Способ управления состоянием породного массива

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении выработок по крепким трещиноватым породам, слабосцементированным минералами вторичного заполнения. Цель - повышение эффективности упрочнения пород сильнотрещиноватого массива с присутствием минералов вторичного заполнения трещин. Для этого бурят опережающие нагнетательные и дренажные скважины на длину подвигания забоя. В нагнетательные скважины закачивают химически активный, ослабляющий породу раствор и контролируют интенсивность реакции разложения минерала-заполнителя трещин через дренажные скважины. После вымывания минерала-заполнителя в нагнетательные скважины закачивают химический крепитель, а в дренажные скважины - химически активный раствор, давление которого меньше давления крепителя. Способ позволяет органически соединить способ упрочнения приконтурной зоны вокруг выработки, повышающей ее устойчивость, и способ разупрочнения массива, отбиваемого при проходке. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (И) 9187 А1 (51)5 E 21 D 20 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О"ГНРЬГГИЯМ

1)РК ГКНТ СССР

1 (21) 4462469/24-03 (22) 18.07.88 (46) 23.04.90. Бюл. Р 15 (71) Всесоюзный научно-исследователь;ский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) В.А.Смирнов и А.П.Белоусов (53) 622.284.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1285160, кл. E 21 D 20/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

)Г 1041694, кл. E 21 П 11/14, 1982. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ

ПОРОДНОГО ИАССИВА (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при проведении выработок по крепким трещиноватым породам, слабосцементированным минералами вторичного заполнения.

Цель — повышение эффективности упрочИзобретение относится к горному делу, преимущественно к горнорудной промышленности и тоннелестроению, и может быть использовано при проведении выработок по крепким сильнотрещиноватым породам, слабосцементированным минералами вторичного заполнения.

Цель изобретения — повышение эффективности упрочнения сильнотрещиноватого массива с присутствием минералов вторичного заполнения трещин.

На фиг. 1 схематически показано расположение скважин в поперечном сечении выработки относительно ее нения пород сильнотрещиноватого массива с присутствием минералов вторичного заполнения трещин. Для этого бурят опережающие нагнетательные и дренажные скважины на длину подвигания забоя. В нагнетательные скважины закачивают химически активный, ослабляющий породу раствор и контролируют интенсивность реакции разложения минерала †заполните трещин через дренажные скважины. После вымывания минерала-заполнителя в нагнетательные скважины закачивают химический крепитель, а в дренажные — химически активный раствор, давление которого меньше давления крепителя. Способ позволяет органически соединить способ упрочнения приконтурной зоны вокруг выработки, повышающей ее устойчивость, и способ разупрочнения массива, отбиваемого при проходке.

3 HJI проектного контура и зоны упрочнения; на фиг. 2 — выработка с нагнетательной и дренажной скважинами, продольное сечение, и схема движения химически активного раствора при

) обработке призабойного массива и зоны упрочнения; на фиг. 3 — выработка в призабоййой зоне, продольное сечение, со схемой нагнетания крепителя в зону упрочнения и химически активного раствора в дренажные скважины.

Способ осуществляют следующим образом.

1559187

При проведении выработки в сильнотрещиноватом массиве пород с присутствием минералов вторичного заполнения трещин из забоя вблизи проектно5 го контура выработки 1 бурят два ряда опережающих скважин. Внешний ряд нагнетательных скважин 2 бурят наклонно от проектного контура выработки до границы зоны 3 упрочнения пород, внутренний ряд дренажных скважин 4— горизонтально на длину подвигания забоя.

Через нагнетательные скважины 2 предварительно закачивают в массив с помощью инъекторов химически активный ослабляющий раствор, который, омывая трещины, вступает в реакцию с минералом-заполнителем и вымывает продукты его разложения через дренажные 2р скважины 4.

Контроль за процессом разложения минерала-заполнителя трещин осуществляют по количеству продуктов разложения, вымываемых из дренажных скважин, 25 которое определяется трещинным объемом минерала-заполнителя отрабатываемого участка горных пород по известной формуле

{1)

Р = -- -100 где п — эффективная трещинная порис— тость массива горных пород, Х;

1с длина дренажных скважин 35 м

S — площадь поперечного сечел ния зоны упрочнения, м .

После обработки трещин химически активным ослабляющим раствором нй gp глубину зоны упрочнения в нагнета„тельные скважины подают химический крепитель, а в скважины 4 — химически активный ослабляющий раствор.

Ослабляющий раствор в целях качест-45 венного заполнения крепителем трещин в зоне 3 упрочнения пород и возможности контроля за распространением его строго в пределах зоны упрочнения подают под давлением меньшим, чем давление крепителя, поскольку при равном или обратном соотношении давлений существует возможность того, что ослабляющий раствор будет препятствовать заполнению трещин в зоне упрочнения.

