Способ защиты горных работ от подземных вод Советский патент 1985 года по МПК E21D1/12 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при вскрытии и разработке обводнённых полезных ископаемых, содержащих минерализованные подземные воды с температурой ниже . Известен способ защиты открытых горных работ от подземных, вод, вкл чаюпщй бурение скважин, вскрывающих водоносный пласт, осушение путем дренажа через скважины, нагнетание в осушенный пласт хладагента с температурой ниже , фильтрова ние его по пласту, откачку на поверхность и замораживание пласта путем нагнетания в пласт пресной воды СПНедостатком способа является то, что вследствие механического и диффузионного перемешивания нагн таемой пресной воды с высокоминерализованными подземными водами резко снижается надёжность водоизо ляции. Повышение надежности требуе проведения сложных дополнительных работ по предварительному осушению и искусственному охлаждению водоносного пласта, что приводит к снижению эффективности водоизоляции. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ защиты открытых горных рабо от подземных вод, включающий бурение нагнетательных скважин и нагне тание замораживаемой жидкости. 2. Недостатком известного способа является низкая эффективность водо изoляцvra вследствие плохой надежности. Это происходит потому, что кагнетавмая пресная вода перемешивается с минерализованными подземньа-ш водами, что приводит к образо ванию широкой зоны смешанных вод, для замерзания которых недостаточно естественного холода массива. Низкая скорость замораживания не позволяет эффективно применять известный способ в условиях большргх объемов горных работ. Кроме того, способ.,не исключает возможности поступления токсичньгх газов (сероводорода) , так как подземные воды с растворенными в них газами не могут быть вьгтеснены закачиваемой пресной водой. Цель изобретения - повьшение эф фективности изоляции горных работ 182 от минерализованных подземных вод с температурой ниже . Указанная цель достигается тем, что согласно способу защиты горных работ от подземных вод, включающему бурение нагнетательньк скважин и нагнетание замораживаемой жидкости, в качестве замораживаемой жидкости используют глинистые тонкодисперсные пресные пульпы теплоемкостью ниже теплоемкости воды. Кроме того, при температуре подземных вод (-1)-{-8°С) в качестве тонкодисперсной пресной пульпы используют глинистьй раствор плотностью 1,5-1,7 г/см. Нагнетание вместо чистой воды тонкодисперсной пресной пульпы с меньшей теплоемкостью, чем теплоемкость воды, обеспечивает меньшую требуемую теплоту фазового перехода раствора из жидкого состояния в твердое, чем теплота замерзания чистой воды. В результате этого, на процесс замораживания такой жидкости требуется меньшее количество отрицательного тепла, при этом замораживание обеспечивается за счет естественного холода горного массива. Содержание в пресной пульпе тонкодисперсных фракций твердого вещества повышает вязкость,что обеспечивает надёжное вытеснение подземных вод из.обводненных горных пород, а наличие пространственной коагуляционной структуры делает их устойчивыми против механического и диффузионного перемешивания с подземными водами, за счет чего повышается надежность и, тем самым, эффективность водоизоляции, Ускорение процесса замораживания достигается за счет того, что для замерзания тонкодисперсных пресных пульп требуется меньшее количество холода, чем для замерзания пресной воды. На чертеже изображена номограмма зависимости замерзания пульп от начальной температуры горного массива и его трещиноватости. Способ осуществляется следующим образом. Вокруг горных выработок, расположённых в зоне обводненных горных пород подземными водами с температурой ниже , бурят нагнетатель3ные скважины. Через скважины в интервал водоносного горизонта насосами под избыточным давлением нагн тают тонкодисперсную пресную пульпу с теплоемкостью, меньше теплоем кости воды. Количество нагнетаемой пресной пУльпы зависит от трещиноватости горных пород. Предваритель но на основании уравнения