Способ защиты горных работ от подземных вод

 

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГОРНЫХ РАБОТ ОТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД, включающий бурение нагнетательных скважин и нагнетание замораживаемой зкидкости, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности изо ляции от минерализованных подземных вод с температурой ниже , в качестве замораживаемой жидкости ису пользуют глинистые тонкодисперсные пресные пульпы теплоемкостью ниже теплоемкости воды. 2. Способ по П.1, отличающийся тем что при температуре подземных вод (-1)-(-8)С & качест i ве тонкодисперсной пресной пульпы используют глинистый раствор плот (Л ностью 1,5-1,7 г/см. со о 00

ÄÄSUÄÄ114 01

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4р1>Е 21 D 1/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (i (% ay g

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТИУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТНРЫТИЙ (21) 3550830/22-03 (22) 24. 12.82 (46) 07. 04. 85. Бюл. Ф 13 (72) Э.Я. Кипко, В.А. Лагунов, Г.С. Левчинский, С.Ю. Михеев, А.В. Попов, Л.И. Сердюков, И.Б. Хлынов и Е.Г. Цаплин (71) Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей промьппленности и Производственное объединение "Спецтампонажгеология" (53) 624. 191. 6 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 648690, кл. Е 02 0 19/14, 1979.

2. Аренс В.Ж. и др. Анализ способов защнты горных работ от подземных вод и газов при разработке глубоких зон кимберлитовых трубок и программа исследований по созданию льдопородных завес. Отчет ГИХСМ, N., 1976, с. 15-16. (54) (57) 1, СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГОРНЫХ

РАБОТ ОТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД, включающий бурение нагнетательных скважин и

" нагнетание замораживаемой жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности изо" ляции от минерализованных подземных

1 вод с температурой ниже О С, в качестве замораживаемой жидкости исТ пользуют глинистые тонкодисперсные пресные пульпы теплоемкостью ниже теплоемкости воды.

2. Способ по п.1 о т л и ч а юшийся тем, что при температуре подземных вод (-1)-(-8)0C и качест" ве тонкодисперсной пресной пульпы используют глинистый раствор плотностью 1 5-1,7 г/см .

1149018

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при вскрытии и разработке обводненных полезных ископаемых, содержащих минерализованные подземные воды с температурой киже 04С.

Известен способ защиты открытых горных работ от подземных. вод, включающий бурение скважин, вскрывающих водоносный пласт, осушение путем дренажа через скважины, нагнетание в осушенный пласт хладагента с температурой ниже 0 С, фильтрование его по пласту, откачку на поверхность и замораживание пласта путем нагнетания в пласт пресной воды {1).

Недостатком способа является то, что вследствие механического и диффузионного перемешивания нагнетаемой пресной воды с высокоминерализованными подземными водами резко снижается надежность водоизоляции. Повышение надежности требует проведения сложных дополнительных работ по предварительному осушению и искусственному охлаждению водоносного пласта, что приводит к снижению эффективности водоизоляции о

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ защиты открытых горных работ от подземных вод, включающий бурение нагнетательных скважин и нагнетание замораживаемой жидкости. (2)„

Недостатком известного способа является низкая эффективность водоизоляц п вследствие плохой надежности. Это происходит потому, что нагнетаемая пресная вода перемешивается с минерализованными подземньзж водами, что приводит к образованию широкой зоны смешанных вод, для замерзания которых недостаточно естественного холода массива.

Низкая скорость заморавщвания не позволяет эффективно применять известный способ в условиях больших объемов горных работ. Кроме того, способ,не исключает возможности поступления токсичных газов (сероводорода), так как подземные воды с растворенными в них газами не могут быть вытеснены закачиваемой пресной водой.

Цель изобретения - повышение эффективности изоляции горных работ

45 от минерализованных подземных вод с температурой ниже 0 С.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу защиты горных работ от подземных вод, включающему бурение нагнетательных скважин и нагнетание замораживаемой жидкости, в качестве замораживаемой жидкости используют глинистые тонкодисперсные пресные пульпы теплоемкостью ниже теплоемкости воды.

Кроме того, при температуре подземных вод (-1)-(-8 С) в качестве тонкодисперсной пресной пульпы используют глинистый раствор плотностью 1,5-1,7 г!см .

Нагнетание вместо чистой воды тонкодисперсной пресной пульпы с меньшей теплоемкостью, чем теплоемкость воды, обеспечивает меньшую требуемую теплоту фазового перехода раствора из жидкого состояния в твердое, чем теплота замерзания чистой воды. В результате этого, на процесс замораживания такой жидкости требуется меньшее количество отрицательного тепла, при этом замораживание обеспечивается за счет естественного холода горного массива.

