Способ разупрочнения мерзлых горных пород

 

Сущность изобретения: определяют температуру мерзлых пород поинтервально по высоте скважины. В интервалах проводят гидроразрыв нагнетанием соляной кислоты, концентрацию которой изменяют обратно пропорционально значениям температуры.

Изобретение относится к технологии разупрочнения горных пород и может быть использовано при строительстве и ведении горных работ в условиях Крайнего севера и Сибири.

Известен способ разупрочнения горных пород, включающий бурение скважин и нагнетание в нее в режиме гидроразрыва воды (авт. св. СССР N 825962, кл. Е 21 С 41/04, 1979).

Недостатком данного способа является то, что в условиях гидроразрыва многолетнемерзлых пород, имеющих отрицательную температуру, вода замерзает и цементирует горный массив после гидроразрыва.

Известен способ, включающий формирование выемок в замороженной горной породе и заполнение их соляной кислотой (Ю. П. Шишкин и др. Экспериментальные исследования безвзрывного разупрочнения многолетнемерзлых пород на алмазоносном месторождении. Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых, 1990, N 4, с. 80-81).

Недостатком способа является низкая эффективность способа, т. к. действие кислоты распространяется только на объем горной породы, находящейся в непосредственной близости от выемки или скважины. Кроме того, велики затраты, т. к. необходимо выполнение большого количества выемок, шпуров или скважин. Кроме того, не учитывается динамика температуры горного массива по глубине скважины, что приводит к перерасходу соляной кислоты и повышению затрат.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, включающий бурение скважин, проведение поинтервального по высоте скважин гидроразрыва горных пород путем нагнетания соляной кислоты [1] .

Недостатком способа являются высокие затраты, так как по интервалам гидроразрыва нагнетается соляная кислота с постоянной концентрацией.

Целью изобретения является снижение затрат на разупрочнение мерзлых пород.

Это достигается тем, что согласно известному способу включающему бурение скважин, проведение поинтервальных по высоте скважин гидроразрыва горных пород путем нагнетания соляной кислоты, определяют температуру мерзлых пород в интервалах и изменяют концентрацию нагнетаемой кислоты обратно пропорционально значениям температуры.

Способ заключается в следующем. В замороженный горный массив, подлежащий разработке, пробуривают скважину на глубину планируемой разработки. После этого определяют динамику температуры горных пород по глубине скважины. Затем устанавливают пакер у дна скважины и нагнетают в горные порода низкоконцентрированную соляную кислоту, например 0,25Н, т. к. на глубине температура пород выше, чем у поверхности. Нагнетание кислоты осуществляют в режиме гидроразрыва горных пород. При этом кислота распространяется в радиусе до 50 м, вскрываются залеченные трещины в горном массиве и формируются новые. Происходит изменение концентрации кислоты за счет растепления льдинок. Кислота может быть предварительно разогрета, ее воздействие на горные породы или замороженные грунты является комплексным. При переходе к низким значениям рН возникает разнозаряженность участков поверхности частиц, приводящая к резкому снижению сил сцепления между ними и снижению прочности породы.

После этого передвигают герметизатор по скважине на 3-4 м выше, ограничивают участок с стволе скважины длиной 0,1-1 м и нагнетают в него кислоту, концентрацию которой принимают выше, чем при закачке в донную часть скважины, т. к. температура горных пород понизилась. При понижении температуры на каждые 0,1^о С повышают концентрацию кислоты на 0,01-0,02 Н. Осуществляют гидроразрыв горных пород, а затем повторяют описанный цикл и таким образом обрабатывается вся толща горных пород по всей глубине скважины.

Таким образом, ослабление горных пород осуществляется за счет механического действия гидроразрыва и за счет химического воздействия соляной кислоты.

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение скважин, поинтервальное по высоте скважины проведение гидроразрывов нагнетанием соляной кислоты, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на разупрочнение мерзлых пород, определяют температуру мерзлых пород в интервалах и изменяют концентрацию нагнетаемой кислоты обратно пропорционально значениям температуры.