Способ закрепления тонкотрещиноватых обводненных пород при проведении подземных выработок

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для закрепления обводненных пород. Целью является повышение надежности закрепления тонкотрещиноватых пород и сокращение расхода инъекционного раствора. Для этого бурят скважины и проводят в них гидродинамические исследования. В результате определяют проницаемые интервалы, мощность и фильтрационные параметры обводненного участка, величины раскрытия трещин и трещинной пустотности. Расчетом определяют степень трещиноватости пород. Затем по предложенным расчетным формулам определяют контролируемую величину давления нагнетания, требуемый объем инъекционного раствора и радиусы его распространения. Эти радиусы рассчитывают вниз и вверх по падению трещины вправо и влево от скважины по линии простирания плоскости трещины. После получения расчетных параметров устанавливают в скважине пакетирующее устройство и нагнетают расчетный объем инъекционного раствора. При нагнетании посредством манометра контролируют величину давления нагнетания. Эта величина не должна быть меньше расчетного давления. 2 ил.

союз советсних

СОциАлистичесних

РЕСПУБЛИН (11) Г "! D 20j00

ГОсудАРстБенный НОчитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О11.1РЬ1ТИЯМ пРи гннт сса,21) 43;4541, 22-03

;22) 02. 11.87 ((6) 23 03 90. Бюл. !3 1

,71) Специализированное производст— венное геологическое объединение 1« тампонажным и геоло op2зведочным ра— б(там "Спецтампонажгеология" (72) З.Я.Кипко, Ю.H.Спичак, 10,А.Полозов и Н.Л.Быков 53) 622 284 9(088,8) (56) Трупак Н. Г. пе17иа 7ьнь1е -.roco0bl пр013едеHHEE 1 Срн1, f!ра (3 .

Недра, 1976, С.Зз9, > вторское свиде 1.ет1B(тi!0 0CCI ь 136838, кл. Е 2i 1) 1!, ОО, 1986. (S4)

ВЛТЫХ ОБВОДНКННЫХ ПОРИ IIPH ПРОВЕ;1Б-IHrI Г.ОЦЗБ(ЫЬ(Х ВЬ!РАБОТОК (5! ) i)30(PЕTЕ !HP OTНОC!i "Cß К ГОPIEÎÌ r делу и предназ начено для закрепления

Обвод1(е нных пород . 1.,елью я вля ст с я

I:0Bûïåние надежности закрепления TQFi— котрещиноватых порсд v. сокращение расхода инъекцион: ого раствора. Для

Изобрете11ие Относится к горному делу, в частности к способам закрепления обводненных порбд lpH проведении тоннелей и других подземных выработo:ê.

Целью изобретения является повыщепие надежности "-,а:-;репления тонкотре(циноватых пород Ii сокращение расхода инъекционного раствора.

На фиг.1 изображена форма завесь в отдельной трещине тонкотрещиноз того буря т с к 13ажины и iIJE Оводя т B них г11дродинами(вские 11;с-1ецования.

В резульT2Tå определяк т пpоницаемые интеpE32jiû, мощн(зсть и фит;ьтрационные параметры обводненного участка, величины раскрь(тия трещин и трещинной

Г1устотности. Расчетом определяют сте пень трещинсватости пор(д. Затем по

11р(;1. Оженным расчетгц1м формулам опре;;е(1як7т кОнтp0. IHpуBмр ю ве:1ичину jj2B

:.,; ния на гнета ни11, требу(:мь(й об- ем инъекционк .. о раствора и радиусы его !

7асп!10стран ения, Tli ради сы p20—

0 итl!13ают пни .3 !1 вн(рх Il(7 паде нl1ю

1!701сины вправо !1 влево от скважины по линии прост11рания пл(скости тре— щины. Госле п(лу ен(is: ра(четных параметров устанав i!1»2ю7 и скважине пак(1ти.,ующее устр, йство ll нагнетают расчетный объе1 . !IIII L êöè0í!Iîãà p2(òвора . ври нагие та ниш посредством манометра к с11тролир уют 13еличину

:1 EE!j BEIIisI нагнетан:is.. Эта непичина не должна быть мень(1е p!(четного давления. 2 ип. ватых пород; 112 фиг. — схема формирования эллиптических инъекционных завес в системе трещин при проходке горизонтальной горной выработки.

