Способ защиты подготовительных выработок от притоков воды

 

Использование в горной промышленности при проходке подготовительных выработок в обводненных породах Сущность изобретения для снижения стоимости и повышения надежности защиты определяют ширину зоны опорного давления, бурят скважины, закрепляют герметизаторы в скважинах, пробуренных из выработки по направлению ее оси, от устья на расстоянии ширины зоны опорного давления а в скважинах, пробуренных с земной поверхности , - у верхней границы водоносного слоя залегающего над выработкой, нагнетают гелеобразующий раствор в интервал от забоя скважины до герметизатора Гелеобразующий раствор выбирают с учетом водопроницаемости массива пород вязкостью не более 10 способ 1 эпф-лы, 2 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

{21) 4704148/ОЗ (22) 1206.89 (4Е) ЗО.11.9З Вюа Ив 4З- И (71) Институт горного дела имААСкочинского (72) Хохлов ИВ (73)- Институт горного дела имЛАСкочинского (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ

ВЫРАБОТОК ОТ ПРИТОКОВ ВОДЫ (57) Использование: в горной промышленности при проходке подготовительных выработок в обводненных породах Сущность изобретения: для снижения стоимости и повышения надежности защиты (Ю) RU (11) 2ООЗЗОЯ С1 (51) 5 Е21011 38 определяют ширину зоны опорного давления, бурят скважины, закрепляют герметизаторы в скважинах пробуренных из выработки по направлению ее оси, от устья на расстоянии ширины зоны опорного давления, а в скважинах, пробуренных с земной поверхности, — у верхней границы водоносного слоя, залегающего над выработкой, нагнетают гелеобразующий раствор в интервал от забоя скважины до герметизатора Гелеобразующий раствор выбирают с учетом водопроницаемости массива пород вязкостью не более 10 способ. 1 зл.ф-ль 2 ил.

2003808

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке горных выработок в обводненных породах.

Известен способ иньекционных противофильтрационных завес, устраиваемых вокруг осушаемой выработки для резкого сокращения притока воды в нее (1), Способ состоит в том, что по контуру защищаемого участка выработки бурят скважины, по которым в тампонируемую зону закачивают иньекционные смеси (цементные, битумные и др.}.

Однако при осуществлении способа на протяжении всего защищаемого участка выработки заблаговременно создают противофильтрационную завесу. Используют иньекционные смеси, имеющие большую вязкость, дальность растекания которых в массиве при вдавливании не превышает 2 — 3 м, поэтому для создания завесы требуется бурить большое количество скважин, Это дорого и трудоемко.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ предварительного тампонажа пород, окружающих выработку (21. Тампонаж производится участками по скважинам, задаваемым из выработки. Сущность способа состоит в том, что до начала проходки выработок s водоносных породах из забоев бурят 1-2 контрольные скважины длиною до 80 м каждая и выясняют местоположение обводненного участка. Вблизи выявленного водоносного участка проходку выработки останавливают. Иэ забоя выработки бурят горизонтальные или слабонаклонные скважины, если выработка горизонтальная, через них производят тампонирование.

Тампонажные работы выполняют участками (заходками) соответствующей длины c последовательным чередованием процессов тампонажа и проходки выработки.

Недостатками способа-прототипа являются его дороговизна и невысокая надежность создаваемой противофильтрационной завесы, так как тампонажные скважины бурят большой длины, а интекционной смесью является цементный раствор, твердые фракции которого мелкими трещинами отсеиваются, Через эти слабозатампонированные участки ("окна" в противофильтрационной завесе) подземная вода поступает ввыработку,,Кроме того, растекание цементного раствора по мелким трещинам в породах не превышает

2-3 м. По этой причине для создания завесы требуется бурить большое количество тампонажных скважин. что влечет эа собой удорожание способа.

Целью изобретения является снижение стоимости и повышение надежности защиты горных выработок от притоков подземных вод, Поставленная цель достигается тем, что предварительно определяют ширину зоны опорного давления, скважины бурят из выработки или с поверхности, при этом закрепление. герметизаторов в скважинах, 10 пробуренных из выработки по направлению ее оси или по нормали к ней, производят на расстоянии от устья, равном ширине зонй опорного давления, à в скважинах, пробуренных с земной поверхности, — у верхней границы водоносного слоя, залегающего над выработкой, причем для нагнетания используют гелеобразующий раствор, который размещают в интервале от забоя скважины до герметизатора.

Гелеобразующий раствор используют вязкостью не более 10 сП, чтобы иметь наибольшее его растекание в тампонируемом . массиве пород.

Сущность предлагаемого способа поясняется вертикальными разрезами вдоль оси выработки (фиг,1 и 2) и вкрест простирания пласта (фиг.3).

На разрезах .показаны подготовительная выработка 1, слой 2 водоносной породы, 30 нагнетательные тампонажные скважины 3, герметиэатор 3 скважины; ширина зоны 5 опорного давления; контур б эатампонированных пород.

Пример. На участке шахтного поля, 35 где проектируется проходка горной выработки, определяют местоположение водоносного горизонта, ожидаемый приток воды из него в выработку, напор пластовой воды, коэффициент фильтрации, скорость фильтрации, коэффициент трещинной пустотности К> (трещиноватости), а также элементы залегания трещин, величины их раскрытия.

Определяют потребное количество 0 гелеобразующего раствора, пользуясь форму45 лой

Q - =K> -mbL-, где гль — мощность водоносного слоя, в котором создается завеса;

1 — дальность растекания раствора, определяемая экспериментальным путем.

