Спосіб створення протифільтраційного колекторного екрану у масиві гірських порід під техногенним скупченням промислових відходів

Реферат: Спосіб створення протифільтраційного колекторного екрана у масиві гірських порід під техногенним скупченням промислових відходів полягає у створенні в масиві гірських порід через систему гірничих виробок похилої технологічної порожнини необхідних геометричних розмірів та заповнення її твердіючим бар'єрним матеріалом. В процесі вироблення підстилаючих порід забрудненої території в масиві гірських порід без контакту із скупченням небезпечних техногенних відходів створюють захисний екран. UA 68052 U (12) UA 68052 U UA 68052 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої справи, а саме до підземного будівництва, і спрямована на розвиток та удосконалення існуючих способів по створенню протифільтраційних бар'єрів для гідроізоляції надр від поширення забруднюючих речовин, збору та подачі на переробку і захоронення небезпечних розчинів, а також зміні геомеханічних властивостей масиву гірських порід. Спосіб може бути використаним для створення допоміжних інженерних елементів у гірничих виробках для зміцнення виробленого підземного простору, створення та укріплення захисних екранів під спорудами, а також для ізоляції сховищ небезпечних промислових відходів. Відомий спосіб та пристрій для підсилення фундаменту [патент РФ № 2170303, E02D27/08, 1999 р.]. Даний спосіб включає розробку траншеї із зовнішньої сторони фундаменту, створення горизонтальних виробок під фундаментом вогневим методом, закладку у виробки арматури і закачування цементного розчину. Недоліком цього способу є складність конструкції, яка потребує використання реактивного пальника, висока енергоємність, неможливість створення захисного колекторного бар'єру у підстилаючих забруднену територію породах. Відомий спосіб гідроізоляції діючого сховища промислових відходів [патент України № 68171A, E21D11/38, E02D31/00, 2004 р.], який полягає у створенні через сховище системи вертикальних свердловин, рівномірно пробурених по площі сховища крізь відходи і нижче днища сховища і подальшому поширенні бентонітоцементного розчину, шляхом його помпування у ці свердловини. Недоліком цього способу є неможливість улаштування гідроізоляції без доступу до сховища промислових відходів, ненадійність самих стиків та ізоляції, неможливість колекторного збору, подачі на переробку та захоронення отруйних розчинів. Відомий також пристрій і метод для створення підземних захисних бар'єрів [патент США № US 5957624 E02D 5/20, 1999], який полягає у спрямованому руйнуванні підстилаючого забруднену територію ґрунту гідророзмивним пристроєм із одночасним заповненням утвореної порожнини бар'єрним матеріалом. Недоліком способу є виконання робіт у безпосередній близькості із площадкою промислових відходів, неможливість створення захисного бар'єру на випадок твердих порід, підстилаючих забруднену територію, колекторний збір і подачу на переробку та захоронення отруйних розчинів. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб улаштування екрана під спорудою [патент України № 35065A, E02D29/00, 2001 р.], який включає створення направляючих свердловин, розміщення в них відхиляючих пристроїв, розробку ґрунту між свердловинами ґрунторозробним елементом під дією технологічного флюїду з утворенням порожнини та заповнення порожнини конструкційним матеріалом. Недоліком цього способу є неможливість створення захисного екрана в масиві твердих порід та подальше розповсюдження в надрах, по поверхні утвореного бар'єру, небезпечних речовин. В основу корисної моделі поставлено задачу створення без контакту із об'ємом небезпечних техногенних відходів протифільтраційного колекторного екрана шляхом вироблення через систему гірничих виробок технологічної порожнини у масиві гірських порід, що забезпечить захист надр від проникнення отруйних речовин, збір і видачу на поверхню для переробки та захоронения рідких техногенних відходів. Поставлена задача вирішується наступним чином. Шляхом вироблення системи виробок утворюється технологічна порожнина заданого нахилу та розмірів, що забезпечується використанням породоруйнуючих