ТАМПОНАЖНЫЙ ФИБРОРАСТВОР Российский патент 2006 года по МПК E21D11/38 E02D3/12 C09K8/46 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при упрочении породных систем с крупной объемной пустотностью при сооружении горных выработок и поверхностных сооружений.

Цель - создание прочных породных систем в условиях значительной крупной пустотности, в том числе заполненной водой.

В пробуренные в массиве пород скважины нагнетают фиброглиноцементный раствор слоями, для чего раствор подается циклично. На практике применяются тампонажные растворы, состоящие из глинистого раствора, цемента и реагента-структурообразователя - жидкого стекла. При нагнетании таких систем для создания процесса структурообразования необходимо в случаях значительных размеров раскрытия трещин добавлять наполнители (древесные опилки, подсолнечная лузга, резиновая крошка, полимерные гранулы) для обеспечения закупорки трещин (см. "Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт" Э.Я.Кипко,... и др. М.: Недра, 1984 г., стр.94-97).

Однако применяемые наполнители в рекомендуемых пропорциях не обеспечивали качественное закрытие трещин, а повышение их процентного содержания резко ухудшало физико-механические свойства тампонажного раствора. При этом наполнители затрудняют тампонирование тонкотрещиноватых систем.

Известен "Способ тампонажа обводненных пустот и крупных наклонных трещин". А.с. Е 21 D 11/38 SU 1350359 A1, обеспечивающий возможность заполнения водонаполненных трещин и пустот глиноцементным раствором за счет цикличности нагнетания. Заполнение обеспечивается наращиванием структурированных слоев раствора при падении давления нагнетания и снижении скорости движения раствора (до нуля).

При остановке движения глиноцементного раствора жидкое стекло вступает в реакцию с цементом и глинистыми частицами, образуя коллоидную систему с ростом частиц (за счет сил электролитического взаимодействия) с вытеснением воды, что повышает физико-механические свойства материала слоя. Процесс коагуляции и создания повышенной прочности обеспечивается при отсутствии механических сил перемешивания (остановка движения) и высокой степени ионизации частиц.

Наличие значительных водных потоков в трещиноватых породных системах затрудняет полную остановку движения раствора и вытеснение из его состава воды для повышения механической прочности материала.

Наиболее близким аналогом изобретения является тампонажный фиброраствор, включающий цемент, глину, фибры и воду (RU 2008396, опубл. 28.02.1994).

Целью изобретения является обеспечение возможности тампонирования крупных трещиноватых систем с активным притоком воды, повышение прочности тампонажного материала, снижение материальных затрат при упрочении трещиноватых пород.

Поставленная цель достигается тем, что тампонажный фиброраствор, включающий цемент, глину, фибры и воду, в качестве фибр содержит синтетические волокна диаметром 0,1-0,15 мм и длиной 10-20 мм в количестве 10-20 кг на 1 м³ глиноцементной смеси, подвергнутые электризации с наведением статического электрического заряда.

Для обеспечения быстроты и качества структурирования смеси волокна имеют статический электрический заряд. Наведение заряда осуществляется заранее, что препятствует слиянию волокон и обеспечивает равномерное размещение их в растворе.

Применение предлагаемого состава осуществляется следующим образом.

Пример 1. Готовят цементно-глинистую суспензию, которая содержит цемента - 80 кг, глины 300 кг, воды - 1500 л. Перед закачкой в скважину в нее добавляют волокна, предварительно подвергнутые электризации в количестве 10 кг на 1 м³ глинисто-цементной смеси. Приготовленным таким образом тампонажным фиброраствором заполняют пустоты и трещины в горных выработках и сооружениях. Электризованные волокна обеспечивают быструю коагуляцию при потере 60% скорости продавливания и, имея более высокие механические свойства, повышают прочность тампонажного материала, играя роль арматуры. Испытания образцов из указанного фиброраствора показали следующие результаты:

Структурная вязкость - 0,051 Па, динамическое напряжение сдвига 208 Па, пластическая прочность через 1 час с момента стабилизации 44 Па, модуль деформации через 12 часов с момента стабилизации 97 МПа

Пример 2. Готовят цементно-глинистую суспензию, которая содержит цемента - 100 кг, глины 400 кг, воды - 1500 л. Перед закачкой в скважину в нее добавляют волокна, предварительно подвергнутые электризации в количестве 20 кг на 1 м³ глинисто-цементной смеси. Приготовленным таким образом тампонажным фиброраствором заполняют пустоты и трещины в горных выработках и сооружениях. Испытания образцов из указанного фиброраствора показали следующие результаты:

Структурная вязкость - 0,08 Па, динамическое напряжение сдвига 488 Па, пластическая прочность через 1 час с момента стабилизации 122 Па, модуль деформации через 12 часов с момента стабилизации 565 МПа. Образцы из фибробетона, в котором используют волокна без предварительной электризации, значительно уступают по вышеприведенным свойствам образцам по изобретению.

Настоящее изобретение может найти применение в горнорудной промышленности. Технический результат - обеспечение возможности тампонирования крупных трещиноватых систем с активным притоком воды, повышение прочности тампонажного материала, снижение материальных затрат при упрочнении трещиноватых пород и ликвидация водопритоков в горные выработки. Тампонажный фиброраствор, включающий цемент, глину, фибры и воду, в качестве фибр содержит синтетические волокна диаметром 0,1-0,15 мм и длиной 10-20 мм в количестве 10-20 кг на 1 м³ глиноцементной смеси, подвергнутые электризации с наведением статического электрического заряда.

Тампонажный фиброраствор, включающий цемент, глину, фибры и воду, отличающийся тем, что в качестве фибр он содержит синтетические волокна диаметром 0,1-0,15 мм и длиной 10-20 мм в количестве 10-20 кг на 1 м³ глиноцементной смеси, подвергнутые электризации с наведением статического электрического заряда.