В качестве составляющих тампонажного раствора используют жидкое стекло, сульфат аммония или хлористый аммоний, полиакриламид и воду. Полученный из них химический раствор нетоксичен, дешев(стоимость 1 м не превышает 5 руб.). в исходном состоянии имеет вязкость. близкую вязкости воды, под давлением нагнетания

2003808 способен растекаться в трещиноватом водоносном слое на расстояние до 30-40 м от места ввода (скважины, шпура).

Чтобы загустевание нагнетаемого раствора (образование геля) происходило после заполнения трещин тампонируемого водоносного слоя, определяют время, через которое это охватывание должно произойти. пользуясь фактической скоростью фильтрации воды на этом участке.

По установленному периоду схватывания выбирают нужный рецепт раствора (количественное соотношение химических реагентов) при применительно к конкретным условиям в лаборатории подбирается эталонный раствор, Например, чтобы образование геля произошло через 5 ч, после начала нагнетания требуется следующее сботношение реагентов: 2% Ма2ЫОз + 1,5% (NH4)z S04+0,05% ПАА+ 97,4 Н20, Руководствуясь "Указаниями по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР" (Л.:ВНИМИ, 1986), для заданной глубины заложения горной выработки определяют ширину эоны опорного давления, Производят бурение нагнетательных скважин или шпурав. Если водоносный горизонт залегает вблизи выработки (на расстоянии менее 20 м) то из забоя выработки бурят нагнетательные шпуры диаметром около 45 мм. При большем расстоянии от выработки до водоносного горизонта бурят нагнетател ьн ые скважины.

Если водоносный горизонт залегает ближе к земной поверхности. чем в выработке, то нагнетательные скважины бурят с поверхности до почвы водоносного горизонта. В этом случае они будут короче и бурение их будет стоить дешевле, чем из выработки, Скважины и шпуры из выработки задают вдоль оси выработки или по нормали к ней. Чтобы нагнетаемый в скважину или шпур тампонажный раствор не вытекал иэ них в выработку, герметизаторы в них закрепляют на расстоянии от устья не менее величины эоны опорного давления.

Если бурение тампанажнай скважины производится с земной поверхности, та герметиэатор закрепляют в кровле водоносного слоя (у верхней его границы). В качестве герметизатора скважин можно использовать пакерующее устройство типа ДАУ-1 конструкции ПО "Спецтампанажгеалогия".

Для герметизации шнуров и одновременно для нагнетания тампонажных растворов можно использовать комплекс тампонажный гелеабразующий раствор выбирают вязкостью не более 10 сП.

За счет наибольшей дальности растека40 ния гелеобразующега раствора в массиве пород повышается надежность создания пративафильтрацианных завес, в 3-4 раза уменьшается количества тамна31ажных скважин (шпурав). Стоимость 1 м тамна,з

45 нажнаго раствора, примерна, в l0 раз дешевле, чем цел1ентиага.

В Кузбассе в абваднен lblx псрадах ежегодно проходят свыше 40 км падгатавигель50

5 t0

35 нагнетания смолы (КНС), серийно выпускаемый Киселевским заводом (Кемеровская обл.), или НАГУС, изготавливаемый Теплогорским заводом гидрооборудования (Луганская область).

После бурения тампонажных скважин (шпуров) производят через них нагнетание тампонажного раствора, заранее приготовленного и доставленного к месту нагнетания. Доставку производят в разных емкостях (в одной жидкое стекло, в другой раствор сульфата аммония или хлористого аммония с полиакриламидом), Смещение их производят череэ дозатор в смесителе. Вязкость тампонажного раствора не должна превышать 10 сП.

Для нагнетания можно использовать буровые насосы типа Н 6-50 и ил1 аналогичные.

Нагнетание производят в интервал скважины (шпура), ограниченный с одной стороны забоем, а с другой герл1етизатарам. Давление нагнетания принимается в 5 и более раз превышающим пластавое давление подземной воды на этой глубине.

Новизна и отличие предлагаемого технического решения от известных состоит в том, чтадля достижения поставленной цели осуществляют следующие дополнительные операции; определяют ширину зоны опорного давления, герметизатар закрепля3ат в скважине (шнуре), пробуренной из выработки. на расстоянии от устья не менее ширины зоны опорного давления, а пробуренной с поверхности, — у верхней границы водоносного слоя, нагнетание производят в интервал скважины ат забоя да герметизатара, ных выработок, Таким образом, ат внедрения предлагаемого решения а>кидаомая зкономия составит Oi:oii0 0,4 off H.p>fO. f3 гад. (5б) Справочник па асушени1о гарньtx парад.

M.: Недра, с.279.

Трупак Н.Г. Специальные способы пгаведения горных выработок. Л.: Недрз, 1976. с.359.

2003808

° ° °

° ч °

° °

g) 4 ГсУ

Составитель И.Хохлов

Редактор М,Стрельникова Техред М.Моргентал

Корректор С.Лисина

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ. 3315

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК. ОТ ПРИТОКОВ

ВОДЫ, включающий бурение тампонажных скважин, установку в них герметизаторов и нагнетание тампонажных растворов, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости и повышения надежности защиты, предварительно определяют ширину 10 зоны опорного давления, а скважины бу-. рят из выработки или с.поверхности, при этом закрепление герметизаторов в скважинах, пробуренных из выработки, производят по направлению ее оси или по нормали к ней на расстоянии от устья, равном ширине зоны опорного давления, а в скважинах, пробуренных с земной поверхности, - у верхней границы водоносного слоя, залегающего над выработкой, причем для нагнетания используют гелеобразующий раствор. который размещают в интервале от забоя скважины до терметизатора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гелеобраэующий раствор используют вязкостью не более 10 сП.