Способ сооружения подземной непроницаемой завесы
Владельцы патента RU 2375580:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к горному делу, в частности к регулированию запасов подземных вод путем создания водонепроницаемой завесы (барража) и обеспечения сокращения подземного стока за пределы завесы, к защите окружающей среды от распространения в подземных условиях техногенного процесса, к строительству при защите подземных сооружений. Способ сооружения подземной непроницаемой завесы включает проходку вертикального ствола, бурение из него горизонтальных скважин, нагнетание в них закрепляющих и твердеющих растворов. В зоне необходимого пересечения водоносного горизонта или рядом с подземным техногенным процессом дополнительно сооружают вертикальные стволы, соединяют их между собой рядами горизонтальных скважин, которые располагают в вертикальной плоскости одна над другой, затем, нагнетая в них твердеющий раствор, образуют подземную непроницаемую завесу, перекрывающую водоносный горизонт от верхнего до нижнего водоупора или зону распространения подземного техногенного процесса. Завесу выполняют из двух, трех и более вертикальных рядов скважин. Полученная таким образом завеса, перекрывающая в подземных условиях только толщину водоносного горизонта, а не глубину от дневной поверхности до нижнего водоупора, позволяет уменьшить материальные затраты, снизить трудоемкость изготовления завесы, сократить сроки возведения завесы, а также расширить зону применяемости данной завесы. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к горному делу, в частности к регулированию запасов подземных вод путем создания водонепроницаемой завесы (барража) и обеспечения сокращения подземного стока за пределы завесы, к защите окружающей среды от распространения в подземных условиях техногенного процесса, к строительству при защите подземных сооружений.
Известны различные способы сооружения подземных непроницаемых завес, возводимых методом стена в грунте, в том числе предусматривающих применение способов и конструкций при ограждении котлованов при строительстве подземных сооружений, при регулировании запасов подземных вод (SU 1668557 А1, 07.08.1991, RU 2046883 С1, 27.10.1995, RU 2056475 С1, 20.03.1996, RU 2244785 С1, 20.01.2005). В указанных способах разрабатывается траншея с дневной поверхности грунта, заполняется тикстроптным раствором, который впоследствии замещают твердеющим раствором или монолитными конструкциями, или сборными элементами на всю глубину траншеи.
Недостатками известных способов и конструкций являются большие материалоемкость и трудоемкость возведения завесы, что ведет к увеличению длительности производства работ, недостаточная надежность завесы при ее строительстве в обводненных грунтах вследствие образования трещин в завесе при заделке стыков сборных элементов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей сущности является способ горизонтальной (межпластовой) противофильтрационной завесы (Пономаренко Ю.В. и др. Новое направление в области разработки технологий охраны ресурсов подземных вод. Экология и промышленность России, 2007, №9, с.2-4). Суть рассматриваемого способа: проходят вертикальный ствол в границах литологического «окна», бурят из него на отметках сооружаемой завесы веера лучевых горизонтальных скважин, глубина которых ограничена зоной водоносного горизонта, нагнетание через скважины закрепляющих растворов, в результате образуется горизонтальная водонепроницаемая завеса, разделяющая водоносный горизонт на две части.
Недостатками данного способа являются:
- ограниченная зона применения из-за использования данного способа только в границах литологического «окна», т.е. местных условий, диаметр завесы может достигать 250-300 м, что определено глубиной лучевых дренажных скважин;
- невозможность создания подземной непроницаемой завесы вокруг сооружаемого объекта или защиты окружающей среды от подземных техногенных процессов;
- недостаточная надежность завесы.
Задачей предлагаемого технического решения является создание способа сооружения подземной непроницаемой завесы, позволяющего снизить материальные затраты и трудоемкость, уменьшить сроки производства работ, расширить зону применяемости завесы при защите окружающей среды от подземных техногенных процессов и строительстве подземных сооружений, а также увеличить надежность сооружаемой завесы.
Задача решается за счет того, что предложен способ сооружения подземной непроницаемой завесы, включающий проходку вертикального ствола, бурение из него горизонтальных скважин, нагнетание в них закрепляющих и твердеющих растворов, причем в зоне необходимого пересечения водоносного горизонта или рядом с подземным техногенным процессом дополнительно сооружают вертикальные стволы, соединяют их между собой рядами горизонтальных скважин, которые располагают в вертикальной плоскости одна над другой, затем, нагнетая в них твердеющий раствор, образуют подземную непроницаемую завесу, перекрывающую водоносный горизонт от верхнего до нижнего водоупора или зону распространения подземного техногенного процесса.
