Строительство подземных ёмкостей в отложениях каменной соли.

Сущность способа (Рис. 7.1. Технологическая схема размыва подземной емкости в отложениях каменной соли), заключается в том, что с по­верхности в толщу соляных пород 5 бурят скважину 4, которую оборудуют обсадной трубой 7 с цементацией затрубного прост­ранства 3, а также водоподающей 2 и рассолоподъемной 1 тру­бами. По ставу труб 2 непрерывно с поверхности подают воду, которая, циркулируя в замкнутом пространстве, растворяет массив соляных пород. Насыщенный раствор поднимается по трубе 1 на поверхность. В результате непрерывной циркуляции воды в массиве постепенно создается емкость 9. Процесс рас­творения (выщелачивания) осуществляется до тех пор, пока не будет создана емкость проектных размеров 6.

Создание подземной емкости заданной конфигурации воз­можно только с применением управляемого процесса растворе­ния при помощи регулируемой подачи жидкого или газообраз­ного нерастворителя 8, предохраняющего подземную полость от произвольного размыва. В качестве нерастворителя обычно используют жидкие нефтепродукты или СУГ, а также воздух или азот. Нерастворитель подают в межтрубное пространство обсадной трубы 7 и внешней рабочей колонны 2.

Таким способом возводят емкости в отложениях каменных солей мощностью не менее 10 м. Наиболее целесообразно ем­кости располагать в мощных пластах каменной соли (50— 250 м), имеющих значительную площадь распространения (бо­лее 10 км2). Минимальная глубина заложения подземных ем­костей зависит от свойств покрывающих пород и давления па­ров сжиженных газов и принимается из расчета, что 0,1 МПа давления СУГ уравновешивается весом пород мощностью не менее 6 м.

Скважины для создания подземных емкостей бурят обыч­ными методами согласно Единым техническим правилам веде­ния работ при бурении скважин в нефтяных, газовых и газо-конденсатных месторождениях. При подходе забоя к соляному пласту для предотвращения размыва стенок скважины глини­стый раствор приготовляют на концентрированном растворе со­ли. При бурении скважин особое внимание должно уделяться из вертикальности и герметичности. Искривление скважин усложняет спуск и подъем рабочих колонн и может привести их к обрыву. Кривизну скважины изменяют инклинометром пе­риодически через каждые 50 м. Отклонения скважины от за--данного направления не должны выходить за пределы конуса, образующая которого составляет угол 2° с вертикалью, прохо­дящей через устье скважины.

Колонна считается выдержавшей испытания, если в течение 30 мин падение давления не превышает 2% испытательного.

После окончания бурения и испытания скважину оборудуют системой рабочих колонн труб и затем приступают к размыву соли и созданию емкости проектных размеров.

Размыв соляных залежей осуществляют по двум принципи­ально различным методам: циркуляционным и водоструйным.

Циркуляционный метод размыва (см. рис. 7.1) заключается в непрерывной подаче по одной из рабочих колонн труб воды, которая, размывая соляной пласт, насыщается солью и по дру­гой колонне труб выдается на поверхность. Существует не­сколько технологических схем циркуляционного метода созда­ния подземных емкостей, однако все эти схемы сводятся к пря­моточному или противоточному режиму размыва солей.

При прямоточном режиме вода подается по центральной ко­лонне труб, а рассол выдавливается через межтрубное прост­ранство между внешней и центральной рабочи-ми колоннами.

При противоточном режиме вода подается по межтрубному пространству между внешней и центральной рабочими колон­нами, а рассол отбирается по центральной рабочей колонне.

Создание подземных резервуаров методом выщелачивания может производиться через одну или две скважины (одно- или двухскважинный вариант).

Рис 7 2 Технологические схемы выщелачивания каменной соли: 1-обсадная труба; 2 - водоподающая труба; 3 - нерастворитель; 4 - труба для подъема рассола

При односкважинном варианте создания емкости работы ве­дут заходками снизу вверх, сверху вниз и комбинированно. При выщелачивании по схеме снизу вверх (рис. 7.2, а) на стадии / создается гидровруб — вскрывающая выработка, предназначен­ная для приема нерастворимых включений и создания необхо­димой площади для дальнейшего растворения соляного массива Высоту гидровруба устанавливают в зависимости от кон­кретных условий. Она колеблется в пределах 5—25 м. После создания гидровруба приступают к процессу выщелачивания в направлении снизу вверх отдельными ступенями высотой 4— 20 м (II—Ш на рис. 7.2, а).