інструментів, виконаних у вигляді колеса зі ступицею, спицями і ободом, та схемою їх з'єднання. Утворювану технологічну порожнину за допомогою гідромоніторів поетапно заповнюють твердіючим бар'єрним матеріалом. Пульпу та рідкі техногенні відходи, що самопливом гідротранспортуються в зумпф, магістральним трубопроводом викачують на поверхню. На фіг. 1 зображено схему розкриття і підготовки підстилаючих порід до створення протифільтраційного колекторного комплексу (ПКК) підземним способом. На фіг. 2 показано схему розкриття і підготовки підстилаючих порід підземними гірничими виробками в плані при створенні ПКК з розміщенням гірничопромислового обладнання. На фіг. 3 показано схему розкриття підстилаючих порід майданчика промислових відходів підземними гірничими виробками в ізометрії. На фіг. 4 зображено породоруйнуючий інструмент у розрізі та в робочому положенні. На фіг. 5 зображено механізм розмежування очисного та виробленого простору ділянок виробки. На фіг. 6 - схему відпрацювання ділянки технологічної порожнини з розмежуванням очисного та виробленого просторів. На фіг. 7 - технологічну схему створення захисного екрана. Головним елементом захисного ПКК згідно з технологічною схемою (фіг. 1) є система підземних гірничих виробок - похила розкриваюча виробка 1, магістральна 2 і ділянкові виробки 1 UA 68052 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3, що забезпечують розкриття підстилаючих забруднену територію гірських порід і дозволяють створити в надрах захисний колекторний екран, який забезпечує направлений самопливний збір техногенних розчинів, що містять агресивні хімічні або радіоактивні компоненти, в колектор, виконаний у вигляді зумпфа 6. Із земної поверхні в підстилаючих породах 4 проходять похилу розкриваючу виробку 1 з кутом нахилу, що не перевищує 30°. Біля устя виробки створюють бетонний портал 5, встановлюють підйомну машину і вентиляційне обладнання. При виході забою похилої розкриваючої виробки на проектну відмітку здійснюють проходження магістральної 2 і ділянкових підготовчих виробок 3. У торцевій частині виробки 2 здійснюють проходку зумпфа 6, який оснащують насосами - основним, резервним і запасним. На стадії розкриття підстилаючих порід техногенного об'єкта проведення підготовчих виробок, насосне обладнання використовують для водовідливу (на схемі не показано), а на стадії функціонування ПКК - для видачі техногенних розчинів на промисловий майданчик для переробки і подальшої утилізації. Виробки 3 через певний інтервал проходять з магістральної виробки 2, пройденої під кутом  до горизонту відносно верхнього рівня зумпфа 6. Осі ділянкових виробок направляють під прямим кутом до магістральної, а проходку ділянкових виробок 3 здійснюють під кутом  до основи магістральної виробки 2, що в подальшому забезпечить гідротранспортування самопливом у напрямку 11 рідких промислових відходів 12, утворених внаслідок просочування фільтраційних потоків техногенних розчинів 9, в зумпф 6. Довжина кожної підготовчої виробки не менша за ширину майданчика з промисловими відходами 7. Похилу розкриваючу виробку, підготовчі магістральну і ділянкові кріплять за суцільною схемою бетоном 13. При створенні ПКК магістральним трубопроводом викачують на поверхню пульпу, а при експлуатації - зібрані в зумпф 6 рідкі техногенні відходи 12 на переробку і захоронення. В магістральній виробці 2 розміщують обладнання для життєзабезпечення, гірничотехнічне обладнання, трубопровід для подачі води під тиском, а також трубопровід для подачі твердіючого заповнювача (наприклад, цементного розчину) з метою створення захисного екрана для запобігання забрудненню ґрунтових вод 10. Створення технологічної порожнини здійснюють у наступний спосіб. Довкола поздовжніх осей ділянкових виробок 3 встановлюють по дві двобарабанні тягові лебідки 16 однакових типорозмірів. Барабан лебідки 16 з'єднують з канатом, який запасовано в якорях 15 і оснащено породоруйнуючими інструментами 14. Протилежна торцева частина каната намотана на барабан відповідної парної лебідки 16. Породоруйнуючі інструменти жорстко встановлюються на канаті, що розкручується, з можливістю регулювання відстані між ними. Породоруйнуючий