способ создания водозащитного экрана в основании свалок отходов

Формула изобретения

Способ создания водозащитного экрана в основании свалки отходов, включающий бурение нагнетательных скважин через тело свалки в водоносный слой пород, нагнетание тампонажного раствора, отличающийся тем, что в забое скважины создают цементную пробку, а нагнетание тампонажного раствора производят порционно с выдержкой между порциями, предварительно ограничивая интервал скважины для нагнетания одной порции раствора при помощи тампона, причем объем каждой последующей порции увеличивают по отношению к предыдущей, а, по крайней мере, три первые порции тампонажного раствора готовят на основе быстро твердеющего вяжущего.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экологии и предназначено для исключения загрязнения грунтовых вод в окрестности свалок бытовых, промышленных и иных отходов, устраиваемых преимущественно в отработанных карьерах и в естественных понижениях рельефа местности.

Изобретение может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве, промышленности и других отраслях народного хозяйства, где требуется захоронение отходов различного происхождения.

Известен способ возведения водозащитного экрана в основании свалки отходов, устроенной в отработанном карьере, путем бурения вертикальных скважин через толщу наносов и струйную цементацию водоносного слоя пород, расположенного ниже дна карьера (Brandl Н. Geomembrandes for vertical waste containment sealing // Geotextiles Geomtmbranes and Related Products: Proc, 4 th Int. Conf. // The Hague. - Netherlands, 1990. Gabr M.A. Longwall mining technique for liner placement // Report to U.S. Bureau of Mines).

Недостатком вышеописанного способа возведения водозащитного экрана является то, что при струйной цементации скважин в водоносном слое пород водозащитный экран формируется из сферических областей со сниженной проницаемостью вокруг каждой из скважин, расположенных в плане по определенной сетке, что вызывает высокий расход тампонажного цементирующего раствора.

Задачей изобретения является снижение экономических затрат при создании водозащитного экрана за счет изменения формы экрана вокруг скважины, что приводит к уменьшению расхода тампонажного раствора.

Изобретение решает задачу снижения экономических затрат при создании водозащитного экрана в основании свалки отходов путем снижения расхода тампонажного цементирующего раствора за счет изменения формы экрана вокруг скважины.

В известном способе создания водозащитного экрана в основании свалки отходов, включающем бурение нагнетательных скважин через тело свалки в водоносный слой пород, нагнетание тампонажного раствора, предлагается в забое скважины создать цементную пробку, а нагнетание тампонажного раствора производить порционно с выдержкой между порциями, предварительно ограничивая интервал скважины для нагнетания одной порции тампонажного раствора при помощи тампона, объем каждой последующей порции предлагается увеличивать по отношению к предыдущей, а, по крайней мере, три первые порции тампонажного раствора готовить на основе быстротвердеющего вяжущего.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан вертикальный разрез толщи водоносных пород в основании свалки отходов по оси скважин и предлагаемый водозащитный экран плоской формы вокруг скважины. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - тело свалки; 2 - водоносный слой пород; 3 - скважина; 4 - забой; 5 - глубина забоя; 6 - цементная пробка; 7 - тампон; 8 - интервалы скважины; 9 - слои водозащитного экрана.

Способ реализуется следующим образом. Через тело 1 свалки отходов в водоносный слой 2 пород бурится скважина 3, забой 4 которой располагают на глубине 5, выше которой необходимо создать водозащитный экран. В скважине 3 над ее забоем 4 создают цементную пробку 6, высотой равной одному-двум диаметрам скважины, затем с помощью тампона 7 изолируют первый (а) снизу интервал 8 скважины и нагнетают тампонажный цементирующий раствор с быстросхватывающимся вяжущим (гипс), затем тампон освобождают, промывают, переставляют его на следующий вышерасположенный интервал нагнетания (б) и производят нагнетание быстросхватывающего раствора в этот интервал в большем объеме с учетом пористости грунта и так далее (с переходом на глинистый раствор в интервалах нагнетания (г, д, ж), причем площадь последнего слоя экрана должна равняться заранее рассчитанной площади, зависящей от расстояния между скважинами. В результате поинтервального нагнетания в восходящем порядке с использованием в нижних слоях растворов быстросхватывающегося вяжущего в водоносном слое пород формируется водонепроницаемая область из слоев 9 вокруг каждой из скважин, при объединении которых в одну систему (с учетом схемы расположения скважин в плане) и создается водозащитный экран. Предлагаемый способ значительно более эффективный, т.к. расход тампонажного раствора для создания водозащитного экрана сокращается более чем вдвое.

