wyrobiska chodnikowego tamą murową, fig. 2 przedstawia schematycznie dolną część powyższego pochyłego wyrobiska górniczego korytarzowego z tamą murową i zawiesiną popiołowo - wodną w pierwszej fazie podsadzania, fig. 3 przedstawia schematycznie dolną część powyższego pochyłego wyrobiska górniczego korytarzowego z tamą murową i pierwszym odcinkiem korka podsadzkowego oraz zawiesiną popiołowo - wodną w drugiej fazie podsadzania, fig. 4 przedstawia schematycznie powyższe pochyłe wyrobisko górnicze korytarzowe z tamą murową i korkiem podsadzkowym wypełnione odpadami płynnymi poflotacyjnymi, natomiast fig. 5 przedstawia schemat obliczeniowy długości korka podsadzkowego, w tym pochyłym wyrobisku górniczym korytarzowym.

Jak przedstawiono przykładowo na schemacie poglądowym uwidocznionym na fig. 1 miejscem lokowania odpadów płynnych poflotacyjnych 1 bezpośrednio w podziemiach kopalni głębinowej jest pochyłe wyrobisko górnicze korytarzowe 2 powstające w otoczeniu zrobów 3 i łączące się poprzecznie od dołu z dolnym wyrobiskiem chodnikowym 4 oraz z góry z górnym wyrobiskiem chodnikowym 5. Dolne wyrobisko chodnikowe 4 jest zabezpieczone od strony zrobów 3 filarami 6 z wykonanymi w nich wcinkami z zabudowanymi konwencjonalnymi tamami podsadzkowymi 7. Pochyłe wyrobisko górnicze korytarzowe 2 o kącie nachylenia a oraz długości 1 i szerokości sjest zamknięte od strony dolnego wyrobiska chodnikowego 4 tamą murową 8 w kształcie łuku koła o strzałce wygięcia f i o ustalonej obliczeniowo grubości g, wbudowaną w spąg, ociosy i strop tego pochyłego wyrobiska korytarzowego 2. Za tamą murową 8 wprowadza się poprzez górny wlot tego pochyłego wyrobiska korytarzowego 2 zawiesinę popiołowo - wodną w trzech fazach podsadzania, tworząc korek podsadzkowy 9 o długości lp z utwardzonej po odsączeniu wody do zrobów 3 zawiesiny popiołowo - wodnej, który wykazuje korzystnie kohezję k = 0,116 MPa oraz kąt tarcia wewnętrznego p = 28,3°.

Długość lp korka podsadzkowego 9 jest ustalona obliczeniowo tak, że jego naprężenie Gn względem płaszczyzny styku z powierzchnią spągu, ociosów i stropu pochyłego wyrobiska górniczego korytarzowego 2 wywiera opór większy od nacisku wywieranego przez ciśnienie pf odpadów płynnych poflotacyjnych 1 wypełniających pozostałą część pochyłego wyrobiska górniczego korytarzowego 2 o długości lf, co zapewnia pełne zabezpieczenie przed wdarciem tych odpadów płynnych poflotacyjnych 1 do dolnego wyrobiska chodnikowego 4 i niżej położonych wyrobisk górniczych. Dla zapewnienia bezpiecznej eksploatacji w sąsiadujących wyrobiskach górniczych długości lp korka podsadzkowego 9 jest powiększona o współczynnik bezpieczeństwa n. Grubość g tamy murowej 8 o strzałce wygięcia f i szerokości s pochyłego wyrobiska korytarzowego 2 jest równa co najmniej wartości:

g = 0,5f - 0,04s gdzie:

W pierwszej fazie podsadzania napełnia się dolną część pochyłego wyrobiska korytarzowego 2 zawiesiną popiołowo - wodną o ciężarze właściwym - do wysokości h tamy murowej 8, która wywiera parcie na tę tamę murową 8 o sile

170 391

Ρ=3/2² . . . .

Wytrzymałość tamy murowanej 8 o grubości g i strzałce wygięcia f musi być większa od siły P1.

W drugiej fazie podsadzania po uzyskaniu utwardzenia pierwszego odcinka korka podsadzkowego 9a z odsączonej do zrobów 3 zawiesiny popiołowo - wodnej napełnia się dalszą część wyrobiska górniczego korytarzowego 2 zawiesiną popiołowo - wodną powyżej wysokości h tamy murowej 8 na długość l1 wytrzymującą jej parcie o ciśnieniu p0 przez tamę murową 8 i pierwszy odcinek korka podsadzkowego 9a, który charakteryzuje się określonymi parametrami wytrzymałościowymi: kohezję k=0,116 MPA i kątem tarcia wewnętrznego p = 28,3°. W oparciu o znane wzory z mechaniki górotworu określa się siłę P2 działającą na tamę murową 8, która wynosi:

,2 r

P2=[(h2-+ Poh)A- 2kh] A gdzie

A = tg² (45®- pp)

