PL175185B1 - Sposób uszczelniania wypływów silnie zmineralizowanych wód dołowych w podziemnych wyrobiskach korytarzowych - Google Patents

Abstract

Sposób uszczelniania wypływów silnie zmineralizo- ^-5 wanych wód dołowych w podziemnych wyrobiskach koryta57) rzowych kopalni głębinowej za pomocą iniekcji górotworu ' środkami wiążącymi prowadzonymi przez małośrednicowe otwory iniekcyjne w pierwszej kolejności w skałach otaczających wyrobisko korytarzowe na dłUgości ustalonej badaniami od granicy strefy wypływu tych wód, prowadząc je w kierunku tej granicy, a następnie iniekcję górotworu prowadzi się w samej strefie wypływu wód dołowych, przy czym iniekcję wykonuje się najpierw za pomocą otworów prostopadłych do obrysu wyrobiska korytarzowego, wykonanych wzdłuż niego w szeregach, a piatem iniekcję prowadzi się do skał zlokalizowanych między szeregami za pomocąwiązek otworówpochyłych wykonywanych w kierunku granicy strefy wypływu wód dołowych z tym, że odległości wzajemne szeregów otworów prostopadłych, jak i odległości między otworami prostopadłymi w szeregach ustala się praktycznie w zależności od zbadanej chłonności skał górotworu, znamienny tym, że najpierw wykonuje się w stropie i w bocznych ociosach wyrobiska korytarzowego (1) na skraju strefy wypływ (2) wód dołowych małośrednicowe iniekcyjne otwory badawcze (3) o głębokości większej od 0,6 szerokościwyrobiska korytarzowego (1), w które wtłacza się wodę oz.naczoną pod ciśnieniem do 50% ciśnienia szczelinowania skał otaczających wyrobiskodla określeniadługości (1) zasięgustrefyspękań górotworu od granicy strefy wypływu (2) wód dołowych, przepuszczającej wodę oznaczoną do wyrobiska korytarzowego (1), poczem dokonuje się uszczelnienia skał otaczających iskałw samej strefie wypływu (2) wód dołowych dwustopniową iniekcją środkami wiążącymi dla wytworzenia dwóch stref uszczelniających (U1, U2) wyrobiska korytarzowego (1), w których pierwszą strefę uszczelniającą (U1) uzyskuje się poprzez wstępne wtłaczanie do iniekcyjnych otworów badawczych (3) i wykonywanych kolejno iniekcyjnych otworów prostopadłych (

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uszczelniania wypływów silnie zmineralizowanych wód dołowych w podziemnych wyrobiskach korytarzowych kopalni głębinowej przez wtłaczanie w pory i szczeliny skał górotworu pod ciśnieniem zaczynów uszczelniających samozestalających się, dla znacznego ograniczenia wypływu tych zmineralizowanych wód dołowych z górotworu oraz ich zrzutu do wód powierzchniowych, co ma poważny wpływ na zmniejszenie uciążliwości eksploatacyjnych kopalń głębinowych dla środowiska naturalnego.

175 185

Dotychczas znane sposoby utylizacji zmineralizowanych wód dołowych mają ograniczony zakres działania i nie zapewniają skutecznego zmniejszenia zagrożeń zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Pomimo wysiłków czynionych w kierunku właściwej utylizacji lub zagospodarowania zmineralizowanych wód dołowych poważna ich ilość, zwłaszcza słonych wód zawierających substancje radioaktywne, jest odprowadzana poprzez cieki wodne do rzek. Wypływające z górotworu zmineralizowane wody złożowe do wyrobisk górniczych, zwłaszcza korytarzowych kopalni głębinowej zawierają często podwyższone ilości substancji radioaktywnych w stosunku do tła naturalnego. Powoduje to dodatkowe trudności i niedogodności, ponieważ wskutek przepływu tych wód wytrącają się w podziemnych wyrobiskach górniczych i na powierzchni osady radioaktywne, które stanowią poważne utrudnienia zarówno w trakcie prowadzenia eksploatacji górniczej, jak również dla środowiska naturalnego na powierzchni kopalni. Wskutek mieszania się wód dołowych zawierających jony baru z wodami dołowymi zawierającymi jony siarczanowe występuje samoczynne wytrącanie się siarczanu barowego, który osiada jako osad stanowiący zagrożenie dla środowiska naturalnego, ponieważ proces wytrącania się tych uciążliwych osadów zainicjonowany w podziemnych wyrobiskach górniczych nadal trwa na powierzchni wzdłuż trasy przepływu kopalnianych wód dołowych.

