Способ подземного складирования жидких отходов

Способ подземного складирования жидких отходов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК (st)g В 65 G 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (Г(СПАТЕНТ СССР) gllvIcAHNE изоБркткния !

К, ПАТЕНТУ р

Г (21I) 4758537/03 ! (23) 13.11.89 (46) 30.08,93. Бюл. ¹ 32 (71i) Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей !

Rð мышленности (72I А.M.Ïîðîõíÿê, АЛ.Сердюков и А.Т.Соло янОВ (73 Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей пр >мышленности (56) Миронов Е.А. Закачка промысловых сточных вод в продуктивные и поглощающ е горизонты. — М.: Недра, 1971, с,176., Авторское свидетельство СССР

¹ 1435505, кл. В 65 G 5/00, 1988.

Изобретение относится к охране окружа ощей среды от загрязнения жидкими отхоДами горных, химических и других производств и может быть использовано для складирования дренажных рассолов. Целью изобретения является снижение за 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.3 - зависимость относительного объема выщелачивания

Qo от концентрации жидких отходов М; на фиг.4 — зависимость относительного обьема растворения галогенных пород Qo от темпе-.

„, Ы,, 1838214 АЗ (54) СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО СКЛАДИРОВАНИЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ (57) 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 эакачиваемые отходы в водоносный горизонт. 5 ил. ратуры t Ñ 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 п редп риятия) осуществляют сбор и аккумуляцию жидких отходов в поверхностных накопителях 1.

Затем ведут закачку их в хорошорастворимые непроницаемые породы 2, смежные с поглощающим водоносным горизонтом 3, через горную выработку 4.

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

1838214 на конечных стадиях галогенеза — хлориды и сульфаты натрия и калия, отложения, представленные высоким содержанием таких минералов, как галит, сильвин, карналлит, полигалит, тенардит,мирабилит, гипс, глауберит, сода и др. При закачке жидких отходов происходит выщелачивание хорошорастворймых пород и формирование в них каверны (5).

Из фиг.2 и 3 видно, что скорость и объемы 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.

Циклические нагрузки приводят к росту трещиноватости в потолочине 7, представленной разделяющим слоем. При достижении критических перепадов давлений происходит прорыв пластовых вод вкаверну.,,т.е, 5

20 обрушение пород и создание прямой гидравлической связи между каверной и поглощающим водоносным горизонтом. В сформированную камеру обрушаются закольматированные породы б 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 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 значительным 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 (з =-20 С). При дальнейшем охлаждении в растворе образуются кристаллогидраты, лед и т.п., резко снижающие коэффициенты диффузии ионов, их агрессивность.

Пример. 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 м /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-натриевый состав; значительно загрязнены соединениями железа и нефтеп родуктами.

Верхним водоупором комплекса служат многолетнемерзлые породы, имеющие мощность до 350 м, Нижним водоупором горизонта является толще карбонатно-галогенных 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 м /ч с постез пенным наращиванием расхода. При этом давление на,устье скважины поддерживается в интервале 15 — 20 атм.

При закачке отходов в подошве водоносного горизонта образуется камера, ра1838214 деус которой постоянно увеличивается (фиг,5).

По мере увеличения обьема камеры пер одически производят резкие сбросы и и дьемы давления жидкости (P p) в скважин и камере, вследствие чего горные пород, залегающие над кровлей емкости, о рушаются, Предельный напор, при которрм происходит прорыв воды в каверну, рассчитывают по формуле

m 2С

Р,пр — (y+

"г о Ь вЂ” е19 +max г е С и p m — сцепление и угол внутреннего т ения;

e — коэффициент бокового давления; у иу, -объемные веса породы и воды;

b — диаметр каверны;

m — мощность водоупорных пород для нашего случая

Рпр = 12 — 15 кг/см .

B результате обрушения плошаль кон,такта рассолов и водоносного горизонта увеличивается.и рассолы перетекают в водс носн ый горизонт..

Для более интенсивного выщелачивания солей температура эакачиваемых рассОлов изменялась посезонно. В летний период времени за счет нагревания рассо, л в атмосферным. теплом при транспортиров4йии по водоводу рассолы имеют те}чпературу выше +5 С, а в зимний период времени рассолы охлаждены до температурь ниже-5 С.

3а счет замочки рассолами с разной те лпературой в выщелачиваемой емкости помимо растворения солей происходит температурное разрушение, образуются микротрещины, что ведет к интенсификации полезного объема камеры и самообрушени!ю пород.

При осуществлении предлагаемого спосора диаметр камеры достигает 100 — 150 м.

Па 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 10 — 10 раз. (Эффективный радиус скважины (диаметр бурения 152 мм) в условиях алмазных месторождений- Западной Якутии составляет

105 — 10 м). Приемистость выработки при этом возрастает пропорционально натуральному логарифму отношения эффектив10 ных радиусов, т.е, в 15 — 25 раэ. Поэтому одна выработка может заменить систему стандартных поглощающих скважин.

Для контроля процесса захоронения ведут наблюдения за расходами поглощения, 15 давлением на устье выработки. Для контроля размеров камеры периодически проводят акустический каротаж, гдирохимические и гидродинамические исследования в выработке, При достижении выработкой высоты бо20 лее 1/3 начальной глубины скважины обрушение и выщелачивание прекращают, чтобы избежать просадок земной поверхности.

25 Формула изобретения

1. Способ подземного складирования жидких отходов производства, включающий отбор и аккумуляцию жидких отходов в поверхностных накопителях, закачку их через горную выработку в массив горных пород с растворением последних и образованием полости,отличающийся тем,что,с целью снижения затрат на складирование за счет прогрессирующего повышения при35 емистости горной выработки и от растворения при наличии смежного с массивом . горных пород водоносного горизонта, жид-: кие отходы закачивают в малопроницаемые породы, химически растворимые в складиру40 емых отходах, смежные с водоносным горизонтом, причем при закачке производят

-циклическое изменение давления, обрушают разделяющий горные породы слой и вытесняют закачиваемые отходы в водоносный гори45 зонт, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкие отходы закачивают посезонно с положительной и отрицательной температурой.

1838214

IOO

40

I0 20

Фиг. 2

50 60

1838214

a,, a но го

Фи.Э

Q,, Ф

+20 +I5 +IO +5 0 -5 -10

1838214

ZOO

tr 9 ГОДМ

2 4 6 8 IQ

Фиг. g

Редактор

Заказ 2895, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

I50. Составитель А.Порохняк

Техред М.Моргентал Корректор И.Шулла