Porównując wartość siły P2 obciążającą tamę murową 8 z maksymalną wartością jej wytrzymałości przy dopuszczalnym naprężeniu materiału tamy kc otrzymuje się wzór na długość l; otrzymanego w drugiej fazie podsadzania dragiego odcinka korka podsadzkowego 9b w postaci:

h\ sin ·ίW trzeciej fazie podsadzania po uzyskaniu utwardzenia drugiego odcinka korka podsadzkowego 9b z odsączonej do zrobów 3 zawiesiny popiołowo - wodnej napełnia się dalszą część pochyłego wyrobiska górniczego korytarzowego 2 zawiesiną popiołowo - wodną do wysokości odpowiadającej obliczonej długości lp całego korka podsadzkowego 9, której parametry wytrzymałościowe określa kohezja k - 0,116 MPa i kąt tarcia wewnętrznego p = 28,3°. Zakładając, że naprężenie G_n korka podsadzkowego 9 względem płaszczyzny styku ze stropem pochyłego wyrobiska górniczego korytarzowego 2 jest równe O, zaś względem płaszczyzny styku z jego spągiem jest równe γή c osai natomiast względem płaszczyzny styku z jego ociosami jest równe Xyh cosai gdzie λ jest współczynnikiem rozporu bocznego, to na korek podsadzkowy 9 działają wzdłuż osi głównej wyrobiska z jednej strony ciśnienia pf = yf lf sin składowanych nad nim odpadów poflotacyjnych 1 o ciężarze właściwym yf na długości lf tego pochyłego wyrobiska górniczego korytarzowego 2, zaś z drugiej strony działa ciśnienie pt tamy murowej 8. Zgodnie ze schematem obliczeniowym przedstawionym na fig. 5 z warunku sumy rautów wszystkich sił na kierunek pionowy, przy przyjęciu hipotezy Coulomba - Mohra do określania granicznego oporu ścinania τ = Gntgp + k otrzymuje się równanie w postaci:

pths + slpk + slp (y h cos α tgp + k) + 2hlp (λγ h cos α tgp + k) = hs (pf + y h sina)

Z powyższego równania otrzymuje się po przekształceniu oraz wprowadzeniu współczynnika bezpieczeństwa n wzór na całkowitą długość lp korka podsadzkowego 9 w postaci:

n(p_f - p_t + yh sini.) ^p ⁼ s ( p h cos JL tg g + 2k) + 2h( Ajph cositgj + k)

Dla zapewnienia bezpiecznej eksploatacji w sąsiadujących wyrobiskach górniczych przyjmuje się współczynnik bezpieczeństwa n dla systemu eksploatacji ścianowej z podsadzką w wysokości n = 5, zaś dla systemu eksploatacji ścianowej z zawałem stropu w wysokości n = 10.

170 391

170 391

Fig. 5

170 391

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 eg: Cena 2,00 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób lokowania odpadów płynnych lub półpłynnych w wyrobisku górniczym kopalni głębinowej, zwłaszcza w wyrobisku korytarzowym, otoczonym jednostronnie lub dwustronnie zrobami w sąsiedztwie prowadzonej eksploatacji górniczej, znamienny tym, że dolny wylot pochyłego wyrobiska górniczego (2) o danym kącie nachylenia (a) oraz danej długości (I) i szerokości (s) zamyka się tamą murową (8) w kształcie łuku koła o strzałce wygięcia (f) i ustalonej grubości (g) równej lub większej od wartości (0,5f-0,04s), a następnie wprowadza się poprzez górny wlot tego pochyłego wyrobiska górniczego (2) zawiesinę popiołowo - wodną, tworząc w co najmniej trzech fazach podsadzania ustalonej obliczeniowo długości odcinki korka podsadzkowego (9) z utwardzonej zawiesiny popiołowo - wodnej, wykazującą odpowiednią kohezję (k) i kąt tarcia wewnętrznego (p), przy czym każdą fazę podsadzania z wprowadzeniem zawiesiny popiołowo - wodnej do kolejnego odcinka korka podsadzkowego (9) rozpoczyna się po uzyskaniu utwardzenia zawiesiny popiołowo - wodnej poprzedniego odcinka korka podsadzkowego (9), zaś po utwardzeniu zawiesiny popiołowo - wodnej ostatniego odcinka korka podsadzkowego (9) o ustalonej obliczeniowo długości (Ip) powiększonej współczynnikiem bezpieczeństwa (n) oraz naprężeniu (Gn) względem jego płaszczyzny styku z powierzchnią pochyłego wyrobiska górniczego (2) wprowadza się odpady płynne lub półpłynne zwłaszcza odpady poflotacyjne (1) o danym ciężarze (yf) dające na pozostałej długości (lf)pochyłego wyrobiska górniczego (2) ciśnienie (pf = f lf sin) o wartości mniejszej od granicznego oporu ścinania (τ) korka podsadzkowego (9) o wartości ( = Gn tg + k).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w pierwszej fazie podsadzania napełnia się dolną część pochyłego wyrobiska górniczego (2) zawiesiną popiołowo - wodną o danym ciężarze właściwym (y) do wysokości (h) tamy murowej (8).