На схемах обоз11ачен 1 I (ií Tóp 1 выработки, трещ1.1.а 2 (Т > — Т ), скважина 3, конт р - зав ес1: н 0тлельной трещине, протяж нн Ec TE: I, закре.-.ляемого участка и сре,"::ее раскрытие трещины F ..

l 551808

Способ ос уще ствляют следующим образом.

lla плане горных работ и геологическом разрезе определяют место пе5 ре сечения обводне нногс танк отр ещино-. ватого участка пород проводимой выработкой и ее положение по отношению к кровле и почве этого участка.

Для предотвращения прорыва подземных вод и выхода инъекционного раствора в забой проходку выработки останав— ливают. Из забоя па аси выработки с помощью стандартного оборудования (например, бурового станка типа

СКБ-4) бурят скважину диаметром 76

93 мм до пересечения участка обводненных пород, подлежащих закреплению. Б скважине проводят гидродинамические исследования с целью определения проницаемых интервалов мощности и фильтрационных параметров обводненного участка, величины раскрытия трещин и трещиннай пустотнасти. 25

На этом этапе работ расчетом определяют, относятся ли обвадненные породы к танкотрещинаватым. Для этого расчитьгвают

2ЬО

1 Г () — () созга

)1 где критическое раскрытие трещины, при котором силы трения раствора о стенки трещины уравновеливаются с силой тяжести, м; удельный вес раствора, Н/м удельный вес воды, H/è угол между плоскостью трещины и вертикалью, град; динамическое напряжение сдвига раствора, На„

Если среднее раскрь1тие трещин

О (3 к, то интервал трещиноватых пород относится к тонкотрещиноватым и в этом случае инъекционный раствор после нагнетания в трещину удерживается в ней силами трения, а не стекает вниз по падению под действием

/

)) силы тяжести (eC. c ---) .

Затем по данным гидродинамических

55 исследований и прочностным характеристикам нньекционного раствора определяют минимально необходмую величину радиуса распространения иньекцион- . ного раствора в трещинах по направк пениям г)) = О, R

"о

2 — ($l —,г ) савсс

hl с

" Г1,,)+() р — В)R.СOSRx.

6Р

R + ч к 2Ср е

R к — радиус;.а спрос тра пения раствора .вниз по падению

Где трещины, и;

R — радиус распростране:-гия

)1 раствора вверх по па:)енню трещины,м;

R „, — г)адиус распрастрансния

)1 раствора вправо и в.—.взо от скважин "-о линии прастирания плоскости гре— щины, м; йР— допустимый перепад даял»вЂ” ний на преодоление гидравгических сопротивле)1)в: I;pH течении инъекционно:,; ра створа в трещи1нах На=

Кс — радиус скважи ь:, м

На аснаве полученных данных рассчитывают объем инъекционнога р;:створа, необходимый и достаточный для закрепления обвадненнога учатска, который равен

2к3 вР L г))."а (4). 3 (()) - ) cos o 1 ) протяженность за«репляема— го участка подземной выработки, м; трещинная пустотнасть г)) (закрепляемых пород, доли ед °

Затем рассчить1вают кантролируемсе давление нагнетания, посредством которого формируют завесу заданных параметров, и которое определяется выражением

М. )-)R4aac Р

Р > Р„+ (.. +

r4 — R ) (2r4 4 (g4 — Г4))1 X

Х C0S Й.) р где — полярный уг оп между ли i- u e) падения трещины и полярным 1)аднусам:вектором контура завесы г (фиг,)): где Р »» давление нагне; а !ill .

r. тт т (1,1 Р

+ (" — У - ) с а в т-. (Г i ь

««««

«"« т

«

1. ,«

11

35 где

R, т» Р

5 15 где Є— давление нагнетания раствора в тонкотрещиноватые породы, Па; среднее раскрытие трещин,м; максимальное раскрытие трещин, м;

М вЂ” угол наклона трещины к вертикали, град; р, — гидростатическое давление подземных вод, Па; (Р„ — допустимая пластическая прочность инъекционного раствора, Па;

r„ — приведенный радиус вь;раба"ки (радиус окружнаст.l, I» Icoтар5 ю ве»исыва ется КОliтур се†чения подземной выработки), м;

Š— радиус скважины, м; и.