Соотношение давлений нагнетания . ослабляющего раствора и крепителя принимается исходя из следующей зависимости:

Ро — -Рк О, 1, МПа, (2) о

k где P u P — соответственно давления о К нагнетания химически активного ослабляющего породу раствора и крепителя;

1, и 1к — кинематические вязкости ослабляющего раствора и крепителя.

После полного насыщения трещин крепителем в зоне упрочнения избыточное давление крепителя передается на подаваемый через дренажные скважины ослабляющий раствор, что вызывает рост давления в системе нагнетания в дренажные скважины. Это означает, что трещины в зоне упрочнения полностью заполнены крепителем и его подачу можно прекращать.

Использование предлагаемого способа позволяет упрочнять приконтурный массив выработки путем замещения слабого естественного заполнителя трещин более прочным искусственным и одновременно разупрочнять массив в пределах проектного контура выработки за счет ослабления связей по трещинам пород, облегчая таким образом ее выемку.

Пример. Выработка пересекает мощную зону раздробленных скальных пород тектонического нарушения типа разлома, представленную раздроблен-. ными скальными породами с развитием по трещинам минералов-заполнителей карбонатной группы в виде прожилок и примазок кальцита по граням породных блоков с зеркалами скольжения.

Обрушение пород происходит сразу вслед за подвиганием забоя выработки.

В этом случае в массив через скважины 2 первоначально нагнетают 3—

5Х-ный раствор хлористого аммония, который вступает в реакцию с заполнителем трещин, в результате чего происходит разложение карбонатного заполнителя с выделением газов СО и

NH3 и хлористого кальция, вымываемого из трещин при последующей подаче в скважины хлористого аммония.

Концентрация 3-5Х принята из расчета стехиометрического соотношения, требуемого по реакции взаимодействия хлористого аммония с карбонатами.

Кроме того, раствор хлористого аммония такой концентрации обладает боль5 15591 шой проникающей способностью, близкой к воде. Концентрация хлористого аммония в растворе ниже ЗЖ нецелесообразна, так как в этом случае количество требуемого по реакции реагента

5 недостаточно и, следовательно, разложение карбонатов не полное ° Увеличение концентрации хлористого аммония выше 5Х приводит к повышению 10 вязкости раствора, а следовательно, снижению его проникающей способности.

Вымывание продуктов разложения происходит через дренажные скважины 15

4, которые используются также для химического контроля за интенсивностью процесса разложения заполнителя трещин.

После обработки массива хлористым аммонием в скважины 2 нагнетают раствор химического крепителя, например .эпоксидную смолу ЭД-5 с отвердителем

УП-583, а в скважины 4 подают раствор хлористого аммония той же концентрации с давлением меньшим, чем давление нагнетания крепителя. При давлении нагнетания крепителя, равном 2 МПа, с вязкостью 20 сП и вязкости хлористого аммония 10 сП дав- 30 ление нагнетания хлористого аммония в дренажные скважины по формуле (2) составляет 0,9 MIIa.

Контроль за качественной обработкой крепителем зоны упрочнения пород вокруг выработки осуществляют по изменению давления нагнетания хлористого аммония в скважины 4. При качественном заполнении трещин в зоне упрочнения наблюдается рост давления в 40 системе нагнетания хлористого аммония в дренажные скважины.

Использование предлагаемого способа управления состоянием породнoro массива позволяет органически соеди- 45 нить способ упрочнения приконтурной

87 зоны вокруг выработки, повышающей ее устойчивость, z» способ разупрочнения массива, отбиваемого при проходке, что повышает эффективность ведения горных работ за счет снижения трудозатрат и расхода ВВ.

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить эффективность упрочнения пород вокруг выработок, по трещинам которых развиты ослабляющие минералы, кроме того наличие дренажных скважин дает возможность осуществлять контроль эа интенсивностью процесса разложения минерала-заполнителя и качеством заполнения трещин в зоне упрочнения, а также сокращается количество агентов, вводимых в массив при обработке.

Формула изобретения

Способ управления состоянием породного массива, включающий бурение нагнетательных скважин и последовательное закачивание в них до границ зоны упрочнення химически активного ослабляющего породу раствора и химического крепителя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения сильнотрещиноватого массива с присутствием минералов вторичного заполнения трещин, на длину подвигания забоя дополнительно бурят дренажные скважины, а в нагнетательные скважины предварительно закачивают ослабляющий раствор, при этом через дренажные скважины контролируют интенсивность реакции разложения минерала-заполнителя трещин и производят закачку крепителя после вымывания последнего ослабляющим раствором, а затем ослабляющий раствор дополнительно закачивают в дренажные скважины под давлением меньшим, чем давление крепителя.

1559187

Составитель С. Бачурин

Техред М.Ходанич

Корректор 0.Кравцова

Редактор И.Шулла

Заказ 830 Тираж 379 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям нри ГКНТ СССР

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

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