Способ укрепления и водоизоляции неустойчивых пород вокруг устья ствола Советский патент 1988 года по МПК E21D11/38 E21D11/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к области укрепления и водоизоляции горных пород способом электрохимической обработки и может быть использовано для создания водоизоляционных завес в неустойчивых песчано-глинистых породах при строительстве шахтных стволов и других горных выработок.

Целью изобретения является повышение качества укрепления и водоизоляции, увеличение толщины закрепленного массива.

На фиг. 1 представлена схема рас- положения электродов - инъектсфов вокруг устья ствола} на фиг. 2 - схема коммутации электродов и расположение участка скважину на ir. 3- графики зависимости от времени удельноге электрического сопротивления массива и расхода электролитаj на фиг. 4-6 - участков электродов.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

В неустойчивых породах вокруг устья ствола по концентрическим окружностям бурят вертикальные скважины 1. Скважины обсаживают обсадньп м перфорированными трубами. Участок электродов 3 коммутируют с чередова- нием анодов и катодов (число одновременно обрабатываемых скважин определяют в зависимости от мощности источника 2 тока и задаваемого режима обра- ботки). Одновременно подают на элект- роды-инъекторы электрический ток плотностью 12,0-15,0 А/м и раствор электролита. По истечении 1/3 проектного времени подачу электролита прекращают (общее время электрохимической обработки определяют расчетным методом).

Технол огические параметры электрохимической обработки неустойчивБр пород и оптимальная схема включения электродов выбраны по наилучшим результатам серии лабораторных экспериментов. Вначале экспериментальным путем устанавливали оптимальную плот- ность тока, затем опред,еляли время инъекЕ{ии электролита в массиве, после чего определяли наиболее эффективную схему включения электродов и формирования завесы. Моделирование процессов укрепления и водоизоляции гли- нистых пород осуществляли на образцах ненарушенной структуры со следующими характеристиками: коэффициент фильтрации 2-10 м/с, сцепление

0,4 кг/см, угол внутреннего трения

16

Выполненные эксперименты показали что процесс электрохимической обработки неустойчивых пород развивается в три стадии (фиг. 3, кривая 4), Наиболее наглядно это видно по изме- нению удельного электрического сопротивления пород: насыщение раствором электролита горного массиваi гелеоб- разование и зарождение центров кристаллизации; усиленная агрегация гли- нистьк частиц.

Установлено, что основное поглощение раствора электролита происходит в первой стадии (фиг.З, кривая 5). Дальнейшая инъекция раствора в породу к положительным результатам не приводит. Сопоставление длительности первой стадии по отношению к общему времени обработки пород приведено в табл. 1.

Качество водоизоляции и укрепления неустойчивых пород контролировали по снижению коэффициента фильтрации и улучшению их сдвиговых свойств. Результаты исследований представлены в табл. 2.

Таким образом, наилучший режим обработки пород соответствует плотное - ти тока 12,0-15,0 А/м при инъекции раствора электролита в течение 1/3 общего времени пропускания электрического тока.

Далее исследовали оптимальную схему включения электродов при плотности тока 12,0-15,0 А/м. Эксперименты проводили по трем схемам (фиг. 4-6).При работе по схеме 1 вначале водоизоля- цию и укрепление осуществляли раздельно во времени по одной линии электродов, затем во второй и третьей. По схемам 2 и 3 обработку выполняли одновременно для всех электродов. Длина участка электродов по схеме 1 может быть увеличена более чем в три раза. При этом потребляемые мощности по всем схемам примерно равны. Результаты водоизолядаи и укрепления глинистых пород представлены в табл.З..

Таким образом, наилучвте результаты дает схема

что объясняется отсутствием взаимовлияния одноименных электродов. Обработанные образщ 1 хранили в водной среде 30 сут, после чего исследовали их фильтрационные и сдвиговые свойства. Установлено, что

величина сцепления глинистых пород

через 30 сут после обработки увели-

чивается в 1,5-1,8 раза, что свидетельствует о необратимости структуро образовательных процессов.

Формула изобретения

с

1. Способ укрепления и водоизоля- ции неустойчивых пород вокруг устья отзола, включающий бурение скважин в горной породе, установку в них электродов-инъекторов с чередованием анодов и катодов, подачу на электро- ды напряжения постоянного тока с одновременной инъекцией в горный массив раствора электролита, о т л и

и с я тем, что, с целью качества укрепления, водоизоляции и увеличения толпдины закрепленного массива, электроды располагают по концентрическим окружностям вокруг ствола, а формирование завесы осуществляют последовательно в направлении от оси ствола отдельными участками в пределах каждой окружности электродов при оптимальной плотности тока 12-15 А/м .

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что раствор электролита в горный массив вводят в течение одной трети общего времен подачи напряжения.

Т а б л и ц а 1

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для создания водоизоляционньк завес в неустойчивых песчано-глинистых породах при строительстве шахтных стволов и других горных выработок. Цель - повьше- ние качества укрепления, водоизоля- ции и увеличение толщины закрепленного массива. В неустойчивых породах вокруг устья ствола по концентрическим окружностям бурят вертикальные скважины. В скважинах устанавливают электроды-инъекторы с чередованием анодов и катодов. Одновременно на электроды подают постоянный ток плотностью 12,0-15,0 А/м, а в горньй массив - раствор электролита. По ис- течении 1/3 общего времени подачи напряжения подачу электролита прекращают. Формирование завесы осущест- g вляют последовательно в направлении от оси ствола отдельными участками в пределах каждой окружности электродов. Моделирование процессов укреп- . ления и ВОДОИЗОЛЯЦИИ глинистых пород В осуществляют на образцах ненарушен- i ной структуры со следующими характеристиками: коэффициент фильтрации 2-10 М/С} сцепление 0,4 кг/см ; угол внутрек-х его трения 16°. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл. (ЛГ 4ia Од О СП Од со

iZLirizziZTizn:

Эксперимент

Длительность первой стадии, ч 75 70

Общее время

обработки, ч 232 215

65

60

60

55

200 180 180 170 Таблица 2

8

60

60

55

50

40

200 180 180 170 Таблица 2

150

120

.

1,2 1,25 4 1,6

1,.

1,5

фиЭ.1

О 20 0 60 ёЬ 100 170 т т iso 200

oSpcfSomfft/ vac Pue. S

(fue.2

oSpcfSomfft/ vac Pue. S

о о

о

cf3us.4

сриг.5

(риг.б

Составитель Л.Березкина Редактор М.Циткина Техред Л.Олийнык Корректор.М.Пожо

Заказ 5312/30

Тираж 459

ВНИИПИ Государственного комитета GCCP

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

О

о

сг

Подпй зное