інструмент виконаний у вигляді колеса зі ступицею 20, спицями 21 і ободом 22. Торцеві частини породоруйнуючого інструменту оснащені ріжучими твердосплавними елементами 23 з можливістю заміни при затупленні ріжучої кромки 24. Торцеві частини спиць 21 виконані у формі клинів з можливістю подальшого подрібнення відбитої породи. Механізм розмежування очисного і виробленого просторів ділянок відпрацювання технологічних порожнин при створенні захисного екрана виконаний у вигляді труби 25, довжина якої регламентується довжиною відпрацьовуваного простору. Торцеві частини труби 25 оснащені зірочками 26 і 27 з ланцюгами 28 і 29. Один кінець ланцюга 28 з'єднано з канатом 30, що не розкручується, який намотано на барабан лебідки 16. Інший кінець ланцюга 28 з'єднано з якорем 31 канатом 32. Аналогічно один кінець ланцюга 29 канатом, що не розкручується, з'єднано з барабаном лебідки, спареної до лебідки 16, а інший його кінець зафіксовано якорем (на кресленнях не показано). На першому етапі здійснюють створення захисного екрана у виробленому просторі ділянок відроблення технологічних порожнин 33 і наступних. При цьому довжина ділянки відроблення технологічної порожнини (Дп) регламентується шириною майданчика техногенних відходів. Ширину ділянки відроблення технологічної порожнини (Шп) встановлюють з урахуванням гірського тиску, інтенсивності відроблення, часу заповнення відпрацьованого простору технологічної порожнини твердіючим матеріалом і тривалістю набуття твердіючим матеріалом необхідної міцності. Потужність технологічної порожнини (Пп), яка відповідає потужності захисного екрана, встановлюють в залежності від міцнісних властивостей твердіючого матеріалу і неможливості порушення суцільності захисного екрана за період просочування промислових відходів, їх переробки та утилізації. На цій підставі остаточно встановлюють діаметр породоруйнуючих інструментів 14 і діаметр труби 25 механізму розмежування очисного та виробленого просторів ділянок відроблення 2 UA 68052 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 технологічної порожнини. При цьому діаметр труби 25 механізму розмежування повинен бути дещо меншим за діаметр породоруйнуючого інструменту з урахуванням деформації покрівлі ділянки відроблення в часі, що необхідний для забезпечення технологічних процесів. Відроблення ділянки технологічної порожнини здійснюють наступним чином. Якорі 15 встановлюють на лінії розмежування ділянок виробки 17, а також наступних за шириною. В основі внутрішніх бетонних стін магістральної виробки 2, ділянкових виробок 3 здійснюють руйнування міжщілинних ціликів 18, 19. При цьому в магістральній виробці 2 міжщілинні цілики 18 видаляють повністю по довжині ділянок відроблення технологічних порожнин. В ділянкових виробках 3 міжщілинні цілики 19 видаляють тільки в межах ширини відпрацьовуваного простору порожнини Шп. При ввімкнених лебідках 16 і розгальмованих барабанах здійснюють намотування каната на барабан лебідки 16 і його змотування з барабана парної лебідки з систематичним повторенням циклів. Породоруйнуючі інструменти, здійснюючи зворотно-поступальний рух відносно якорів 15 і обертальний за рахунок розкручування та скручування каната, при знакозмінних тягових зусиллях здійснюють руйнування забою, подальше подрібнення відбитої породи спицями 21, а також винесення зруйнованої породи в ділянкові виробки 3. Таким чином, ураження забою ділянки відроблення технологічної порожнини відбувається за рахунок зворотно-поступального плоско-паралельного руху породоруйнуючих інструментів. Після ураження забою ділянки відроблення технологічної порожнини породоруйнуючими інструментами виконують переміщення механізму розмежування і встановлення його спочатку в місцях розміщення технологічних вікон і зруйнованих міжекранних ціликів 19 в ділянкових виробках 3. Таким чином, труба 25 механізму розмежування виконує функції несучого цілика, що підтримує консольно зачіплену покрівлю ділянки вироблення технологічної порожнини. Переміщення труби 25 механізму розмежування здійснюється при розгальмованому барабані лебідки 16 і барабані спареної з нею лебідки. При намотуванні каната на барабан лебідки 16 і каната на барабан