Содержание в пресной пульпе тонкодисперсных фракций твердого вещества повь1шает вязкость,что обеспечивает надежное вытеснение нодземных вод из.обводненных горных пород, а наличие пространственной коагуляционной структуры делает их устойчивыми против механического и диффузионного перемешивания с подземными водами, за счет чего повышается надежность и, тем самым, эффективность водоизоляции.

Ускорение процесса замораживания достигается за счет того, что для замерзания тонкодисперсных пресных пульп требуется меньшее количество холода, чем для замерзания пресной воды.

На чертеже изображена номограмма зависимости замерзания пульп от начальной температуры горного массива и его трещиноватости.

Способ осуществляется следующим образом.

Вокруг горных выработок, расположенных в зоне обводнениых горних пород подземными водами с температурой ниже 0 С, бурят нагнетатель3 1 ные скважины. Через скважины в интервал водоносного горизонта насосами под избыточным давлением нагнетают тонкодисперсную гресную пульпу с теплоемкостью, меньше теплоемкости воды. Количество нагнетаемой . пресной пульпы зависит от трещиноватости горных пород. Предварительна на основании уравнения теплового баланса строится номограмма, отражающая зависимость замерзания пульп с заданным содержанием твердой фазы от начальной температуры горного массива и его трещиноватости при нулевой температуре эакачиваемого раствора (рассмотрена только область фазового перехода).

По номограмме определяют достаточно ли холода в массиве при данной его температуре и трещиноватости для полного замерзания нагнетаемой пульпы с заданным количеством твердой фазы, Анализ номограммы показывает, что введение в воду каждых 100 кг твердой фазы 1 м раствора снижает на 3,8Х затраты холода на замерзание пульпы независимо от трещиноватости, а введение 1000 кг твердой фазы (х " "1,63 г/см ) позволяет снизить затраты на замерзания на 38Х по сравнению с водой. Замерзшая в водолроводящих каналах и трещинах пресная пульпа образует водонепроницаемую гидроизоляционную завесу, в пределах которой осуществляют ведение горных работ.

Пример. Проходят шахтный ствол диаметром 8 м через водоносный горизонт мощностью 100 и, находящийся на глубине 150 м от дневной поверхности. Горизонт содержит высокоминерализованные подземные воды с

Т = -3 С и имеет трещнноватость

2,5Х«

Для защиты ствола при его проходке от подземных вод необходимо создать водонепроницаемую льдоглинистую завесу радиусом 20 м. Бурятся нагнетательные скважины. Диаметр скважин до водоносного горизонта .161 мм, в водоносном. горизонте 132 мм. Глубина скважин

260 м. После окончания бурения че- . рез устье скважины.пад давлением

200 астм нагнетается глйнийтмй раст149018

4 вор объемом 4500 м, в 1 м которого содержится 800 кг глины. Плотность этого раствора 1,5 г/см, теплоемкость раствора при этих условиях 2,4 кДж/кг К, а теплоемкость воды 4,9 кДж/кг К.

Как видно из номограммы, закачиваемый глинистый раствор уверенно замерзает при затратах холода

10 6000 кДж, в то время как вода при этих же условиях не замерзает.

Следовательно, для того чтобы вода замерзла, необходимо большее количество холода.

Проведенньнчи лабораторньии испытаниями установлено, что глинистый раствор плотностью 1,5 г/см в данных условиях замерзает в течение

2-3 ч, после чего в области водо2б непроницаемой льдоглинистой завесы можно осуществлять горные работы.

Предлагаемый способ защиты горных работ от минерализованных под. земных вод позволяет сократить до25 рогостоящий материал - цемент, и за счет этого шире использовать местный материал — глину, при этом получить надежную водонепроницае" мую льдоглинистую завесу и ускорить процесс замораживания.

Кроме того, предлагаемый способ дает возможность обеспечить непрерывную добычу полезных ископаемых в условиях, когда водоносные горизонты в зоне отработки содержат

35 высокоминералиэованные подземные воды с температурой ниже 0 С, и исключить поступление этих вод в зону ведения горных работ.

Известный способ защиты горных, работ с помощью нагнетания в пласт пресной воды и ее естественного замораживания не может быть применен в условиях высокоминерализованных

4 подземных водс температуройниже 0 С °

Базовым объектом является ком плексный метод тампонажа,отличаю; щийся от предлагаемого способа сос.тавом нагнетаемой в пласт жидкости.

В пласт нагнетают глииоцементиый раствор, твердеющий за счет гидратации цемента.

Экономический эффект от виедрения изобретения получается за.счет сокращения применения дорогостоящего материала и упрощения технологии.

1149018

Кою естбп тбер8ай разы 5 1и /рист5ора, кг Ф < 4 Ф ф

Трещинобатость, у.

Редактор О. Юрковецкая

Заказ 1844/23

/ЮИ

К поп попо

-з 10000

"Ъ

Ф 8ддО

Ц 6000, ОООО

2Ид

Составитель Л. Черепенкина

Техред М.Надь Корректор М. Демчик

Тираж 482 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4