Рис. 7.3. Технологическая схема выщелачивания каменной соли комбиниро­ванным способом:

I—IV —стадии развития емкости; /, 2, 3 — соответственно обсадная водоподающая и рассолоподъемная колонны труб; 4 -. нерастворитель

При переходе на каждую новую ступень поднимают внеш­нюю колонну труб 2 на высоту ступени и на эту же высоту под­нимают уровень нерастворитёля в скважине посредством отбо­ра необходимого его объема из скважины.

Недостатком схемы является трудность придания потолочи­не емкости строго заданной формы, особенно при небольшой мощности соляной толщи.

При схеме выщелачивания сверху вниз вначале прямоточ­ным выщелачиванием размывается грушевидная камера (рис. 7.2,б) на всю глубину емкости объемом 3000—5000 м3 в зависимости от мощности пласта.

Затем переходят к выщелачиванию емкости отдельными ступенями в направлении сверху вниз. При этом по мере раз­вития боковых стенок подкачкой соответствующего количества нерастворителя уровень его раздела с рассолом, находящимся в полости, снижается с заданной закономерностью, определяе­мой формой его свода. По достижении заданного объема емко­сти выщелачивание прекращается.

В этой схеме используют положительный момент начальной стадии прямотока, т. е. быстрого размыва (за 20—30 сут) гру­шевидной камеры.

Преимущества схемы: возможность получения сферического очертания верха камеры; при использовании в качестве нерас­творителя хранимого продукта можно одновременно с размы­вом емкости вводить объект в эксплуатацию. Основным недо­статком этой схемы является потребность в больших количе­ствах нерастворителя.

При комбинированной схеме создание емкости производят в три этапа (рис. 7.3).

На первом этапе создают гидровруб (рис. 7.3, а). На втором этапе (рис. 7.3, б) осуществляют процесс выщелачивания ка­менной соли ступенями в направлении снизу вверх, как прави­ло, на противоточном режиме. После образования емкости про­ектной высоты приступают к третьему этапу ее создания — фор­мированию свода (рис. 7.3, в). Для этого уровень нераствори­теля вначале устанавливают на отметке замка свода, и процесс его формирования осуществляют путем подачи нерастворителя в емкость с заданной закономерностью.

Комбинированная схема создания емкости имеет большие преимущества перед другими схемами, а именно: позволяет на­дежно формировать емкости проектных форм и размеров; обес­печивает устойчивость обнажения в условиях большого горного давления; не требует высокой точности бурения скважин в зо­не заложения емкости; малочувствительна к наличию нераство­римых примесей в слоях, что обеспечивает бесперебойность вы­щелачивания; эффективна при создании подземных емкостей в соляных пластах как большой, так и средней мощности.

Для строительства подземных емкостей в СНГ наиболее широко применяют схему ступенчатого противотока сверху вниз и комбинированную схему.

При двухскважинном варианте создание емкостей произво­дят как при независимом выщелачивании (рис. 7.4, а), так и при совместном взаимодействии (рис. 7.4, б), когда одну сква­жину используют в качестве водоподающей, а другую — рассо-лоподъемной. В последнем случае каждая скважина имеет одну рабочую колонну труб. Сбойку между скважинами при двух­скважинном варианте осуществляют посредством гидроврубов или специальными методами бурения скважин.

Схему выщелачивания емкостей выбирают путем сравнения различных вариантов с учетом следующих факторов: техниче­ской возможности применения схемы в конкретных горногеологических условиях; планируемого срока строительства; фор­мы и объема емкости; допустимых размеров емкости по усло­вию прочности; условий доставки нерастворителя на строитель­ную площадку и др.

В первый период выщелачивания по любой схеме в нижней части емкости создают гидровруб для сбора оседающих нерас­творимых включений и обеспечения фронта дальнейшего выще­лачивания емкости. Высота гидровруба зависит от мощности пласта каменной соли, количества нерастворимых включений и находится в пределах от 1 до 25 м.

