Состав для тампонирования обводненных трещиноватых пород

 

Изобретение отосится к горному делу, в частности к тампонажу, и предназначено для создания водоизоляционных завес в обводненных трещиноватых породах при низких и отрицательных температурах горного массива. Цель изобретения - повышение качества водоизоляции и расширение диапазона температур тампонируемого массива тампонажным составом на базе отходов гидравлической переработки алмазосодержащих пород. Цель достигается тем, что в тампонажный раствор, содержащий отходы гидравлической переработки алмазосодержащих пород, цемент, хлористый натрий и воду, дополнительно вводят молотый цеолит при следующем соотношении компонентов, мас.%: отходы гидравлической переработки алмазосодержащих пород 22,85 - 30,65; цемент 7,25 - 10,58; цеолит 2,41 - 10,58; хлористый натрий 0,59 - 16,58; вода остальное. 1 табл.

Изобретение относится к горному делу, в частности к тампонированию обводненных трещиноватых горных пород для создания водоизоляционных завес при низких и отрицательных температурах горного массива.

Известен состав для тампонирования [1], включающий глиноземистый цемент и цеолит как добавку, регулирующую кинетику структурообразования глиноземистой смеси.

Наиболее близким к данному изобретению является состав для тампонирования [2], включающий мас.%: Отходы гидравлической переработки алмазосодер- жащих пород 26,1-31,0 Цемент 12,5-13,1 Хлористый натрий 4,7-5,5 Вода Остальное Указанный состав способен твердеть в условиях минерализованных вод при отрицательной температуре, однако имеет ряд ограничений по применению. Так, вследствие невысокой кинетики структурообразования его успешное применение гарантировано лишь в зонах периферийной трещиноватости. В зонах же тектонических разломов состав не эффективен. Кроме того, применяемая минерализация (89,0 кГ хлористого натрия на 1 м³ глинистого раствора) является недостаточной при проведении работ в горизонтах с температурой ниже -7^оС, при температуре же выше -7^оС (глубокие горизонты в условиях вечной мерзлоты) эта минерализация является излишней.

Цель изобретения - повышение эффективности водоизоляции и расширение диапазона температур тампонируемого массива.

Цель достигается тем, что в состав дополнительно вводят молотый цеолит при следующем соотношении компонентов, мас.%: Отходы гидравлической переработки алмазосодер- жащих пород 22,85-30,65 Цемент 7,24-10,58 Цеолит 2,41-10,58 Хлористый натрий 0,59-16,58 Вода Остальное
Этот состав способен твердеть в условиях минерализованных вод при положительных (до 90^оС) и отрицательных (до -21,2^оС) температурах.

Приготовление состава для тампонирования осуществляют следующим образом.

Из прудковой части гидроотвала отбирают отходы обогатительной фабрики; отобранную суспензию доводят до плотности 1240-1330 кГ/м³; в полученную суспензию вводят хлористый натрий в количестве, необходимом для предотвращения замерзания при заданной температуре, но в пределах 10,0-258,3 кГ на 1 м³ суспензии; смешивают цемент с молотым цеолитом при соотношении цемент: цеолит от 1:0,3 до 1:1; после полного растворения хлористого натрия в суспензию вводят при перемешивании цементно-цеолитную смесь в количестве 160-360 кГ на 1 м³ суспензии.

Указанное содержание компонентов соответствует пределам оптимальности состава для тампонирования. Оптимальное содержание компонентов установлено исходя из необходимых требований к свойствам тампонажных композиционных систем по их прокачиваемости и структурно-механическим характеристикам, установленным Нормами технологического проектирования ВНТП-6-76.

В табл. 1, 2, 3 приведены сопоставительные данные основных параметров тампонажных растворов состава по прототипу и изобретения различной минерализации, испытанных при различной температуре. Здесь же приведены требования нормативного документа.

Как видно из приведенных данных, основные параметры изобретения в пределах оптимальных соотношений компонентов удовлетворяют нормативным требованиям. Причем по мере увеличения содержания цеолита в предлагаемом составе увеличивается пластическая прочность через 4 ч стабилизации.

Быстрый набор прочности позволит при минимальном расходе материалов создавать тампонажные завесы в зонах тектонических разломов, в трещинах большого раскрытия.

В то же время если нет необходимости добиваться быстрого набора прочности, можно получить смесь с характеристиками, близкими к параметрам состава по прототипу при меньшем расходе цемента.

При содержании компонентов в составах меньше нижнего оптимального предела возникает опасность вымывания раствора из трещин в результате динамического напора подземных вод из-за низких значений начальной пластической прочности и статического напряжения сдвига. Пластическая прочность через 10 сут также ниже нормативной.

При содержании компонентов больше верхнего оптимального предела начальные СНС и пластическая прочность не удовлетворяют условию прокачиваемости и не могут быть применены, несмотря на хорошие значения прочности через 4 ч и через 10 сут стабилизации.

Испытания составов для тампонирования при отрицательных температурах показали устойчивость изобретения при температурах до -20^оС при соответствующей минерализации исходной суспензии.

Состав по прототипу устойчив при температуре 0 - +5^оС, где его минерализация является излишней и при t = 4 - -7^оС, где минерализация соответствует замерзанию в этой области. При температуре -18^оС состав по прототипу замерзает. Замерзание глиноцементной смеси сопровождается значительным увеличением объема, что может привести к увеличению скважности массива.

Таким образом, новый состав для тампонирования является более эффективным средством водоизоляции в условиях трещин большого раскрытия и имеет более широкий диапазон применения по температуре горного массива в сравнении с составом-прототипом и другими известными тампо- нажными растворами.

Формула изобретения

СОСТАВ ДЛЯ ТАМПОНИРОВАНИЯ ОБВОДНЕННЫХ ТРЕЩИНОВАТЫХ ПОРОД, включающий отходы гидравлической переработки алмазосодержащих пород, цемент, хлористый натрий и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности водоизоляции и расширения диапазона температур тампонируемого массива, состав дополнительно содержит цеолит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Отходы гидравлической переработки алмазосодержащих пород - 22,85 - 30,65
Цемент - 7,24 - 10,58
Цеолит - 2,41 - 10,58
Хлористый натрий - 0,59 - 16,58
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6