Znane są sposoby zabezpieczenia wyrobisk górniczych przed wypływem wód dołowych z górotworu przez uszczelnianie iniekcyjne skał otaczających za pomocą środków wiążących, polegające na tym, że w strefie wypływu tych wód w skałach otaczających wyrobisko górnicze wierci się otwory małośrednicowe, do których następnie wtłacza się środki wiążące. Otwory iniekcyjne mają kierunek w przybliżeniu prostopadły do obrysu wyrobiska górniczego i są wykonywane we wzajemnej odległości między sobą wyznaczonej przez zasięg wypływu z calizny górotworu zatłoczonego środka wiążącego. W zależności od charakterystyki skał oraz wielkości ciśnienia szczelinowania skał do iniekcji dobiera się środki wiążące o żądanych własnościach.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 129 683 rozwiązanie sposobu uszczelniania wyrobisk górniczych, polegające na stosowaniu mieszaniny składającej się z polimerów akrylowych w ilości od 0,5 do 48 części wagowych kondensatów i/lub żywic formaldehydowo-aminowych w ilości od 15 do 50 części wagowych, katalizatorów w ilości od 0,1 do 2,0 części wagowych, środków pianotwórczych w ilości od 0,1 do 2,0 części wagowych i wody uzupełniającej do 100 części wagowych. Mieszaninę tę spienia się powietrzem, dodając substancji wiążącej formaldehyd w odpowiedniej ilości od 0,1 do 0,5 części wagowych. Tak spienioną mieszaninę nakłada się na uszczelnioną powierzchnię lub wypełnia się nią puste miejsca w wyrobisku górniczym. Znany sposób przewiduje jednorazowe nakładanie mieszaniny lub nakładanie jej w kilku warstwach, przy czym następną warstwę nakłada się po zestalaniu się warstwy poprzedniej. Okazało się, że nieokreślone, dowolne i swobodne w sposobie nakładanie spienionej mieszaniny na powierzchnię górotworu powoduje spływanie dużej części mieszaniny po uszczelnianej powierzchni, a zwłaszcza na powierzchniach pionowych, odsłaniając szczeliny i nierówności skał górotworu, które miały być uszczelnione. Dla zapobieżenia powyższych niedogodności opracowano znany z polskiego opisu patentowego nr P. 245 866 sposób, polegający na odpowiednim okładaniu uszczelnianej powierzchni wyrobiska górniczego płachtami płótna lub folii i następnie wtłaczaniu omawianej mieszaniny spienionej w przestrzeń pomiędzy uszczelnianą powierzchnię wyrobiska górniczego a nałożonymi płachtami.

Powyższe rozwiązanie znalazło ograniczone zastosowanie, z uwagi na dużą pracochłonność i zbyt duże koszty materiałowe. Znane jest również z polskiego opisu patentowego nr 149 058 rozwiązanie sposobu uszczelniania wyrobisk górniczych za pomocą spienionej powietrzem mieszaniny, składającej się z polimerów akrylowych w ilości od 0,5 do 48 części wagowych, kondensatów i/lub żywic formaldehydowo-aminowych w ilości od 15 do 50 części wagowych, katalizatorów w ilości od 0,1 do 2,0 części wagowych środków pianotwórczych w ilości od 0,1 do 2,0 części wagowych i wody uzupełniającej do 100 części wagowych oraz substancji wiążących formaldehyd w ilości od 0,1 do 0,5 części wagowych. Mieszaninę tę nakłada się po spienieniu na uszczelnianą powierzchnię co

