книги / Строительство подземных сооружений в городах

Рис. 6.14. Схема герметизации устья ствола:

1 — породная отсыпка; 2 — ледопородная закладка;

3 — органная крепь;4 — смотровой колодец.

L и I определяются углом наклона ствола. Для герметизации вскрывающих выработок предусматривают перемычки. Перемычка, перекрывающая наклонный ствол ниже смотрового шурфа (колодца), предназначается для дополнительной изоляции подземного резервуара от талых вод, а также для изоляции ствола и смотрового шурфа от хранимого продукта.

Для доступа людей в хранилище в стенках перемычки устраивают двери размером 1,5 х 0,6 м, которые с двух сторон обшивают гидроизоляционным материалом.

Горизонтальные выработки-емкости и герметизирующие устройства подземных хранилищ в вечномерзлых породах представляют собой систему горизонтальных выработок-емкостей, примыкающих с одной или с двух сторон к центральной выработке. При двустороннем примыкании они располагаются в шахматном порядке.

В первую очередь проводят выработки, обеспечивающие создание сквозной вентиляции. Вентиляционные скважины для проветривания выработок бурят до начала проходческих работ. Не следует допускать поступление в выработки воздуха с температурой выше 3 - 4 °С. Подземные выработки проводят буровзрывным способом либо с применением комбайнов, а транспортирование породы, как правило, — с помощью канатных скреперов.

Рекомендуемые формы поперечных сечений центральной и боковых выработок показаны на рис. 6.15.

171

ct

I

Рис. 6.15. Формы поперечных сечений выработок-емкостей

Центральная выработка должна иметь уклон по почве не менее 0,002 в сторону околоствольного двора и подъем по кровле в направлении ее торца для обеспечения стока продукта в зумпф и удаления воздуха из выработки через дыхательные скважины при заполнении резервуара водой и топливом.

К центральной выработке примыкают боковые выработки-емкости, рекомендуемые формы поперечных сечений которых также изображены на рис. 6.15.

Угол примыкания боковых выработок-емкостей к центральной следует принимать равным 90° при буровзрывном способе проходки и 60° при проходке выработок-емкостей горнопроходческим комбайном. Боковые выработки-емкости имеют уклон не менее 0,002 по почве в сторону центральной выработки (для стока топлива) и подъем по кровле в направлении центральной выработки для удаления воздуха из выработок через дыхательную скважину, расположенную в торце центральной выработки. Сечение боковых выработок изменяется по длине; в области сопряжения с центральной выработкой боковая имеет высоту 3,6 м, а в торце — 2,7 м.

Для герметизации подземного резервуара и предотвращения оттаивания мерзлой породы в период эксплуатации хранилища на внутренней поверхности выработок-емкостей необходимо намораживать ледяную облицовку толщиной 50— 100 мм. В практике нашел применение способ намораживания ледяной облицовки путем заполнения всего объема выработок пресной водой с выдержкой ее в течение расчетного периода времени (20 - 25 дней) и последующей откачкой незамерзшей воды при достижении ледяной облицовкой проектной толщины.

Расчеты и опыт показали, что заполнять выработки водой и откачивать ее после намораживания ледяной облицовки целесообразно с максимально возможной производительностью, предусмотрев меры, исключающие гидравлическое разрушение вечномерзлых пород.

Продолжительность заполнения водой выработок-емкостей подземного хранилища объемом 25 тыс. м3, как правило, не превышает трех суток.

Откачку воды после намораживания ледяной облицовки осуществляют непрерывно. В процессе откачки воды после намораживания ледяной облицовки выполняют тарировку резервуара.

В период намораживания ледяной облицовки осуществляют контроль за уровнем воды во вскрывающей выработке. Выработки-емкости можно считать герметичными, если за период намораживания ледяной облицовки, не считая первых

172

двух суток после заполнения водой, понижение уровня воды во вскрывающей выработке не происходит.

