Способ упрочнения пород

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI>s Е 21 0 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-Ьнl х. ку;;;у,(:

1 (21) 4707070/03 (22) 15.06.89 (46) 15.07.92. Бюл. № 26 (71) Донецкий политехнический институт (72) А. О.Новиков, Н.H,Êàñüÿí., А.П.Клюев, B,È.Ëûñåíêî, А.И.Сусло и Ю.А.Петренко (53) 622.285.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 973852, кл. Е 21 О 11/00, 1980.

Заславский Ю.З. и др. Инъекционное упрочнение пород. М,; Недра, 1984, с, 176; (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД (57) Изобретение-относится к горному делу и мкб. использовано в работах, направленных на повышение устойчивости подземных сооружений и горных выработок. Цель,изобретения — повышение эффективности упрочнения пород и снижение затрат. Это достигается тем, что в поддерживаемой ropИзобретение относйтся к горному делу и может быть использовано в работах, направленных на повышение устойчивости подземных сооружений и горных выработок и снижение затрат на выполнение работ по упрочнению окружающего массива пород.

Известен способ упрочнения пород тампанажем, заключающийся в нагнетании в трещиноватый массив через скважины скрепляющего раствора, который затвердевает и скрепляет трещиноватый массив. в монолитную оболочку, способную выдержать более высокую нагрузку, чем не упрочненный массив.

Основным недостатком способа является то, что его применение сопряжено с большими потерями упрочняющего раствора, х

Я2„„17МПО8А1

2 ной выработке 1 бурятся скважины 2 в упрочняемую область пород 3, находящуюся на расстоянии в от контура выработки. В скважины 2 устанавливают на расстоянии m от контура выработки инъекторы 4 нагнетания упрочняющего раствора и иньекторы 5 для откачки воздуха, оборудованные распорно-изолйрующими устройствами 6. Одновременно в скважины 2 на расстоянии и от контура выработки 1 устанавливают инъекторы 7 для нагнетания сжатого воздухе, оборудованные распорно-изолирующими устройствами 8, После этого одновременно через иньекторы 4 нагнетают упрочняющий раствор, через иньекторы 5 откачивают воздух и через иньекторы 7 подают сжатый воздух..При этом соотношение между давлением нагнетаемого раствора и нагнетае-. мого воздуха составляет не менее 1:2. 1 ил, который вытекает через трещиноватый приконтурный массив в полость выработки. Ври ф реализации этого способа процесс упрочнения породного массива носит,неуправпяемый характер. Это связано с тем, что подаваемый в трещнноватый массив через скважины упрочнягс,ий раствор в первую очередь заполняет те трещины, которые имеют выход на контур выработки и значительную ширину раскрытия. Проникновение упрочняющего раствора в более отдаленйые трещины с меньшей шириной раскрытия сильно затруднено из-за заку- порки воздуха в них, так как они не связаны с контуром выработки. Это обуславливает низкую эффективность упрочнения пород при применении этого способа. Способ так-;

1747708

>ке не представляет возмо>кностй диффе- разрушенных пород имеют место как парал ренцированного упрочнения некоторого за- лельные, так и радиальные трещины по отданного объема пород, расположенного на . ношению к контуру выработки, каком-то расстоянии от контура выработки, Упрочняющий раствор, подаваемый в поИзвестен способ упрочнения пород, 5 родный массив, попадает в параллельные включающий бурение скважин, нагнетание . контуру выработки трещины. Если паралв один из них упрочняющего раствора и лельныетрещинынесообщаютсясрадиалькойтроль за истечением его из соседних ными, то происходит закупорка скважин, в котором одновременно с нагне- имеющегося в них воздуха, который препяттанием упрочняющего раствора в одни 10 ствует проникновению упрочняющего рассква>кины дополнительно производят от- твора, Если же параллельные трещины качку воздуха из соседних.. . сообщаются с радиальными, то упрочняюПримененйе данного способа повыша- щий раствор под действием сил гравитации ет эффективность упрочнения пород за счет стремится к контуру выработки по радиальустранения закупорки воздуха в устьях тре- 15 йым трещинам; Вследствие этого образуетщин и создания условий для свободного ся упрочненная оболочка пород как выше,. проникновения упрочняющего состава в так и ниже распорно-изолирующего устройтрещиноватый массив. ства, Часть нагнетаемого упрочняющего

Основным недостатком описанного раствора достигает по радиальным трещиспособа является наличие свободного исте- 20 нам контура и истекает внутрь выработки. чения упрочняющего раствора в полость вы- Зто приводит к значительным потерям упработки через трещиноватый рочняющего раствора, имеющего .значи приконтурный массив; что значительно по-," тельную стоимость. вышает стоимость работ по упрочнению. Цель изобретения — повышение зффек- .