1715 185 najmniej w dwóch warstwach. Stykającą się z uszczelnianą powierzchnią pierwszą warstwę nie grubszą od 2 cm nakłada się poziomymi pasami w odcinkach, rozpoczynając nakładanie poziomych pasów od góry uszczelnianej powierzchni i kolejno pasami położonymi coraz niżej. Następnie po stwardnieniu pierwszej warstwy nakłada się następną warstwę spienionej mieszaniny. Przed nałożeniem spienionej mieszaniny uszczelnianą powierzchnię zmywa się strumieniem wody. Mieszaninę chemiczną i katalizator przed spienieniem podgrzewa się w zbiornikach do temperatury ponad 12°C.

Niedogodnością powyższych rozwiązań jest wytworzenie niejednolitego i słabego płaszcza ochronnego wyrobiska górniczego, zwłaszcza korytarzowego, nie zabezpieczającego skutecznie i trwale przed wypływem zmineralizowanych wód dołowych z górotworu.

Znane jest także z polskiego opisu patentowego nr 147 115 rozwiązanie sposobu uszczelniania górniczych wyrobisk, zwłaszcza korytarzowych za pomocą iniekcji górotworu środkami wiążącymi prowadzonym przez małośrednicowe otwory iniekcyjne. W pierwszej kolejności iniekcję wykonuje się w skałach otaczających wyrobisko górnicze na długości niemniejszej od 10 metrów od granicy strefy wypływu wody lub gazu, prowadząc je w kierunku do tej granicy strefy wypływu, a dopiero potem iniekcję wykonuje się w samej strefie wypływu. Iniekcje wykonuje się najpierw za pomocą otworów prostopadłych do obrysu wyrobiska rozmieszczonych wzdłuż wyrobiska w szeregach, a potem iniekcje prowadzi się w skałach zlokalizowanych między szeregami za pomocą wiązek otworów pochyłych nachylonych pod kątem równym od 30° do 40° do osi wzdłużnej wyrobiska górniczego, wykonywanych w kierunku granicy strefy wypływu. Odległość wzajemną szeregów otworów prostopadłych, jak i odległość między otworami prostopadłymi w szeregach ustala się praktycznie w zależności od chłonności skał. Zarówno otwory prostopadłe w poszczególnych szeregach jak i otwory pochyłe w poszczególnych wiązkach zatłacza się kolejno naprzemian, rozpoczynając od otworu centralnego. Otwory pochyłe każdej z wiązek wykonuje się rozbieżnie względem siebie tak, że tworzą układ zbliżony do wachlarza. W każdej z wiązek otwory pochyłe wykonuje się na różną głębokość, przy czym otwory pochyłe bardziej oddalone od najdłuższego otworu pochyłego centralnego wykonuje się na głębokość niniejszą niż wykonanych bliżej otworu pochyłego centralnego, zaś strefy iniekcji zewnętrznych otworów pochyłych w sąsiednich wiązkach zachodzą na siebie.

Powyższe rozwiązanie nie zapewnia również wytworzenia odpowiedniego płaszcza ochronnego dla uszczelnianego wyrobiska górniczego korytarzowego, który zapewniłby pełne odcięcie tego wyrobiska od wypływów silnie zmineralizowanych wód dołowych, wypływających pod ciśnieniem z górotworu zarówno w strefie wypływu tych wód dołowych, jak też poza tą strefą poprzez pory i szczeliny wtórne górotworu, powstałe w trakcie iniekcji przy ciśnieniach mogących przekroczyć ciśnienie szczelinowania skał otaczających wyrobisko górnicze. Stąd wypływające silnie zmineralizowane wody dołowe, zwłaszcza o dużym zasoleniu i zawierające substancje radioaktywne są nadal wypompowane na powierzchnię kopalni i odprowadzane poprzez cieki wodne do rzek, stanowiąc ewidentne zagrożenie dla środowiska naturalnego.

Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przez nowe rozwiązanie sposobu uszczelniania wypływów silnie zmineralizowanych wód dołowych w podziemnych wyrobiskach korytarzowych kopalni głębinowej za pomocą iniekcji górotworu środkami wiążącymi, prowadzonymi przez małośrednicowe otwory iniekcyjne w pierwszej kolejności w skałach otaczających wyrobisko korytarzowe na długości ustalonej badaniami od granicy strefy wypływu tych wód, prowadząc je w kierunku granicy tej strefy, a następnie iniekcję prowadzi się w samej strefie wypływu tych wód. Iniekcję wykonuje się najpierw za pomocą otworów prostopadłych do obrysu wyrobiska korytarzowego, wykonanych wzdłuż niego w szeregach, a potem iniekcję prowadzi się do skał zlokalizowanych między szeregami za pomocą wiązek otworów pochyłych wykonywanych w kierunku granicy strefy wypływu tych wód dołowych. Odległość wzajemną szeregów otworów prostopadłych, jak i odległość między otworami prostopadłymi w szeregach ustala się praktycznie w zależności od zbadanej chłonności skał górotworu. Zgodnie z wynalazkiem najpierw w strefie wypływu tych wód dołowych w wyrobisku korytarzowym wykonuje się w stropie i w bocznych ociosach na skraju

175 185 tej strefy małośrednicowe otwory iniekcyjne badawcze o głębokości większej od 0,6 szerokości wyrobiska korytarzowego, w które wtłacza się pod ciśnieniem do 50% ciśnienia szczelinowania wodę oznaczoną, dla określenia długości zasięgu strefy spękań górotworu od granicy tej strefy wypływu przepuszczającej wodę oznaczoną do wyrobiska korytarzowego. Potem dokonuje się uszczelnienia skał otaczających strefę wypływu tych wód dołowych dwustopniową iniekcją środkami wiążącymi dla wytworzenia dwóch stref uszczelniających wyrobisko korytarzowe. Pierwszą strefę uszczelniającą uzyskuje się poprzez wstępne wtłaczanie do małośrednicowych otworów iniekcyjnych badawczych i wykonywanych kolejno małośrednicowych otworów iniekcyjnych o głębokości równej od 0,6 do 1,2 głębokości otworów iniekcyjnych badawczych pod ciśnieniem od 20% do 50% ciśnienia szczelinowania środków iniekcyjnych czynnych w środowisku wodnym o krótkim czasie wiązania lub polimeryzacji i dobrej przyczepności do skał górotworu, korzystnie roztworu krylaminu DU z katalizatorem KU w stosunku 4:1. Następnie drugą strefę uszczelniającą uzyskuje się poprzez wtłaczanie do wywierconych ponownie i pogłębionych małośrednicowych otworów iniekcyjnych o głębokości równej od 1,6 do 2,4 głębokości uprzednich otworów iniekcyjnych badawczych pod ciśnieniem nie przekraczającym ciśnienia szczelinowania środków iniekcyjnych czynnych w środowisku wodnym o niskiej lepkości i dłuższym czasie przetłaczalności oraz wiązania lub polimeryzacji, korzystnie roztworu solakrylu SW z aktywatorami trietanoloaminą i nadsiarczanem amonu.

Zastosowanie przedmiotu wynalazku umożliwia uzyskanie szczelnego dwuwarstwowego płaszcza ochronnego dla poszczególnych podziemnych wyrobisk korytarzowych, zabezpieczającego całkowicie skutecznie przed wypływami silnie zmineralizowanych wód dołowych z górotworu zarówno ze skał w strefach wypływu tych wód dołowych, jak również ze skał otaczających wyrobisko korytarzowe poza strefą wypływu wód na granicy zagrożeń wypływów wtórnych tych wód dołowych. Zapewnia to maksymalne ograniczenie zrzutu tych wód dołowych, zwłaszcza o dużym zasoleniu i zawierających substancje radioaktywne, do wód powierzchniowych, wpływając równocześnie bardzo poważnie na poprawę ochrony środowiska naturalnego.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie odcinek podziemnego wyrobiska korytarzowego z dwoma strefami uszczelniającymi przechodzącego przez strefę wypływu silnie zmineralizowanych wód dołowych w przekroju podłużnym, natomiast fig. 2 przedstawia schematycznie powyższe wyrobisko korytarzowe z dwoma strefami uszczelniającymi w przekroju poprzecznym.