Таким образом, именно благодаря созданию в забое скважины цементной пробки, последующему поинтервальному нагнетанию тампонажного раствора в восходящем порядке с увеличением объемов подаваемого раствора и использованию при нагнетании в нижние интервалы скважины растворов с быстросхватывающимся вяжущим обеспечивается решение поставленной задачи - снижается расход раствора при создании водозащитного экрана в основании свалки.

Пример осуществления способа. В теле 1 свалки твердых бытовых отходов высотой 35 м бурится скважина 3, которая обсаживается трубами диаметром 127 мм, в водоносном слое 2 скважина бурится диаметром 110 мм до глубины 50 м, считая от поверхности свалки, выше которой создается водозащитный экран. Над забоем 4 скважины создают бетонную пробку 6 высотой 300 мм, тампон УТД-1 (унифицированный тампон давления) устанавливают выше, создавая интервал для нагнетания раствора высотой один метр. Через этот интервал (а) производят нагнетание раствора фосфогипса в течение времени, определяемого исходя из объема подлежащего заполнению слоя, подачи насоса, пористости водоносного слоя и плотности раствора. Затем тампон освобождают, промывают, устанавливают на один метр выше и повторяют нагнетание раствора фосфогипса в увеличенном объеме. Объем каждой последующей порции тампонажного раствора увеличивают по отношению к предыдущей, учитывая пористость водоносного слоя, равную 0,3, и заданную площадь верхнего слоя экрана, которая зависит от расстояния между скважинами. Раствор проникает через поры водоносного слоя под действием сил давления, создаваемого насосом, и сил гравитации (на удалении от скважины), в результате образуется непроницаемый слой 9, форма которого показана на чертеже. Начиная с четвертого интервала в скважину подают глинистый раствор. После нагнетания раствора в последний интервал вокруг скважины создается водонепроницаемый экран высотой около 7 м и диаметром 21 м. Следующие скважины располагают на расстоянии 20 м от первой по треугольной схеме, под всей площадью свалки. По контуру свалки экран создают во всем водоносном слое выше глубины 5, что позволяет полностью изолировать грунтовые воды от проникновения загрязненного инфильтрата из тела свалки. Расчет увеличивающихся объемов порций нагнетаемого раствора проводят по формуле V=S·h, где , d - диаметр водозащитного экрана. Размеры увеличивающихся диаметров выбирают заранее, например 4, 7, 9, 14, 18, 21. Соответственно рассчитывают объемы: 12,56 м³; 38,46 м³ ; 65,59 м³; 153,86 м³; 254,34 м³ ; 346,18 м³. С учетом пористости водоносного слоя, равной 0,3, объемы фосфогипса составят 3,8 м³; 11,5 м³; 19,7 м³, а объемы глины в последующих слоях: 41,1 м³; 76,3 м³; 103,8 м³ . При средней плотности растворов фосфогипса и глины 1,05 объем подаваемой в скважину воды составил для всех слоев в 20 раз больше объемов твердой части растворов.

По сравнению с объемом необходимого тампонажного раствора в способе-прототипе, который рассчитывается по формуле объема шара ,

при диаметре 21 м объем тампонажного раствора составит (4846×0,3) м³=1453 м³,

в то время как по предлагаемому способу этот объем равен 261 м³.