При реализации рассматриваемого спо- 25 тивйости упрочнения пород и снижение засоба не представляется возможным управ-.. трат íà его реализацию, ление процессом нагнетания в смысле Это достигается тем, что одновременно упрочнения определенно необходимого с нагнетанием упрочняющего раствора в одобьема пород. расположенного на некото- .. ни скважины и откачкой воздуха из других ром расстоянии от контура выработки, ЗО через все скважины на глубине от контура

Известен способ упрочнения пород, выработки до проектного контура области включающий бурение скважин, установку - упрочняемых пород подают в трещиноваинъекторов, оборудованных распорно-изо- . тые породы сжатый. воздух, причем соотнолирующими устройствами и нагнетание уп- . шение между давлением нагнетаемого рочня:ощего раствора, причем 35 упрочняющего раствора и нагнетаемого распорно-изолирующее устройство фикси- воздуха составляет не менее 1:2. руется в скважине на определенном рассто- В отличие от известного способа через я н и и от контура и одде ржи в а ем ой: дополнительно установленные в скважинах выработки. Через инъекторы осуществляют . вблизи контура выработки ийъекторы, обо-.. подачу в породный массив упрочняющего 40 рудованные распорно-изолирующими устраствора. Так.как в скважине установлено ройствами, в область скважин между распорно-изолирующее устройство, то уп- установленными в них распорно-изолируюрочняющий раствор поступает в породный щими устройствами подают сжатый воздух, массив выше места его установки. В резуль- причем соотношейие между давлением натате образуется оболочка упрочненных по- 45 гнетаемого упрочняющего раствора и народ, отнесенная на требуемое расстояние гнетаемого воздуха составляет не менее1:2. от контура выработки.. Поскольку одновременно с нагнетаниНедостатком известного способа уп- ем упрочняющего раствора в одни скважирочнения является низкая эффективность ны через инъекторы, оборудованные управления процессом упрочнения пород, 50 pacriopHo-изолирующими устройствами из невозмо>кность обеспечить дифференциро- соседних скважин, через инъекторы, оборуванное упрочнение некоторого заданного дованные распорно-изолирующими устройобъема пород, расположенного на каком-то ствамй, производят откачку воздуха, то расстоянии от контура выработки, 3T0 cBR снижается возможное количество закупозано с тем, что вокруг поддерживаемой вы- 55 ренного в трещинах объема воз@уха. Таким работки со временем образуется зона образом при нагнетании облегчается поразрушенных пород, причем степень тре- ступЛение упрочняющего раствора к трещищиноватости вмещающего выработку мас- нам, в которых возможна закупорка воздуха сйва йород увеличивается по мере и повышается эффективность упрочнения. приближения к контуру выработки. В зоне Так как распорно-изолирующие устройства

i 74770:..

10 "опалубка" из нагнетаемого сжатого воздуха, расположенйая ниже ближней границы упрочняемой области пород, дополнительно препятствует попаданию нагнетаемого упрочняющего раствора по радиальным

15 трещинам в породы, которые не должны упрочняться и внутрь. самой выработки 1, .

Созданная "опалубка" из сжатого воздуха обеспечивает надежное и эффективное уп20 равление процессом упрочнения пород, исключает перерасход дорогостоящего упрочняющего раствора за счет устранения возможности его попадания в породы, которые не должны упрочняться и внутрь выра25 ботки.

Соотношение между давлением нагнетаемого раствора и нагнетаемого воздуха должно составлять не менее 1:2. Это объясняется тем, что при попадании сжатого воз30 духа в породный массив по мере удаления от устья шпура осуществляются его потери.

Если соотношение меньше приведенного, то воздушная опалубка имеет вогнутую в сторону контура выработки форму. В ре35 зультате объем скрепляемых пород становится больше, э эффективность данного способа ниже, При соотношении 1:2 воз- душная опалубка имеет прямолинейную . форму (акт лабораторных исследований).

40 Применение предлагаемого способа упрочнени я пород на 1;5-2 руб/м позволяет сократить затраты на поддержание подготовительных выработок

50 и инъекторы для нагнетания упрочняющего раствора и откачки воздуха установлены на ближней границе упрочняемой области город, то воздух будет откачиваться, а упрочняющий раствор подаваться только в те породы, которые должны упрочняться. Поскольку между распорно-изолирующими устройствами в скважинах подается сжатый воздух, то происходит закупорка воздухом параллельных контуру выработки трещин в области пород между ближней границей зоны упрочняемых пород и поверхностью, проходящей через распорно-изолирующие устройства с инъекторами для нагнетания сжатого воздуха, Это предупреждает истечение упрочняющего раствора в область пород, которые не должны упрочняться (в приконтурный слой) и в полость выработки, На чертеже показана схема способа упрочнения пород.

Пример. В поддерживаемой горной выработке 1 бурятся скважины 2 в упрочняемую область пород 3, находящуюся на расстоянии mот контура выработки,,B скважины 2 устанавливают на расстоянии m от.контура выработки иньекторы 4 для нагнетания упрочняющего раствора и инъекторы 5 для откачки воздуха, оборудованные распорно-изолирующими устройствами 6.

Одновременно в скважины 2 на расстоянии и от контура выработки 1 (n < m) устанавливают инъекторы 7 для нагнетания сжатого воздуха, оборудованные распорно-изолирующими устройствами 8. После этого одновременно через инъекторы 4 нагнетают упрочняющий раствор, через иньекторы 5 откачивают воздух и через иньекторы 7 подают сжатый воздух, причем соотношение между давлением нагнетаемого раствора и нагнетаемого воздуха не менее 1:2, Поскольку в скважинах 2 на ближней к контуру выработки 1 границе упрочняемого слоя по- род 3 установлены инъекторы 4 с распорноизолирующими устройствами 6, то 4 упрочняющий раствор подается только на участок скважины 2, находящейся в пределах,упрочняемого слоя пород, Так как в скважинах 2 на ближней к контуру выработки 1 границе упрочняемого слоя пород 3 установлены инъекторы 5 с распорно-изолирующими устройствами 6, то воздух отка чивается иэ трещин в породах, которые должны упрочняться, что обеспечивает проникновенйе в них упрочняющего раствора.

Так как на расстоянии и от контура выработки 1 в скважинах 2 установлены иньекторы

7, оборудованные распорно-изолирующими устройствами 8, то сжатый воздух по инъекторам 7 нагнетается на участках скважин 2 между местом установки распорно-изолирующих устройств 6 и 8. Это позволяет.закупорить параллельно контуру выработки трещины, расположенные во вмещающем ее породном массиве между нижней границей упрочняемого слоя пород 3 и поверхностью,. проходящей через рэспорно-изолирующие устройства 8, нагнетаемым через инъекторы 7 сжатым воздухом. Созданная таким образом

Формула изобретения

Способ упрочнения пород, включающий бурение скважин, установку инъекторов, оборудованных распорно-изолирующими устройствами на расстоянии от контура поддерживаемой выработки и нагнетание упрочняющего раствора в породный массив, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения пород и снижения затрат, при нагнетании упрочняющего раствора в одним скважины производят откачку воздуха из соседних скважин и дополнительно во все скважины подают сжатый воздух, при этом нагнетание упрочняющего раствора, откачку воздуха и подачу воэдуха осуществляют одновременно на участках, 1747708

Составитель Л.Березкина

Техред М.Моргентал Корректор С.Черни (Редактор Н.Федорова

Заказ 2484 .: Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственйо-издательский комбинат ".Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 разделенных распорно-изолирующими устройствами, а соотношение между давлением нагнетаемого упрочняющего раствора и нэгнетаемого воздуха составляет не менее 1;2.