».Π— динамическое напряжение сдв»»га инъекционнаго раствора, Па; — удельнь»й вес раствора, 11/м 3 удельный вес воды, H/и

Затем после »зыпалне ния всех расчетовв и подготовительных работ в скважине не»:осредственно пере;; абводненным участком устанавли »ают пакерующее ус"райство и с ".0;.Iîùüþ стандартного оборудования, расла:»оженного на земной поверхности па нагнетательнаму трубопровод; Iiaгнетают расчетньгй объем инъекционно!.о раствора. С помощью манометра ко!»ттролируют величину давлен:»я нагнетания, которая не должна быгь л»еныпе расчетного Р, Ф о р ы у л ". и з о б р е т е и и я

Способ закрепления тонкотрещинаватых обводненных пород при проведении подземных выработок, включающий бурение скважин, проведение в них гидродинамических исследований., определение проницаемых интервалов, давления нагнетания и объема раствора для нагнетания и нагнетание в выявленные интервалы инъекционного раствора, при котором контролируют давление нагнета»»ия, о т л и ч а ю щ,и и с я тем, чта, с целью повышения надежности закрепления тонкотрещтиноватых пород и сокращения расхода инъекционнаго раствора, контролируемую величи»»у давления нагнетания определяют по формуле

51808 т

1 ) («., + (> тт,) тт "-з -1 и:»i,c:I »иа "на» а раст:-ора, f l ß; гидроста тическое да»злеги»е

-" «0éç смных вод, Па, 5 гал !»акла на Tpe»1,1»Hbi к вертикали, град;,1»с,, — максимальное раскрытие

TPe»!Ill, М; приведенный радиус вь|раба тки, м;

p«:и"-, ". Скваж !ны9 л»:

;та»-,У Т ИЛ»ав» Пт»а .Гпт!ССКаЯ!!,> 0 «-I -. 0 С Т и i I! Ъ E Ii I! 1» О .* i!! 0 Г 0

pic;вор"",, Па; динамическое напряжение

20 с» 3!Il û инъекционпого ра- гтара, Па; уде;»ьная масса раствора, 1

1/ М Дель»!а . »»асс«l 1»а,. H 1./и

25 а размеры кат:.утра распрастра. i" »гия

ill»ъекционнага р= створа в трещинах

ОПРЕДЕ.т;ЯЮТ 1: -Ь:Ра>т;Ет;1»й

->

-«.

Rr9 (! — à ) W c0s. .

1>З 1 «»> Ci!PDCTP«!H«h»lSI ра«! >0j3«I В»»ИЗ I10 r!адс»т»IЮ

ТP ЕЩ»:.1» «l М,* ра„-нуc распростра!»ения р= тгора вверх па паде-! Ю Та:«-Щ»»1-;Ы

9 9 рз!!г с распростра!»ения

Рает!30P2 i-»IPBI30 II 13ЛЕВО

ОТ СК ажнтн.! !!O ЛИН»нт Iip0стирав»»я плоскости треl «l i i» I>», М

q!011 ; Ill l.",: Г»ЕРЕПаД ДаВт»Ений 1-;а преадат.ение гидра влllчpск»lх сопратив>lе

;!iii при тече»п»и инъекцио.-гога раствора в трещинах9 Па, при этОм несбхОд и!.lй для закрепления пород объем тт раствора определяют из выражения,р, р р + --- (—;л- 1 — — + г

> р -l »>

-„fr„ (т« „ — „() P — > 3 ) C0S Ê.)

1551808 где L ед.

Составитель Б.усан-Подгорнов

Редактор И.Бланар Техред П.Олийнык Ко ектор В.Кабаций рр- р

Заказ 312 Тираж 381 и отк ытиям при ГКНТ С(СР

ВйИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при

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

Патент г.ужгород, ул., агарина,, г 10j

Производственно-издательскии комбинат П, протяженность закрепляемого участка подземной выработки, м;

m — трег1инная п с го гно т закрепляемых пород, доли