В подземном резервуаре предусматривают, как правило, хранение одного вида продукта. В случае присутствия в резервуаре продуктов нескольких видов необходимо их изолировать друг от друга с помощью перемычек. Конструкцию и материал перемычек выбирают из условия обеспечения герметичности резервуара и пропуска технологических трубопроводов. В перемычках обязательно оборудуются люки-лазы размерами не менее 0,6 х 0,7 м в свету.

Разработку пород на участках сооружения герметичных перемычек и сопряжений выработок осуществляют отбойными молотками и ослабленными зарядами взрывчатых веществ. Возводят перемычки только в морозный период года путем послойной укладки гравийно-песчаной смеси высотой не более 0,1 м, заливки ее водой и промораживания. Контроль за промораживанием смеси выполняют по показаниям датчиков температуры, размещенных в перемычке.

При строительстве хранилищ в вечномерзлых породах проходят ряд вспомогательных выработок, к которым относят следующие:

-смотровой колодец (для периодического осмотра подземного резервуара и выполнения ремонтных работ);

-бункерную яму, которую переоборудуют по окончании проходческих работ в зумпф для приема и отбора нефтепродуктов;

-вентиляционные и дыхательные скважины;

технологические скважины для заполнения выработок-емкостей водой, приема и отбора нефтепродуктов.

Смотровой колодец представляет собой вертикальную выработку прямоугольной или круглой формы, расположенную со стороны ходового отделения ствола в той его части, которая закреплена и отделена от устья герметичной перемычкой.

Бункерная яма рудцвора на период проведения выработок-емкостей перекрывается сверху сплошным накатником из бревен и металлическим листом либо железобетонными плитами. По окончании проходческих работ перекрытие демонтируют, а бункерную яму расширяют до размеров 3 х 3 х 3 м.

Временные вентиляционные скважины диаметром до 400 мм обсаживают трубами с поверхности земли на глубину 2—3 м. По окончании проходческих работ их ликвидируют путем тампонажа в области сопряжения их с кровлей выработокемкостей и последующей послойной засыпкой и промораживанием водонасыщенной породы.

Расположение дыхательных скважин определяется объемно-планировочными решениями. Дыхательную скважину обсаживают трубами диаметром 150 мм на всю ее длину, а затрубное пространство герметизируют. На поверхности земли оголовок скважины обустраивают дыхательным клапаном.

В качестве технологических скважин для подачи воды в шахту целесообразно использовать вентиляционные скважины, обсаженные трубами с поверхности земли до глубины 1,5 - 2,0 м. В скважину опускают водовод, последний став которого перфорирован и установлен на железобетонную плиту либо свободно подвешен в нижней части выработки. До ввода подземного хранилища в эксплуатацию узел подачи воды должен быть демонтирован, а скважина ликвидирована.

Слив нефтепродуктов в подземные резервуары, независимо от того, каким видом транспорта они доставлены к хранилищу, осуществляют через технологические скважины.

173

Как правило, нефтепродукты поступают в технологические скважины с положительной температурой, превышающей, хотя бы на короткий период, допустимое значение по условию сохранения пород, вмещающих выработки емкости, в твердомерзлом состоянии. Поэтому технологическая скважина должна быть теплоизолирована.

Технологические скважины (рис. 6.16) для слива нефтепродуктов в хранилище оборудуют двумя соосно расположенными трубами по всей глубине.

Рис. 6.16. Схема технологической скважины для заполнения выработок-емкостей нефтепродуктом: 1 — сетчатый фильтр; 2 — жидкостный счетчик; 3 — термокарман;

4 — теплоизоляция; 5 — теплогидроизоляция оголовка скважины; 6 — обсадная колонна; 7 — внутренняя (рабочая) колонна; 8 — выработка-емкость.

Внешняя труба 219 х 9 мм является обсадной, а внутренняя 108 х 14 мм — технологической, по которой сливают продукт в резервуар.

Затрубное пространство обсадной колонны скважины герметизируют путем послойного промораживания водопесчаной пульпы. После ее полного промораживания в затрубном пространстве скважины выполняют теплогидроизоляцию ее оголовка. Общая высота теплогидроизоляционного слоя составляет 0,5—0,6 м. Расчеты и практика показали, что такой слой теплогидроизоляции обеспечивает сохранение теплового режима оголовка скважин.