відповідної спареної лебідки, кінці яких з'єднані з торцями ланцюгів 28 і 29, які в свою чергу кінематично зв'язані із зірочками 26 і 27, причому інші торці ланцюгів жорстко з'єднані з якорями канатами, відбувається обертання труби 25 за рахунок крутного моменту і її переміщення у напрямку забою ділянки виробки. Відбувається також плоско-паралельний рух труби 25, тертя кочення якої об породи нависаючого і лежачого боків ділянки виробки значно нижче за тертя ковзання при поступальному русі труби, що є відмітною особливістю механізму розмежування, що характеризує його енергоємність. У торцевій частині технологічної порожнини 33 по її довжині після розміщення механізму розмежування встановлюють опалубку 34 по довжині ділянки відроблення технологічної порожнини. У ділянковій підготовчій виробці 3 встановлюють гідромонітор 35, який сполучають з трубопроводом 36. При відчиненій засувці і обертанні гідромонітора з певним кутом сектора струменем води видаляють відбиту породу у напрямку 37 в канаву 38 ділянкової виробки, якою пульпа гідротранспортується в зумпф. Із зумпфа з використанням землесоса 8 при відчиненій засувці пульпа трубопроводом виноситься на земну поверхню. Гідротранспортування пульпи в технологічній порожнині 33 і по канаві 38 відбувається самопливом за рахунок створення необхідних нахилів ґрунту лежачого боку технологічної порожнини і днища канави, що регламентуються кутами  і . Після видалення із відпрацьованого простору ділянки вироблення технологічної порожнини відбитої породи перекочують трубу механізму розмежування і встановлюють її в безпосередній близькості від породоруйнуючого інструменту. У нижньому торці ділянки технологічної порожнини встановлюють опалубку 40. Гідромонітор 35 від'єднують від трубопроводу 36 і з'єднують з трубопроводом 39. Від цементувального агрегату, встановленого на промисловому майданчику, при відчиненій засувці на гідромонітор 35 подається цементний розчин. Гідромонітором цементний розчин формується у струмінь і заповнює вироблений простір ділянки технологічної порожнини 33. як заповнювач виробленого простору ділянки технологічної порожнини можуть бути використані епоксидні смоли та інші матеріали на базі пінополіуретанів. Відроблення ділянки технологічної порожнини 33 і наступних починають з руйнування міжвіконних ціликів 19, що розміщені у ділянкових виробках 3. Після цього здійснюють відроблення ділянки технологічної порожнини, гідротранспортування відбитої породи у вигляді пульпи в зумпф, а потім на земну поверхню, переміщення механізму розмежування, встановлення опалубки по ширині ділянки відроблення технологічної порожнини у ділянкових виробках 3 і заповнення виробленого простору технологічної порожнини твердіючим матеріалом. 3 UA 68052 U 5 При цьому особлива увага приділяється зачищенню стиків суміжних ділянок відроблення з використанням гідромоніторного струменю. Наявність на стиках зруйнованих порід веде до зниження адгезійних властивостей заповнювача, а в кінцевому підсумку до зменшення міцнісних характеристик захисного екрана і його розчинопроникності, що неприпустимо. Після створення захисного екрана здійснюють демонтаж породоруйнуючого інструмента, механізму розмежування і гідромонітора та встановлюють обладнання для подачі на поверхню зібраних техногенних розчинів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб створення протифільтраційного колекторного екрана у масиві гірських порід під техногенним скупченням промислових відходів, який полягає у створенні в масиві гірських порід через систему гірничих виробок похилої технологічної порожнини необхідних геометричних розмірів та заповнення її твердіючим бар'єрним матеріалом, який відрізняється тим, що в процесі вироблення підстилаючих порід забрудненої території в масиві гірських порід без контакту із скупченням небезпечних техногенних відходів створюють захисний екран, який не допускає проникнення отруйних речовин у надра та за рахунок нахилу забезпечує самопливне гідротранспортування розчинів у колектор з можливістю їх подальшої подачі на поверхню для переробки та захоронення. 4 UA 68052 U 5 UA 68052 U 6 UA 68052 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7