Перед началом выщелачивания по любой схеме межтрубное пространство обсадной и внешней рабочих колонн заполняют нерастворителем. Создание емкости начинается, как правило, с подачи воды в центральную рабочую колонну (прямоточная схема). После создания гидровруба скважину переключают на проектный режим работы согласно выбранной схеме.

Для предотвращения закупорки центральной рабочей колон­ны труб нерастворимыми включениями перед каждой вынуж­денной остановкой работы в течение 30 мин скважину включа­ют в работу по прямоточной схеме. Циркуляционным методом емкости создают весьма медлен­но— годами. Это связано с тем, что переход соли из массива в рассол протекает крайне медленно, по диффузионной кине­тике, так как при циркуляционном методе жидкость в камере почти неподвижна. Препятствием быстрому растворению соли является пограничный слой концентрированного рассола, по­крывающего поверхность сухой соли. Как показывают исследо­вания, толщина пограничного слоя достигает примерно 70— 100 мкм. Поэтому можно считать, что пограничный слой стека­ет по поверхности емкости только под действием собственного веса. Жидкость, находящаяся вблизи от поверхности, по кото­рой стекает пограничный слой, имеет достаточно высокую кон­центрацию, и, следовательно, процесс погружения пограничного слоя замедлен из-за небольшой разности плотностей. Кроме того, пограничный слой закрывает подход растворителя к по­верхности емкости. Сам растворитель, попадая в камеру, за­полненную рассолом, быстро перемешивается с ним и перехо­дит в рассол с высокой концентрацией.

Исследованиями установлено, что растворение соли в под­земных камерах происходит в 1,5—2 раза быстрее, если на нее воздействуют волны звукового диапазона. Это свойство исполь­зуют для интенсификации процесса растворения. Звуковые вол­ны создают с помощью роторного гидродинамического излуча­теля, опущенного в скважину. Значительно более интенсивно, по сравнению с циркуляционным методом, процесс размыва протекает при создании подземных емкостей водоструйным ме­тодом (рис. 7.5), который основан на использовании гидроди­намических свойств водяных струй. При применении этого ме­тода повышается надежность управления формированием емко­сти. При водоструйном методе в скважину опускают колонну рабочих труб: внешнюю 2— водоподающую; внутреннюю / — рассолоподъемную. Воду подают через серию насадок 3, рас­положенных на внешней рабочей колонне в скважине в преде­лах интервала глубины заложения емкости 4. Насадки распо­лагают, как правило, на расстоянии 0,5—1,5 м. Вначале водя­ная струя воздействует на соль компактно, а затем — раздроб­ленно. Колонне придают медленное вращательное движение, благодаря которому каждая струя воды равномерно растворяет соль по всей окружности камеры.

Струи воды, выбрасываемые насадками, описывают парабо­лические траектории. В простейшем случае для размыва емко­сти оси насадок располагают горизонтально (вверху получают размыв в виде свода). При этом струи воды из нижних насадок размывают емкость с-ильнее, что придает емкости форму пара­болоида, наиболее полно отвечающего требованиям устойчиво­сти. Угол наклона осей насадок можно менять. В частности, для уменьшения размыва свода камеры верхние насадки на­клоняют вниз, а нижние при этом для увеличения траектории разлета воды могут быть подняты вверх. Образующийся рассол стекает в нижнюю часть емкости, откуда выдается на поверх­ность по колонне 1. Количество рассола примерно соответствует объему воды, подаваемой на размыв. На поверхность земли рассол может выдаваться гидроэлеватором, эрлифтом, погруж­ным электронасосом 5 или вытесняться сжатым воздухом. Как показывает опыт строительства емкостей, водоструйный метод обеспечивает получение рассола более высокой концентрации при небольших объемах камер и при ограниченной поверхности растворения. В аналогичных условиях при циркуляционном вы­щелачивании концентрация рассола получается намного меньше.

Водоструйным методом возводят емкости на глубине до 500 м и диаметром 15—20 м.

В пластовых- месторождениях каменной соли мощностью 10—30 м создание емкости через вертикальную скважину не оправдано, так как получается камера небольшого объема при дорогой скважине.