Опыт эксплуатации подземных хранилищ, построенных в вечномерзлых породах, свидетельствует о необходимости надежного обеспечения устойчивости и

174

герметичности технологических скважин. При закачке нефтепродуктов с положительной температурой через нетеплоизолированную колонну труб обсадная колонна и замороженная водопесчаная смесь нагреваются, в результате чего в затрубном пространстве образуется пульпа, которая начинает поступать в выработкуемкость. При этом технологическая скважина теряет устойчивость и становится негерметичной.Дальнейшая эксплуатация нетеплоизолированной скважины может привести к опусканию обсадной колонны и обрушению пород в зоне сопряжения скважины с выработкой-емкостью.

Технологические скважины (колодец) для отбора топлива располагают непосредственно над зумпфом в центральной выработке. Узел отбора топлива и замера его уровня в выработках-емкостях размещают в технологическом колодце либо в технологических скважинах, обсаженных трубами диаметром не менее 500 мм.

Выдачу продукта из хранилища осуществляют погружным насосом, размещенным в зумпфе. На земной поверхности продукт, выдаваемый из подземного резервуара, поступает в наземный металлический резервуар объемом 50 м3 Далее из наземного металлического резервуара топливо центробежным насосом подают потребителю.

Вряде случаев, когда напор погружного насоса достаточно высок, продукт можно подавать непосредственно в бензовоз, он проходит через фильтр и счетчик, минуя наземный металлический резервуар.

Впериод закачки топлива в выработки-емкости, во время хранения, а также в процессе отбора топлива ведут наблюдение за уровнем жидкости.

6.3.Опыт проектирования и строительства хранилищ шахтного типа

Анализ опыта проектирования и строительства подземных газонефтехрнилищ шахтного типа показывает, что использование тех или иных видов подземных резервуаров тесно связано с регионами, где они были впервые применены, исходя из местных горно-геологических условий и разработанных технических решений, технологии строительства и эксплуатации. Так, в странах Скандинавии, территория которой сложена крепкими кристаллическими породами, получили распространение хранилища для нефти, нефтепродуктов и СУГ с выработками-емкостями в виде незакрепленных камер большого сечения, эксплуатирующихся с доступом подземных вод в выработки. В США первоначально строили хранилища СУГ относительно небольших размеров в практически непроницаемых породах (например, в глинистых мергелях и сланцах) с замкнутой системой выработок-емкостей. В качестве вскрывающих выработок использовали вертикальные стволы малого сечения (диаметром около 1 м). Для проходки выработок применяли, как правило, специальное малогабаритное оборудование. В бывшем СССР построены хранилища для нефтепродуктов в практически непроницаемых породах типа глин с использованием технологии, принятой в организациях Метростроя, и в вечномерзлых породах с применением технологии строительства, принятой в золотодобывающей промышленности.

Кнастоящему времени в мире создано около 50 млн. м3 резервуарной емкости

вспециально построенных хранилищах шахтного типа. Большая часть этого объема приходится на хранилища в устойчивых кристаллических породах с доступом

подземных вод в выработки-емкости.

Это объясняется двумя причинами. Во-первых, хранилища в скальных породах имеют, как правило, большие объемы (сотни, а иногда и миллионы кубических

175

метров), что существенно повышает их экономическую эффективность, так как уменьшаются капитальные затраты на 1 м3 резервуарной емкости. Во-вторых, породные массивы с горно-геологическими условиями, которые необходимы для создания таких хранилищ, распространены значительно шире, чем площади развития практически непроницаемых пород. Характерным примером может служить история создания хранилищ шахтного типа в США и Франции, где в 50-60-е годы нашего столетия строили хранилища небольшого объема преимущественно в практически непроницаемых породах, а начиная с 70-х годов начали сооружать подземные хранилища с доступом подземных вод в выработки по скандинавской технологии.

176