Sposób uszczelniania wypływów silnie zmineralizowanych wód dołowych według wynalazku jest realizowany w podziemnym wyrobisku korytarzowym 1 ze strefą wypływu 2 wód dołowych przez wstępne wykonanie na skraj ach tej strefy wypływu 2 wód dołowych w stropie i w ociosach bocznych wyrobiska korytarzowego 1 małośrednicowych iniekcyjnych otworów badawczych 3 o głębokości większej od 0,6 szerokości wyrobiska korytarzowego 1. Następnie w powyższe otwory badawcze 3 wtłacza się wodę oznaczoną pod ciśnieniem do 50% ciśnienia szczelinowania skał otaczających, określając długość 1 zasięgu strefy spękań górotworu od granicy tej strefy wypływu 2 wód dołowych, przepuszczającej wodę oznaczoną do wyrobiska korytarzowego 1. W dalszej kolejności dokonuje się uszczelniania skał otaczających i skał w samej strefie wypływu 2 wód dołowych przez dwustopniową iniekcję środkami wiążącymi, wytwarzającą dwuwarstwowy płaszcz ochronny wyrobiska korytarzowego 1 przez dwie strefy uszczelniające U1 i U2. Pierwszą strefę uszczelniającą U1 uzyskuje się poprzez wstępne wtłaczanie do małośrednicowych iniekcyjnych otworów badawczych 3 pod ciśnieniem do 50% ciśnienia szczelinowania środka iniekcyjnego czynnego w środowisku wodnym o krótkim czasie wiązania lub polimeryzacji i dobrej przyczepności do skał górotworu w postaci roztworu krylaminu DU z katalizatorem KU w stosunku 4:1. Następnie wykonuje się kolejno z obu stron strefy wypływu 2 wód dołowych w odległości 1 od jej granicy w kierunku do środka tej strefy wypływa 2 wód dołowych małośrednicowe iniekcyjne otwory prostopadłe 4 do obrysu wyrobiska korytarzowego 1 o głębokości równej od 0,6 do 1,2 głębokości iniekcyjnych otworów badawczych 3, wykonanych wzdłuż niego w szeregach, które kolejno zatłacza się powyższym środkiem iniekcyjnym pod ciśnieniem od 20% do 50% ciśnienia szczelinowania skał, po czem wykonuje się kolejno pomiędzy szeregami iniekcyjnych otworów prostopadłych 4 wiązki iniekcyjnych otworów pochyłych 5 o głębokości do

1,2 głębokości iniekcyjnych otworów badawczych 3, wykonywanych w kierunku o środka strefy wypływu 2 wód dołowych, w które wtłacza się powyższy środek iniekcyjny pod ciśnieniem do 50% ciśnienia szczelinowania skał. Po wykonaniu w ten sposób pierwszej strefy uszczelniającej U1 wykonuje się drugą strefę uszczelniającą U2 poprzez wtłaczanie kolejno do wierconych ponownie i pogłębionych iniekcyjnych otworów badawczych 3, iniekcyjnych otworów prostopadłych 4 oraz iniekcyjnych otworów pochyłych 5 o głębokości równej od 1,6 do 2,4 uprzedniej głębokości iniekcyjnych otworów badawczych 3 pod ciśnieniem nie przekraczającym ciśnienie szczelinowania skał środka iniekcyjnego czynnego w środowisku wodnym o niskiej lepkości podobnej do lepkości wody i dłuższym czasie przetłaczalności oraz wiązania lub polimeryzacji w postaci roztworu solakrylu SW z aktywatorami trietanoloaminą i nadsiarczanem amonu. Zainicjowany roztwór solakrylu SW posiada niską lepkość zbliżoną do lepkości wody, wskutek czego posiada dużą zdolność penetracji uszczelnianego środowiska skał górotworu. W określonym czasie regulowanym ilością aktywatorów roztwór solakrylu SW zestala się w sprężysty elastyczny żel, który uszczelnia wszystkie puste przestrzenie penetrowanego górotworu. Powstały żel zapobiega przenikanie wód dołowych, zaś dzięki zdolności zwiększania swej objętości pod wpływem wody przyczynia się do lepszego uszczelnienia ośrodka, zaś poprzez wiązanie cząstek skał prowadzi do znacznego wzrostu ich wytrzymałości.

