Способ подземного складирования жидких отходов Советский патент 1993 года по МПК B65G5/00 

со

с

Изобретение касается подземного складирования жидких отходов производств. Способ включает отбор и аккумуляцию жидких отходов в поверхностных накопителях закачкой их через горную выработку. Отличается тем, что жидкие отходы закачивают в малопроницаемые породы, химически растворимые в складируемых отходах и залегающие в смежной области с водоносным горизонтом. При закачке осуществляют циклическое изменение давления, обрушают разделяющий горные породы слой и вытесняют закачиваемые отходы в водоносный горизонт. 5 ил.

Изобретение относится к охране окру- жаощей среды от загрязнения жидкими отходами горных, химических и других производств и может быть использовано дл$|| складирования дренажных рассолов.

| Целью изобретения является снижение зат)рат на складирование за счет прогрессирующего повышения приемистости горной выработки,

На фиг.1 приведена схема реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - динамика выщелачивания наиболее распространенных галогенных пород в зависимости от концент-. раЦии жидких отходов М; на фиг.З зависи- мо(|;ть относительного объема выщелачивания QO;OT концентрации жидких отходов М; на% фиМ - зависимость относительного объема раётворения галогенных пород Q0 от температуры t°C жидких отходов (дренажных рассолов) (при концентрации 150 г/л и времени растворения 50 ч); на фиг.5 - показана динамика радиуса R4 расширяющейся камеры.

Подземное складирование жидких отходов по предлагаемому способу производится следующим образом.

В зоне производственной деятельности (например, горнодобывающего предприятия) осуществляют сбор и аккумуляцию жидких отходов в поверхностных накопителях 1. Затем ведут закачку их в хорошораствори- мые непроницаемые породы 2, смежные с поглощающим водоносным горизонтом 3, через горную выработку 4.

Под хорошорастворимыми непроницаемыми, породами понимаются высокольдистые отложения, а также породы, формирующиеся

00 СА) 00 Ю

Ј

GJ

на конечных стадиях галогенеза - хлориды и сульфаты натрия и калия, отложения, представленные высоким содержанием таких минералов, как галит, сильвин, карналит, полигалит, тенардит, мирабилит, гипс, 5 глауберит, сода и др. При закачке жидких тходов происходит выщелачивание хоро- шорастворймых пород и формирование в них каверны (5).

Из фиг.2 и 3 видно, что скорость и объе- 10 мы растворения галогенных пород практически не зависят в диапазоне 50-150 г/л от концентрации солей жидких отходов.

В процессе закачки циклически изменяют давление в формирующейся каверне. 15 Циклические нагрузки приводят к росту тре- щиноватости в потолочине 7, представленной разделяющим слоем. При достижении критических перепадов давлений происходит прорыв пластовых вод в каверну , т.е. 20 обрушение пород и создание прямой гидравлической связи между каверной и погло- щающим водоносным горизонтом. В сформированную камеру обрушаются закол ьматированные породы 6 прискважин- 25 ной зоны и непроницаемого разделяющего слоя (между емкостью и поглощающими коллекторами). Тем самым производится увеличение эффективности радиуса скважины, что ведет к увеличению приемистости 30 выработки.

Для повышения эффективности разрушения разделяющего слоя, представленного, как правило, глинистыми породами;и выщелачивания хорошорастворимых пород, жид- 35 кие отходы в накопителе или при транспортировании 8 .охлаждаются (нагреваются) атмосферным воздухом. При замачивании пресными и слабоминерализованными отходами снижение прочностных свойств 40 разделяющего слоя достигается за счет расклинивающего воздействия тонких пленок воды. Закачка отходов, отличающихся с массивом температурой, приводит из-за резкого различия в коэффициентах теплового расши- 45 рения слагающих их минералов к значитель- ным и неравномерным объемным напряжениям.

Понижение температуры приводит к снижению гидратированности ионов рас- 50 твора, в связи с чем возрастают силы электростатического взаимодействия этих ионов со свободными зарядами глинистых минералов. Коэффициенты ионной диффузии за счет этого фактора возрастают на порядок и 55 более, увеличивая глубину проникновения в массив и гидрохимическую изменчивость раствора. Поэтому в раздельном слое возникают неравномерные объемные осмотические напряжения. Положительное

следствие понижения температуры ограничивается точкой эвтектики одной из наиболее распространенных в жидких отходах соли - хлористого натрия (ta -20°С). При дальнейшем охлаждении в растворе образуются кристаллогидраты, лед и т.п., резко снижающие коэффициенты диффузии ионов, их агрессивность.