теплового баланса строится номограмма, отражающая зависимость замерзания пульп с заданным содержанием твердой фазы от начальной температуры горного массива и его трещиноватос ти при нулевой температуре закачиваемого раствора ( рассмотрена тол ко область фазового перехода). По номограмме определяют достаточно ли холода Б массиве при данной его температуре и трещиноватос ти для полного замерзания нагнетаемой пульпы с заданным количеством твердой фазы. Анализ номограммы показывает, что введение в воду каждых 100 кг твердой фазы 1 м раствора снижает на 3,8% затраты холода на замерзание пульпы независимо от трещинова тости, а введение 1000 кг твердой фазы (х 1,63 г/смО позволяет сн зить затраты на замерзания на 38Z по сравнению с водой. Замерзшая в водопроводящих каналах и трещина пресная пульпа образует водонепроницаемую гидроизоляционную завесу, 3 пределах которой осуществляют ведение горных работ. Пример. Проходят шахтный ствол диаметром 8 м через водоносн горизонт мощностью 100 м, находящи ся на глубине 150 м от дневной поверхности. Горизонт содержит высок минерализованные подземные воды с Т и имеет трещиноватость 2,5%. Для защиты ствола при его проходке от подземных вод необходимо создать водонепроницаемую льдоглинйстую завесу радиусом 20 м. Вурят ся нагнетательные скважины. Диаметр скважин до в одоносного горизонта 161 мм, в водоносном горизонте 132 мм. Глубина скважин 260 м. После окончания бурения через устье скважины под даглением 200 АШ йагнетаетея гяйнйе Ш раст184вор объемом 4500 м% в 1 м которого содержится 800 кг глины. Плотность этого раствора 1,5 г/см, теплоемкость раствора при зтих условиях 2,4 кДж/кг-К, а теплоемкость воды 4,9 кДж/кг-К. Как видно из номограммы, закачиваемый глинистый раствор уверенно замерзает при затратах холода 6000 кДж, в то время как вода при зтих же условиях не замерзает. Следовательно, для того чтобы вода замерзла, необходимо большее количество холода. Проведенньвда лабораторными испытаниями установлено, что глинистый раствор плотностью 1,5 г/см в данных условиях замерзает в течение 2-3 ч, после чего в области водонепроницаемой льдоглинистой завесы можно осуществлять горные работы. Предлагаемый способ защиты горных работ от минерализованных подземных вод позволяет сократить дорогостоящий материал - цемент, и за счет зтого шире использовать местный материал - глину, при зтом получить надежную водонепроницаемую льдоглинист то завесу и ускорить процесс замораживания. Кроме того, предлагаемый способ дает возможность обеспечить непрерьшную добычу полезных ископаемых в условиях, когда водоносные горизонты в зоне отработки содержа т высокоминерализованные подземные воды с температурой ниже 0С, и исключить поступление зтих вод в зону ведения горных работ. Известный способ защиты горных, работ с помощью нагнетания в пласт пресной воды и ее естественного замораживашл не может быть применен в условиях высокоминерализованных подземных вод с температурой ниже 0С , Базовым объектом является ком- - . . - плексный метод тампонажа,отличающийся от предлагаемого способа составом нагнетаемой в пласт жидкости В пласт нагнетают глиноцементный раствор, твердекйщсй за счет гидратацин цемента. Экономический эффект от внедрения изобретения полз чается за.счет сокращения применения дорогостоящего атериала и технологии.

Колицестбо твердой (разы б 1 марает бора, кг

с$ .с$

4f 5 5 7 Tpeu4UHo6amocmb, °/о

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГОРНЫХ РАБОТ ОТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД, включающий бурение нагнетательных скважин и нагнетание замораживаемой зкидкости, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности изо ляции от минерализованных подземных вод с температурой ниже , в качестве замораживаемой жидкости ису пользуют глинистые тонкодисперсные пресные пульпы теплоемкостью ниже теплоемкости воды. 2. Способ по П.1, отличающийся тем что при температуре подземных вод (-1)-(-8)С & качест i ве тонкодисперсной пресной пульпы используют глинистый раствор плот(Л ностью 1,5-1,7 г/см. со о 00