Файл: Рачевский, Б. С. Транспорт и хранение углеводородных сжиженных газов.pdf

в процессе инженерно-геологических изысканий. Исследования так­ же показали, что рабочее давление сжиженного газа при эксплуата­ ции подземных емкостей в целом благоприятно воздействует на на­ пряженное состояние незакрепленных выработок-емкостей. Оно при­ мерно вдвое снижает концентрацию сжимающих напряжений в углах выработок-емкостей и производит некоторую разгрузку сжима­ ющих напряжений на контуре боковых стенок, в кровле и в почве этих выработок.

Минимальная мощность горных пород, вмещающих подземную

где к — коэффициент запаса прочности, равный 1,2—1,5; р — максимально возможное давление сжиженного газа внутри выра­ боток-емкостей; у р — средневзвешенный объемный вес покрыва­ ющих горных пород

пластов горных пород, слагающих покрывающую толщу.

Глубина заложения вырабо!ок-емкостей обычно не превышает

150—200 м.

Строительство подземных емкостей на более глубоких гори­ зонтах обосновывается технико-экономическими расчетами, так как

верхностью и в период проходки горизонтальных выработок служат

143

для извлечения породы, спуска и подъема оборудования и рабочих, вентиляции, прокладки водооткачивающих труб, кабеля и т. д. Сечение вскрывающих выработок принимается .минимальным по условиям размещения постоянного эксплуатационного и горнопро­ ходческого оборудования, а также пропуска необходимого количе­ ства воздуха при скорости его движения не более 8 м/с [15].

Первые подземные емкости имели диаметр ствола 4—Г) м, в после­ дующем диаметр стали уменьшать, и сейчас наиболее распространен­ ный диаметр стволов 1,2—1,5 м. Такой диаметр ствола, по мнению американских специалистов, является оптимальным для выполнения операций спуска — подъема людей, узлов горнопроходческого обо­ рудования и выдачи породы. Переход на небольшой диаметр стволов

(толщина стенки 15—20 мм) с тампонажом затрубного простран­

и других коммуникаций. При объеме подземного хранилища более 25 тыс. м3, помимо главного ствола, проходят два вентиляционных, а при объеме свыше 35 тыс. м3 — три ствола и более [22].

Подземные емкости представляют собой отдельные горизонталь­

рис. 63). Емкости создаются со сводчатой, круглой или трапе­ цеидальной (с закруглением в углах) формой поперечного сечения и проходятся с уклоном, равным 0,002, в сторону размещения за­ борного зумпфа. Наиболее распространенные формы поперечных сечений выработок-емкостей представлены на рис. 65. Выработки проходятся, как правило, без крепи или с применением анкерной крепи, при которой принимается параллельное или шахматное расположение штанг с расстоянием между ними в одном ряду от 600 до 1300 мм при длине штанг 3000 м [20]. Для придания устойчи­ вости горизонтальным выработкам, испытывающим давление выше­ лежащих пород, в процессе их проходки оставляют предохранитель­ ные породы целики. Целики, поддерживающие кровлю, составляют примерно 30 70% общей площади, предусмотренной под строитель­ ство хранилища. Объем предохранительных целиков зависит от проч­ ности пород. Гак, на глинистых сланцах обычно разрабатывают не

144 .

более 35% породы, остальную часть оставляют под предохранитель­ ные целики, а в гранитах 70% разрабатывают и 30% оставляют. Высота и ширина подземных выработок зависит от емкости храни­ лища, крепости и устойчивости пород, обычно высота — от 4 до 12 м, ширина — от 4 до 10,5 м.

При проходке горизонтальных выработок породу разрабатывают чаще всего буровзрывным .методом. В качестве ВВ используются ди­ намит или динамит в сочетании с другими взрывчатыми веществами.

Неизбежным следствием взрывных работ при проходке выра­ боток, особенно в скальных породах, является образование но их контуру нарушенной зоны, характеризующейся более высокой, чем сама порода, проницаемостью и ведущей к неизбежным потерям хранимого продукта на пропитку этой зоны при первоначальном заливе подземных емкостей. При сооружении выработок-емкостей очень важным условием является сохранность естественной моно­ литности окружающего массива вмещающих горных пород для снижения размеров нарушенной зоны до минимума.

Одним из совершенных методов взрывных работ, обеспечивающим высокое качество оконтуривания горных выработок, является метод так называемого «гладкого» (профилированного) взрывания, успешно применяемый в последние годы при строительстве отечественных и зарубежных подземных сооружений [7]. Метод «гладкого» взры­ вания заключается в специально.м подборе диаметра, конструкции, величины и расположения зарядов по контуру выработки, а также

ввыборе взрывчатого вещества, средств и очередности взрывания. Физический смысл метода «гладкого» взрывания состоит в том, что

врезультате применения особой конструкции зарядов контурных шпуров, в которых ВВ рассредоточены по их длине воздушными промежутками, происходит более равномерное распределение энер­ гии взрыва при его воздействии на взрываемый массив. Вследствие наличия воздушных промежутков между патронами ВВ значительно снижаются непроизводительные затраты энергии взрыва на переизмельчение породы на границе «заряд — разрушаемая среда», пластические деформации, чрезмерный разброс и т. д. «Гладкое»

взрывание значительно снижает разрушающие действия зарядов

вглубь массива за счет воздушных промежутков между патронами

ВВи максимально приближает контур выработок к проектным очер­ таниям, создавая условия для повышения их устойчивости, что особенно важно для незакрепленных выработок. Снижение сейсми­ ческого эффекта от действия взрыва при «гладком» взрывании дает возможность сократить размеры предохранительных целиков в вы­

работках. Преимуществом этого метода является также повышение безопасности труда проходчиков, так как резко уменьшается ко­ личество случаев выводов и отслоения породы из кровли выработки, заколов и т. д.