Полученная таким образом завеса, перекрывающая в подземных условиях только толщину водоносного горизонта, а не глубину от дневной поверхности до нижнего водоупора, позволяет уменьшить материальные затраты, снизить трудоемкость изготовления завесы, сократить сроки возведения завесы, а также расширить зону применяемости данной завесы. Кроме того, подземную непроницаемую завесу могут выполнить из двух, трех и более вертикальных рядов скважин, что значительно увеличивает ее надежность.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
На фиг.1 - план расположения вертикальных стволов, между которыми в подземных условиях расположена завеса (показана пунктирно).
На фиг.2 - вид по А-А на фиг.1 (вертикальный разрез завесы).
На фиг.3 - вид по А-А (вариант 1) на фиг.1.
На фиг.4 - вид по А-А (вариант 2) на фиг.1.
На фиг.5 - продольный разрез вертикального подземного техногенного процесса, окруженного непроницаемой завесой.
На фиг.6 - вид по Б-Б на фиг.5.
Для сооружения подземной непроницаемой завесы в зоне необходимого пересечения водоносного горизонта на дневной поверхности земли (почвы) 1 проходят необходимое количество вертикальных стволов 2 (фиг.1).
Из одного ствола до другого бурят ряд 3 горизонтальных скважин 4, расположенных в вертикальной плоскости одна над другой (фиг.2, 3, 4). Скважины 4 образуют завесу 5, перекрывающую водоносный горизонт 6 от верхнего 8 до нижнего 7 водоупора (фиг.2, 3 и 4). Образованная завеса 5 становится непроницаемой после нагнетания в скважины 4 твердеющего раствора. Процесс сооружения завесы 5 может происходить постепенно, т.е. пробурили нижнюю горизонтальную скважину 4, захватывающую породы нижнего 7 водоупора, нагнетание в скважину твердеющего раствора, после временной выдержки производят бурение следующей вышележащей скважины 4, дальнейшую технологию повторяют. При бурении горизонтальных скважин 4 производят контроль за направлением бурения с использованием горизонтальных инклинометров. Для увеличения надежности завесы 5 ее могут выполнить из двух 9 и 10, трех 11, 12, 13 (фиг.3 и 4) и более рядов скважин.
На поверхности земли (почвы) 1 располагается объект 14, являющийся источником возникновения в подземных условиях техногенного процесса, ограниченного контуром 15 (фиг.5). При попадании в зону неустойчивых пород 16, представленных, например, песком, техногенный процесс расширяется (контур 17), в результате чего увеличивается возможность влияния техногенного процесса на окружающую среду. Чтобы уменьшить или исключить это влияние сооружают подземную непроницаемую завесу, для этого вокруг вертикального подземного техногенного процесса сооружают стволы 18 (фиг.6). На фигуре 6 показано шесть стволов 18. На практике в зависимости от величины и протяженности техногенного процесса, а также от местных гидрогеологических условий стволов 18 может быть и больше, и меньше. Из одного до другого стволов 18 бурят горизонтальные скважины 4 (такие как на фиг.2, 3, 4) так, что из них образуется замкнутая линия будущей завесы. После нагнетания в них твердеющего раствора образуют подземную непроницаемую завесу 19, расположенную между устойчивыми породами 20 и 21.
Таким образом, с помощью указанной завесы производят защиту окружающей среды, а также защиту подземных сооружений от влияния подземных техногенных процессов. Контроль за распространением техногенного процесса после сооружения подземной непроницаемой завесы осуществляют с помощью разведочных скважин, пробуренных с поверхности за внешним контуром завесы (на фиг. не показано).
Данное техническое решение может найти применение при защите водных источников от негативного воздействия хозяйственной деятельности, защите окружающей среды при эксплуатации различных отстойников, хвостохранилищ на горнодобывающих предприятиях, нефтеперерабатывающих комбинатах и других.
1. Способ сооружения подземной непроницаемой завесы, включающий проходку вертикального ствола, бурение из него горизонтальных скважин, нагнетание в них, закрепляющих и твердеющих растворов, отличающийся тем, что в зоне необходимого пересечения водоносного горизонта или рядом с подземным техногенным процессом дополнительно сооружают вертикальные стволы, соединяют их между собой рядами горизонтальных скважин, которые располагают в вертикальной плоскости одна над другой, затем, нагнетая в них твердеющий раствор, образуют подземную непроницаемую завесу, перекрывающую водоносный горизонт от верхнего до нижнего водоупора или зону распространения подземного техногенного процесса.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подземную непроницаемую завесу выполняют из двух, трех и более вертикальных рядов скважин.