П р и мер. Способ осуществлен на одном из алмазных месторождений Западной Якутии, гидрогеологические условия которого характеризуются наличием в разрезе напорного водоносного комплекса, залегающего в интервале глубин 300-500 м, имеющего среднюю мощность 180 м, .водопроводимость 70 м2/сут. Горизонт содержит сероводородные хлор-натриевые воды минерализацией до 120 г/л. Жидкие отходы представляют собой дренажные рассолы, сброс которых в речную сеть недо-. пустим вследствие их высокой токсичности и минерализации. Дренажные рассолы имеют хлоридно-натрйевый состав; значительно загрязнены соединениями железа и нефтепродуктами.

Верхним водоупором комплекса служат многолетнемерзлые породы, имеющие мощность до 350 м. Нижним водоупором горизонта является толще карбонатно-гало- генных отложений, мощностью 400-450 м. Установлено, что в районе месторождения нет других водоносных горизонтов, способных принять необходимый объем дренажных рассолов.

Производят сбор дренажных рассолов посредством дренажных скважин и открытого карьерного водоотлива. Дренажные рассолы подаются по водоводу в районе закачки и складируются во временном накопителе-отстойнике, где частично освобождаются от механических взвесей и дегазируются.

Проходят вертикальные скважины, забой которых вскрывает галогенные породы ниже водоносного комплекса на глубину до 65 м. Скважины оборудуют фильтратами в интервале галогенных пород и поглощающих коллекторов. Внутрь фильтровых труб опускают водоподающую колонну, по которой из накопителя подают дренажные рассолы. Рассолы, поднимаясь по затрубному пространству, взаимодействуют с солями, растворяя их.

Подготовительный размыв осуществляют при подаче рассолов 5-15 м3/ч с постепенным наращиванием расхода. При этом давление на.устье скважины поддерживается в интервале 15-20 атм.

При закачке отходов в подошве водоносного горизонта образуется камера, радйус которой постоянно увеличивается ($иг.5).

По мере увеличения объема камеры периодически производят резкие сбросы и подъемы давления жидкости (РПр) в скважи- н(5 и камере, вследствие чего горные поро- д(, залегающие над кровлей емкости, оПрушаются. Предельный напор, при котором происходит прорыв воды в каверну, рлссчитывают по формуле

-

m

Уо

(У +

2С

Ь - Ј tg p max

).

гДе С и р т - сцепление и угол внутреннего трения;

Ј - коэффициент бокового давления; у луо -объемные веса породы и воды; b - диаметр каверны; m - мощность водоупорных пород для нашего случая

РпР 12- 15 кг/см2.

В результате обрушения площадь кон- рассолов и водоносного горизонта увеличивается и рассолы перетекают в во- дрносный горизонт.

; Для более интенсивного выщелачива- ни|я солей температура закачиваемых рас- ссИов изменялась посезонно. В летний период времени за счет нагревания рассс- лев атмосферным,,тёплом при транспортиро- вании по водоводу рассолы имеют температуру выше +5°С, а в зимний период времени рассолы охлаждены до температурь} ниже -5°С.

За счет замочки рассолами с разной температурой в выщелачиваемой емкости noJMHMO растворения солей происходит температурное разрушение, образуются мик- ропгрещины, что ведет к интенсификации полезного объема камеры и самообруше- пород.

При осуществлении предлагаемого спо- со0а диаметр камеры достигает 100-150 м. По|сле обрушения в нее пород разделяющего слоя и соединения ее с поглощающим

коллектором эффективный радиус выработки возрастает до 25-40 м, т.е. увеличивается по сравнению с исходным в 107-1012 раз. (Эффективный радиус скважины (диаметр бурения 152 мм) в условиях алмазных месторождений Западной Якутии составляет - м). Приемистость выработки при этом возрастает пропорционально натуральному логарифму отношения эффектив0 ных радиусов, т.е. в 15-25 раз. Поэтому одна выработка может заменить систему стандартных поглощающих скважин.

Для контроля процесса захоронения ведут наблюдения за расходами поглощения,

5 давлением на устье выработки. Для контроля размеров камеры периодически проводят акустический каротаж, гдирохимические и гидродинамические исследования в выработке. При достижении выработкой высоты бо0 лее 1/3 начальной глубины скважины обрушение и выщелачивание прекращают, чтобы избежать просадок земной поверхности.

5Формула изобретения

100

80

60

w

Ю 20 30 40 50 60 70 80 t, чао

Фиг. 2

M - 0.2 Г/А

150 rA

50 г/ 100 Г/А

М - 200г

80

60

50

Q0-

95

90

85

80

75

70

65

60 -55 50 45

+ 20 +15 +10 +5 0 -5. -10 t °C 1 Фиг.4

100 Фиг.З

150

200Н /л

Ч

200

150

100 502 Ч 6 8 10

Фиг. 5

t, годы