Опыт применения «гладкого» взрывания при строительстве раз­ личных подземных сооружений и основные положения по проекти­ рованию взрывных работ по этому методу приведены в работах [7, 14].

После проходки горизонтальных выработок сооружается зумпф глубиной, определяемой необходимостью размещения и нормальной работы погружного насоса.

Для предотвращения утечки паров сжиженного газа из подзем­ ного хранилища через ствол в нем или в околоствольных выработках создается газонепроницаемая бетонная перемычка. С этой целью вблизи ствола проходится выработка небольшого сечения для рас­ положения перемычки, а дальше проходятся выработки проектного размера. В околоствольной выработке делается вруб под перемычку глубиной 0,5 ж 0,8 м из плотного бетона с надежной изоляцией пропускаемых через нее трубопроводов. Перемычка выполняется

Рис. 66. Принципиальная схема герметизирующей перемычки:

1 — выработка-емкость; 2 — стенки из бетона специального состава; 3 — полость гидроза­ твора; 4 — система перемешивания жидкости; 5 — система для выпуска воздуха из полости гидрозатвора; 6 — система поддержания избыточного давления в гидрозатворе; 7 — грязевой насос; 8 — дыхательный трубопровод; 9 — трубопровод для закачки и отбора продукта; 10 — трубопровод для закачки изолирующей жидкости; 31 — насос для подкачки изолиру­

ющей жидкости

с двумя железобетонными стенками, установленными на расстоянии 0,5—0,7 м друг от друга. Пространство между ними для полной гер­ метизации заполняется под давлением специальными жидкостями. На рис. 66 представлена схема такого герметизирующего устройства, разработанного во ВНИИПромгаз [63].

Герметизирующее устройство состоит из двух напорных стенок, перекрывающих выработку-емкость и сооруженных из специального бетона. Полость между стенками заполняется изолирующей жид­ костью, к которой предъявляются требования длительной стабиль­ ности и образования гидравлической завесы в окружающем массиве пород, а также при контакте стенок с металлическими закладными деталями и породой. Получены оптимальные составы такой жид­ кости, в которые входят 10%-ный водный раствор бентониГовой глины Махарадзенского месторождения Грузинской ССР и хими­ ческие реагенты-стабилизаторы (5%-ный раствор карбоксиметилцеллюлозы, 10%-ный раствор гексаметафосфата, 3%-ный раствор NaOH, жидкое стекло).

146

Изолирующая жидкость в полости гидрозатвора находится под давлением, превышающим иа 0,2—0,5 кгс/см2 давление углеводо­ родных газов в хранилище. Определенная водоотдача изолирующей жидкости под давлением приводит к образованию в окружающих породах водяной завесы. При этом непроницаемые бетонные стенки препятствуют фильтрации изолирующей жидкости, а тонкодисперсные глинистые частички кольматируют поры в зонах контакта бетона с породой и закладными деталями, что обеспечивает доста­ точную герметичность полости гидрозатвора. Содержание гермети­ зирующей жидкости под давлением обеспечивает создание постоян­ ного гидравлического затвора вокруг выработки-емкости в зоне герметизирующего устройства. Гидрозатвор препятствует фильтра­ ции из хранилища жидкой и паровой фаз продуктов в связи с более низким их давлением по сравнению с давлением в полости гидро­ затвора.

Технологическое оборудование герметизирующего устройства обе­ спечивает закачку и периодическое перемешивание изолирующей жидкости в полости гидрозатвора, что необходимо для поддержания ее в стабильном состоянии, создание в гидрозатворе давления, по­ стоянно превышающего давление в емкости, а также залив и опо­ рожнение подземной емкости.

Для сооружения, стенок герметизирующих устройств разработаны специальные практически непроницаемые бетоны, расширение ко­ торых в процессе твердения обеспечивает достаточную герметичность контакта бетона с окружающей породой и закладными деталямй технологической обвязки.

Подземные емкости, сооружаемые горным способом, по окончании строительства заполнены воздухом при атмосферном давлении. Во время эксплуатации в них находятся сжиженные газы в жидкой и паровой фазах. Это определяет специфические условия испытания емкостей и ввода их в эксплуатацию. Испытания заключаются в проверке их прочности и герметичности опрессовкой воздухом при закрытой на обвязке арматуре в две стадии [14]: на прочность под испытательным давлением; на герметичность после снижения испы­ тательного давления до максимального рабочего.

Испытательное давление при проверке на прочность принимается равным 1,5 максимального рабочего давления. Продолжительность испытания — не менее 6 ч. Подземные емкости считаются выдержав­ шими испытание на прочность, если при осмотре после снижения испытательного давления до рабочего не обнаружено трещин, раз­ рывов и других дефектов в перемычках и обвязке емкости. Испытание на герметичность производится при максимальном рабочем давлении в течение 24 ч.

Подземные емкости считаются выдержавшими испытание на герметичность, если видимое падение давления не превышает падения давления вследствие изменения температуры.

Рабочее давление равно давлению насыщения паров продукта при температуре стенок хранилища. По окончании испытания для