3. Основные требования безопасности при комбайновой проходке горных выработок

3.1 Горные работы (в том числе опытно-промышленная разработка месторождения полезных ископаемых или его части) должны вестись в соответствии с проектом на разработку полезных ископаемых и годовым планом развития горных работ, согласованным со специально уполномоченным федеральным органом исполнительной власти в области промышленной безопасности.

3.2 Производство работ по добыче, обогащению и переработке полезных ископаемых осуществляется по письменному наряду-заданию. Производство работ, к которым предъявляются повышенные требования безопасности, осуществляется по письменным нарядам-допускам.

3.3 Рабочие, занятые в производственных процессах добычи, обогащения и переработки полезных ископаемых должны иметь профессиональное образование, соответствующее профилю выполняемых работ, должны быть обучены безопасным приемам работы, проходить инструктаж не реже чем каждые шесть месяцев по безопасным приемам выполнения работ и не реже одного раза в год проверку знаний инструкций по профессии. Результаты проверки оформляются протоколом с записью в журнал инструктажа и личную карточку рабочего.

3.4 Во всех горизонтальных выработках, где применяются рельсовые транспортные средства, должны быть обеспечены свободные проходы для людей не менее 0,7 м между стенкой выработки, размещенным оборудованием и наиболее выступающими частями подвижных средств. Ширина свободного прохода для людей должна быть выдержана по всей длине выработки на высоте не менее 1,8 м. С противоположной стороны выработки должны быть обеспечены зазоры не менее 0,2 м между стенкой выработки и наиболее выступающими частями подвижных средств.

3.5 Для каждого типа проходческих комбайнов, предназначенных для подземных работ, заводом-изготовителем совместно с проектно-конструкторской организацией в технической документации указываются:

а) правила технической эксплуатации машины, в том числе порядок и сроки проведения профилактических осмотров, текущих и капитальных ремонтов в зависимости от пробега и времени работы;

б) правила контроля и регулировки привода, обеспечивающие наибольшую надежность и безопасность работы;

в) максимально допустимая нагрузка на двигатель.

Не реже одного раза в неделю механиком участка или по его письменному поручению другим лицом (имеющим достаточную квалификацию) производится осмотр технического состояния комбайна, работающего на участке.

Результаты осмотра заносятся в журнал.

3.6 Обслуживание электрооборудования комбайна разрешается лицам, имеющим квалификационную группу не ниже III в соответствии с Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

3.7 Работы, связанные с техническим осмотром комбайна, устранением его неисправностей и очисткой, а также подготовкой к работе, должны выполняться только при отключенном электрическом токе .

3.8 Работа самоходного комбайна разрешается в выработках, ширина которых превышает его габаритный размер по ширине не менее чем на 400мм (по 200мм с каждой стороны). Запрещается находиться или передвигаться в таких выработках людям, не связанным с работой комбайна. Зазор по высоте между кровлей выработки и наиболее выступающими частями комбайна должен быть не менее 300мм.

3.9 Передвижение людей в выработках, где происходит движение комбайна, разрешается при условии, если обеспечиваются зазоры между габаритом вагона и стенкой (крепью) выработки со стороны свободного прохода для людей не менее 1,2 м и со стороны противоположной свободному проходу - 0,5 м. При этом часть выработки, предназначенная для прохода людей, должна быть четко разграничена.

3.10 При работе комбайна в выработке шириной по низу менее 3,8м запрещается присутствие людей в пределах маршрута движения вагона.

При этом все возможные входы на трассу движения комбайна должны быть оборудованы световым табло "Проход запрещен" или освещенным запрещающим знаком. Отключение светового табло или знака может быть произведено только машинистом комбайна.

3.11 Вход (выход) людей в выработки шириной менее 3,8м, находящиеся в пределах маршрута движения комбайна, разрешается только с конечных пунктов маршрута при условии, что комбайн находится в данном пункте, и только по согласованию с машинистом. При этом комбайн останавливается, движение возобновляется лишь после поступления сигнала об отсутствии людей на трассе движения комбайна.

3.12 Для оповещения машиниста комбайна об отсутствии людей на трассе движения конечные пункты трассы оборудуются двусторонней световой сигнализацией.

3.13 Кнопки подачи сигналов должны находиться на расстоянии не более 5м от конечных пунктов трассы.