Способ тампонажа обводненных пустот и крупных наклонных трещин Советский патент 1987 года по МПК E21D11/38 

13503Ь9 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при сооружении капитальных горных выработок в сложных гидрогеологических условиях и для стабилизации горного массива под наземными сооружениями. Цель изобретения - снижение расхода глиноцементного раствора.

Нагнетание глиноцементного тампо- Q нажного раствора в наклонную трещину большого раскрытия проводят цикли- чески,- т.е. с остановками на 30 мин. В течение этого времени статическое напряжение сдвига тампонажного ра- ig створа достигает максимальной величины и образовавшийся слой раствора не смещается по падению трещины вниз под действием гравитационных сил и

.K.(,.0;0,y,y,; (i)

(2)

; у, -с у/ у ,

V . К,1Х1/е.)Уи : 2t(x)

где К - вектор ускорения массовых

сил;

f - плотность тампонажного раствора;

/ - плотность воды; 1| (х) - изменяющаяся по длине пото ка структурная вязкость; УН - скорость течения раствора. Высоту ядра потока (пластичной области) определяют из уравнений (1) и (2) при условии V;( 0 в вязкой области

г

влиянием силы тяжести очередной пор- р. у fv ): (v - ) i., 0

ги «j u: I TY 1 VnTv)

ЦИИ тампонажного раствора.

ЦИИ тампонажного раствора

Способ осуществляют следующим образом,

В массиве горных пород бурят скважины и определяют при помощи различ- 25 ных приборов местонахождение и размеры пустот и наклонных трещин и производят в скважины нагнетание глино- цементных растворов. Нагнетание раствора производят циклично, заполняя при этом пустоты и трещины слоями. Промежуток времени между циклами зависит от скорости структурирования нагнетаемого состава. Количество циклов определяют толщиной слоя, ук- .ладываемого в один цикл. Толщину слоя глиноцементного раствора за один цикл определяют из выражения

откуда следует, что V, 0 при у, 0.

Для ядра потока, заключенного ме ду плоскостями, и имеют

(f-/e)K,y,-(f-/e )К,У, ),

где TO (х) - изменяющееся по длине

потока динамическое на-

пряжение сдвига,

при у 0, получают jU

)

If-fjK I/-jfTi sin ot

где oL угол наклона трещины к плос кости горизонта;

g - ускорение свободного падени Толщину налипшего слоя глиноцементного раствора на стенке обводне ной трещины за один цикл находят, усредняя динамическое напряжение сд га по длине потока

35

U

Tfp-feTg. sih.

где Д - толщина налипшего слоя раствора, м;

// - плотность -раствора, кг/м ; fg - плотность воды, кг/м ; g - ускорение свободного падения м/с ;

L - угол наклона, град; - среднее динамическое напряжение сдвига раствора. Па. Расчет цикличности нагнетания осуществляют следующим образом.

После остановки нагнетания напорный поток глиноцементного раствора в трепшне под действием гравитационных сил переходит в безнапорный.При этом образуется две области течения: вязкая и пластичная.

Скорости в вязкой и пластичной областях равны

9

.K.(,.0;0,y,y,; (i)

(2)

; у, -с у/ у ,

V . К,1Х1/е.)Уи : 2t(x)

где К - вектор ускорения массовых

сил;

f - плотность тампонажного раствора;

/ - плотность воды; 1| (х) - изменяющаяся по длине потока структурная вязкость; УН - скорость течения раствора. Высоту ядра потока (пластичной области) определяют из уравнений (1) и (2) при условии V;( 0 в вязкой области

г

у fv ): (v - ) i., 0

откуда следует, что V, 0 при у, 0.

Для ядра потока, заключенного между плоскостями, и имеют

(f-/e)K,y,-(f-/e )К,У, ),

где TO (х) - изменяющееся по длине

потока динамическое на- .

пряжение сдвига,

при у 0, получают

)

If-fjK I/-jfTi sin ot

где oL угол наклона трещины к плоскости горизонта;

g - ускорение свободного падения. Толщину налипшего слоя глиноцементного раствора на стенке обводненной трещины за один цикл находят, усредняя динамическое напряжение сдвига по длине потока

т/ /лЬ1ггЛ |r.()

(3)

5

0

5

f- о с. р.

Tf-fe 7g sln

где д - толщина нал:ипшего слоя;

оср, среднее по потоку динамическое напряжение сдвига раствора.

