СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОПОЛЗНЕЙ НА КАРЬЕРАХ Российский патент 1995 года по МПК E02D17/20 

Изобретение относится к горному делу, а именно к обеспечению устойчивости бортов карьеров. При деформациях глинистые породы как в рабочих, так и в нерабочих бортах карьера значительно увлажнены, что придает оползню характер пластичного тела. Большинство наиболее опасных нарушений устойчивости происходит в откосах, сложенных глинистыми породами, так как эти породы характеризуются относительно небольшой прочностью и значительным снижением прочностных показателей при увлажнении и действии выветривания.

Известны способы и методы укрепления откосов бортов карьеров, например механические, изолирующие, защитные покрытия, упрочнение, а также комбинированные.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ упрочнения породного массива вокруг выработки, включающий бурение шпуров, введение в них трубчатых анкеров и закрепляющего раствора, инъецирование последнего в трещины стенок шпуров с одновременной развальцовкой в них трубчатых анкеров посредством взрывания заряда взрывчатого вещества в полости каждого анкера [1].

Известные способы не учитывают в полной мере повышения устойчивости карьерных откосов путем увеличения прочности контакта глинистых пород с другими породами, по которым происходят деформации. Во время деформации внутри оползня отсутствуют существенные силы взаимосвязи между частицами горных пород. Поэтому движение оползня с помощью существующих методов может быть остановлено только сооружениями, создающими лобовое сопротивление. К тому же оползающие породы обычно значительно увлажнены, что придает оползню характер пластичного тела. Кроме того, данные способы имеют определенную область применения и их эффективность в ряде случаев экономически не рентабельно.

Целью изобретения является повышение устойчивости и надежности откосов карьеров с глинистыми пропластками.

Достигается это путем формирования трещин в глинистых породах перед нагнетанием в них закрепляющего раствора посредством взрывания зарядов ВВ, а в качестве закрепляющего раствора используется химический раствор.

В ряде разведуемых и эксплуатируемых месторождениях основной объем выработок проводится в сильнотрещиноватых, неустойчивых, рыхлых и глинистых породах с тяжелыми горно-геологическими условиями. Иногда положение усугубляется еще и тем, что в некоторых пологопадающих месторождениях между рудной массой и пустыми породами встречаются слои глины, поэтому в таких случаях управления уступами и бортами карьеров превращается в наиболее трудоемкий процесс.

Повышение прочности сред обеспечивает, как известно, существенное уменьшение их деформации. В связи с этим возникает необходимость в повышение прочности сред. С целью повышения прочности глинистых пород применялся химический раствор на основе жидкого стекла с добавками ПАВ (сульфанол) и щавелевой кислоты в следующих соотношениях: жидкое стекло 98%, щавелевой кислоты 1,5% и ПАВ 0,5% (авт.св. СССР N 1553708). Было установлено, что воздействие на глинистые породы этим раствором обеспечивает устойчивость пород в связи с увеличением величины сцепления в 7 раз, уменьшение угла внутреннего трения и числа пластичности соответственно в 5 и 10 раз, что позволяет осуществить целенаправленное изменение физических свойств равномерно в пределах обрабатываемого участка, позволяющие обеспечить необходимую величину коэффициента запаса устойчивости борта карьера.

Для нагнетания химического раствора в глинистый пласт предлагается взрывной гидроразрыв пласта, т.е. нагнетание химического раствора в массив под действием высокого мгновенного давления, которое достигается во время взрыва. В данном случае гидравлический разрыв пласта применяется для увеличения поглотительной способности (приемистости) нагнетательных скважин. Это происходит за счет создания в пласте горизонтальных или вертикальных трещин, рационально расходящихся от скважин. Создание трещин в пласте происходит в результате высокого гидравлического давления жидкости, нагнетаемой в скважину. В данном случае для гидроразрыва глинистого пласта необходимо создать гидравлическое давление, намного превышающие градиент разрывного давления. Этот факт исключает возможность применения насосного агрегата для гидроразрыва. Из-за сравнительного неглубокого залегания глинистого слоя (8-35 м) во время нагнетания раствора происходит "грифон жидкости".

На фиг.1 показана принципиальная схема выполнения взрывного гидроразрыва пласта; на фиг.2 - схема "грифона жидкости".

Схема выполнения взрывного гидроразрыва имеет: изолирующий материал 1, буферную жидкость 2, химический раствор 3, детонирующий шпур 4, ВВ 5.

Для достижения гидроразрыва используют стандартное патронированное ВВ (аммонит N 6 ЖВ) общей массой 1 кг. Ясно, что радиус проникновения раствора прямо пропорционален количеству жидкости в скважине. После взрыва большая часть энергии взрывной волны расходуется на гидроразрыв пласта. Остаточная часть энергии направлена к устью скважин, которое герметично закрыто изолирующим материалом. Взрывная волна, ударяясь об изолирующий материал, меняет направление и вторично нагнетает раствор в глинистый слой до затухания взрывной волны. Дальнейшее нагнетание раствора производится насосами типа ЦНС 180-950. Расстояние между скважинами определяется экспериментальным путем из условия минимальных удельных затрат труда на упрочнение горных пород. Нагнетание рекомендуется производить одновременно в трех-четырех скважинах. Это способствует более равномерному направлению массива раствором.

Промышленное испытание разработанного нами способа повышения устойчивости откосов глинистых пород карьеров, основанный на направленном изменение физических свойств массива за счет воздействия укрепляющего раствора путем инъекции его в разрыхленный, энергией взрыва пласт через скважины, показало его высокую эффективность для предотвращения оползневых явлений в карьерах.

Сущность изобретения: цель достигается путем формирования трещин в глинистых породах перед нагнетанием в них закрепляющего раствора посредством взрывания зарядов ВВ, а в качестве закрепляющего раствора используется химический раствор. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОПОЛЗНЕЙ НА КАРЬЕРАХ, включающий бурение скважин в массив, заряжение их ВВ, заполнение скважины закрепляющим раствором, забивку устья скважины пробкой, нагнетание закрепляющего раствора в трещины массива посредством взрывания ВВ, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости и надежности откосов карьеров с глинистыми пропластками, трещины формируют в глинистых породах перед нагнетанием в них закрепляющего раствора посредством взрывания зарядов ВВ, а в качестве закрепляющего раствора используется химический раствор. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химического раствора используют состав, %:
Жидкое стекло - 97 - 98
ПАВ (сульфанол) - 0,5 - 1,0
Щавелевая кислота - 1,5 - 2,0