Fig. 2

175 185

Fig. 1

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

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób uszczelniania wypływów silnie zmineralizowanych wód dołowych w podziemnych wyrobiskach korytarzowych kopalni głębinowej za pomocą iniekcji górotworu środkami wiążącymi prowadzonymi przez małośrednicowe otwory iniekcyjne w pierwszej kolejności w skałach otaczających wyrobisko korytarzowe na długości ustalonej badaniami od granicy strefy wypływu tych wód, prowadząc je w kierunku tej granicy, a następnie iniekcję górotworu prowadzi się w samej strefie wypływu wód dołowych, przy czym iniekcję wykonuje się najpierw za pomocą otworów prostopadłych do obrysu wyrobiska korytarzowego, wykonanych wzdłuż niego w szeregach, a potem iniekcję prowadzi się do skał zlokalizowanych między szeregami za pomocą wiązek otworów pochyłych wykonywanych w kierunku granicy strefy wypływu wód dołowych z tym, że odległości wzajemne szeregów otworów prostopadłych, jak i odległości między otworami prostopadłymi w szeregach ustala się praktycznie w zależności od zbadanej chłonności skał górotworu, znamienny tym, że najpierw wykonuje się w stropie i w bocznych ociosach wyrobiska korytarzowego (1) na skraju strefy wypływu (2) wód dołowych małośrednicowe iniekcyjne otwory badawcze (3) o głębokości większej od 0,6 szerokości wyrobiska korytarzowego (1), w które wtłacza się wodę oznaczoną pod ciśnieniem do 50% ciśnienia szczelinowania skał otaczających wyrobisko dla określenia długości (1) zasięgu strefy spękań górotworu od granicy strefy wypływu (2) wód dołowych, przepuszczającej wodę oznaczoną do wyrobiska korytarzowego (1), poczem dokonuje się uszczelnienia skał otaczających i skał w samej strefie wypływu (2) wód dołowych dwustopniową iniekcją środkami wiążącymi dla wytworzenia dwóch stref uszczelniających (U1, U2) wyrobiska korytarzowego (1), w których pierwszą strefę uszczelniającą (U1) uzyskuje się poprzez wstępne wtłaczanie do iniekcyjnych otworów badawczych (3) i wykonywanych kolejno iniekcyjnych otworów prostopadłych (4) oraz iniekcyjnych otworów pochyłych (5) o głębokości równej od 0,6 do 1,2 głębokości otworów badawczych (3) pod ciśnieniem od 20% do 50% ciśnienia szczelinowania skał środków iniekcyjnych czynnych w środowisku wodnym o krótkim czasie wiązania lub polimeryzacji i dobrej przyczepności do skał górotworu, korzystnie roztworu krylaminu DU z katalizatorem KU w stosunku 4:1, a następnie drugą strefę uszczelniającą (U2) uzyskuje się przez wtłaczanie do wywierconych ponownie i pogłębionych iniekcyjnych otworów badawczych (3), otworów prostopadłych (4) oraz otworów pochyłych (5) o głębokości równej od 1,6 do 2,4 poprzedniej głębokości otworów badawczych (3) pod ciśnieniem nie przekraczającym ciśnienia szczelinowania skał środków iniekcyjnych czynnych w środowisku wodnym o niskiej lepkości i dłuższym czasie przetłaczalności oraz wiązania lub polimeryzacji, korzystnie roztworu solakrylu SW z aktywatorami trietanoloaminą i nadsiarczanem amonu.