Таким образом, количество циклов нагнетания определяют соотношением величины раскрытия трещины и толщиной налипания тампонажного раствора на почве трещины.

Способ циклического нагнетания применяют для тампонажа трещин- с предельным раскрытием

д d... . (4)

ft-feTg slnot

т.е. при условии, когда тампонажный раствор начинает сползать по трещине под воздействием сил тяжести.

Для расчета объема раствора в каждом цикле определяют форму следа потока раствора по почве трещины, его площадь и объем раствора в одном цикле- по уравнению

,

(5)

где V - объем нагнетаемого раствора

в каждом цикле; Б - площадь следа раствора. При тампонаже наклонных трещин большого раскрытия и пустот можно при применять как напорньш, так и безнапорный режим нагнетания раствора в трещину. В напорном режиме размеры следа нагнетаемого раствора на стенке трещины находятся по известным уравнениям комплексного метода тампонажа .

.4

. -jf Tg sInT

,;

(6)

R и Ej

где лР - перепад давления между забоем скважины и контуром рас- текания раствора;

размеры, указанные на фиг. 2.

Границу напорного течения находят по формуле (1) И.А.Чарного для без- напорного течения вязкой Едкости в обводненной трещине

Q i if iAlii h

ч 2 n 1

. , (7)

де Q - расход нагнетания раствора в 0

трещину;

i - уклон свободной поверхности раствора, равный при равномерном движении уклона стенки трещины ( х);45

Ч - пластическая вязкость раствора;

h - глубина наполнения трещины. Из уравнения (7) глубина наполнеия трещины50

h .-., :.д, (8)

rf - le sln

при этом учитывается толщина ядра потока Л вязко-пластичного раствора. Такая схематизация обоснована наличием вязкой области течения глино- цементного раствора на стенке наклонной трещины.

5 о

5

0

5

0

5

0

5

Для трещин с раскрытием Л h режим течения безнапорный и определение размеров R и Н по уравнениям (6) неправомерно. В случае (f h необходимо определять размеры следа потока методом моделирования.

Количество циклов нагнетания определяется по уравнению

-.-.

Контроль структурирования осуществляется вискозиметром типа СНС-2, с помощью которого измеряется изме- нение статического напряжения сдвига во времени глиноцементного тампо- нажного раствора. По результатам вис- козиметрических измерений составляют таблицу или график функциональной зависимостиTjj f(t), где Г. - статическое напряжение сдвига. Па; t - время структурирования, мин. Далее определяют время остановок межг- ду циклами нагнетания. Остановки нужны для того, чтобы глиноцементный раствор в трещине набирал необходимое статическое напряжение сдвига. Это необходимо для того, чтобы пре- дьщущий слой раствора не был сдвинут последук)щим.

п

Формула изобретения

Способ тампонажа обводненных пустот и крупных наклонных трещин, включающий бурение скважин, определение местоположения и размеров пустот и наклонных трещин и нагнетание через скважины глиноцементного раствора, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода глиноцементного раствора, нагнетание его производят слоями, при этом каждый последующий слой укладывают после структуирования предыдущего слоя, а толщину укладываемого слоя определяют из выражения

д р.

Tfp-fsTs

где и - толщина слоя, м;

j p - плотность раствора, кг/м ; J5 - плотность воды, g - ускорение свободного падения,

,i - угол наклона трещины к горизонту, град;

ц - среднее динамическое напря- . жение сдвига раствора Па.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при сооружении капитальных горных выработок в сложных гидрогеологических условиях и для стабилиза.ции горного массива под наземными сооружениями. Цель - снижение расхода глиноцементного раствора. В массиве горных пород бурят скважины и определяют при помощи различных приборов местонахождение и размеры пустот и наклонных трещин. В скважины нагнетают глиноцементный раствор циклично, заполняя пустоты и трещины слоями. Промежуток времени между циклами зависит от скорости структурирования нагнетаемого состава. Количество циклов определяют толщиной слоя, укладываемого за один цикл. Толщину слоя глиноцементного раствора за один цикл определяют из выра- женияй Т „ /()в , где Л - толщина слоя, M t- fp - плотность раствора, f плотность воды, g - ускорение свободного падения, J- - угол наклона трещины к горизонту, град; Т - среднее динамическое напряжение сдвига раст- вовя. Па. S (Л СлЭ О1 о: