Способ управления состоянием породного массива Советский патент 1990 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к горнорудной промышленности и тоннелестроению, и может быть использовано при проведении выработок по крепким сильнотрещиноватым породам, слабосцементированным минералами вторичного заполнения .

Цель изобретения - повышение эффективности упрочнения сильнотрещиноватого массива с присутствием минералов вторичного заполнения трещин.

На фиг. 1 схематически показано расположение скважин в поперечном сечении выработки относительно ее

проектного контура и зоны упрочнения; на фиг. 2 - выработка с нагне тательной и дренажной скважинами, продольное сечение, и схема движения химически активного раствора при }обработке призабойного массива и зоны упрочнения; на фиг. 3 - выработка в призабойной зоне, продольное сечение, со схемой нагнетания крепителя в зону упрочнения и химически активного раствора в дренажные скважины.

Способ осуществляют следующим образом.

ел

СП

ф

00 «ч

При проведении выработки-в сильнотрещиноватом массиве пород с присутствием минералов вторичного заполнения трещин из забоя вблизи проектного контура выработки 1 бурят два ряда опережающих скважин. Внешний ряд нагнетательных скважин 2 бурят наклонно от проектного контура выработки до границы зоны 3 упрочнения пород, внутренний ряд дренажных скважин 4 - горизонтально на длину подвигания забоя.

Через нагнетательные скважины 2 предварительно закачивают в массив с помощью инъекторов химически активный ослабляющий раствор, который, омывая трещины, вступает в реакцию с минералом-заполнителем и вымывает продукты его разложения через дренажные скважины 4.

Контроль за процессом разложения минерала-заполнителя трещин осуществляют по количеству продуктов разложения, вымываемых из дренажных скважин, которое определяется трещинным объемом минерала-заполнителя отрабатываемого участка горных пород по известной формуле

SsiifcKJL -jib JL(1)

V.

ГР

100

СКВ

где п - эффективная трещинная пористость массива горных пород, %; - длина дренажных скважин,

м;

Siu площадь поперечного сечения зоны упрочнения, м2. После обработки трещин химически активным ослабляющим раствором на глубину зоны упрочнения в нагнета,- тельные скважины подают химический крепитель, а в скважины 4 - химически активный ослабляющий раствор.

Ослабляющий раствор в целях качест венного заполнения крепителем трещин в зоне 3 упрочнения пород и возможности контроля за распространением его строго в пределах зоны упрочнения подают под давлением меньшим, чем дав- ление крепителя, поскольку при равном или обратном соотношении давлений существует возможность того, что ослабляющий раствор будет препятствоват заполнению трещин в зоне упрочнения.

Соотношение давлений нагнетания ослабляющего раствора и крепителя при нимается исходя из следующей зависимости:

Р0 .РК у - 0,1, МПа, (2)

К

де Р и Р.. - соответственно давления

ОN

нагнетания химически активного ослабляющего породу раствора и крепителя;

L и k кинематические вязкосQ

5 0

5

о

5

0

45 JQ 5

ти ослабляющего раствора и крепителя.

После полного насыщения трещин крепителем в зоне упрочнения избыточное давление крепителя передается на подаваемый через дренажные скважины ослабляющий раствор, что вызывает рост давления в системе нагнетания в дренажные скважины. Это означает, что трещины в зоне упрочнения полностью заполнены крепителем и его подачу можно прекращать.

Использование предлагаемого способа позволяет упрочнять приконтурный массив выработки путем замещения слабого естественного заполнителя трещин более прочным искусственным и одновременно разупрочнять массив в пределах проектного контура выработки за счет ослабления связей по трещинам пород, облегчая таким образом ее выемку.

Пример. Выработка пересекает мощную зону раздробленных скальных пород тектонического нарушения типа разлома, представленную раздроблен-- ными скальными породами с развитием по трещинам минералов-заполнителей карбонатной группы в виде прожилок и примазок кальцита по граням породных блоков с зеркалами скольжения. Обрушение пород происходит сразу вслед за подвиганием забоя выработки.

В этом случае в массив через скважины 2 первоначально нагнетают 3 - 5%-ный раствор хлористого аммония, который вступает в реакцию с заполнителем трещин, в результате чего про- исходит разложение карбонатного заполнителя с выделением газов СО. и NH и хлористого кальция, вымываемого из трещин при последующей подаче в скважины хлористого аммония.

Концентрация 3-5% принята из расчета стехиометрического соотношения, требуемого по реакции взаимодействия хлористого аммония с карбонатами. Кроме того, раствор хлористого аммо- ния такой концентрации обладает боль

шой проникающей способностью, близкой к воде. Концентрация хлористого аммония в растворе ниже 3% нецелесообразна, так как в этом случае количество требуемого по реакции реагента недостаточно и, следовательно, разло- жение карбонатов не полное. Увеличение концентрации хлористого аммония выше 5% приводит к повышению вязкости раствора, а следовательно, снижению его проникающей способности.

Вымывание продуктов разложения происходит через дренажные скважины 4, которые используются также для химического контроля за интенсивностью процесса разложения заполнителя трещин.

После обработки массива хлористым аммонием в скважины 2 нагнетают раствор химического крепителя, например эпоксидную смолу ЭД-5 с отвердителем УП-583, а в скважины 4 подают раствор хлористого аммония той же кон- центрации с давлением меньшим, чем давление нагнетания крепителя. При давлении нагнетания крепителя, равном 2 МПа, с вязкостью 20 сП и вязкости хлористого аммония 10 сП дав- ление нагнетания хлористого аммония в дренажные скважины по формуле (2) составляет 0,9 МПа.

Контроль за качественной обработкой крепителем зоны упрочнения пород вокруг выработки осуществляют по изменению давления нагнетания хлористого аммония в скважины 4. При качественном заполнении трещин в зоне упрочнения наблюдается рост давления в системе нагнетания хлористого аммония в дренажные скважины.

Использование предлагаемого способа управления состоянием породного массива позволяет органически соеди- нить способ упрочнения приконтурной

5

0

5 0

5

зоны вокруг выработки, повышающей ее устойчивость, и способ разупрочнения массива, отбиваемого при проходке, что повышает эффективность ведения горных работ за счет снижения трудозатрат и расхода ВВ.

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить эффективность упрочнения пород вокруг выработок, по трещинам которых развиты ослабляющие минералы, кроме того, наличие дренажных скважин дает возможность осуществлять контроль за интенсивностью процесса разложения минерала-заполнителя и качеством заполнения трещин в зоне упрочнения, а также сокращается количество агентов, вводимых в массив при обработке.

Формула изобретения

Способ управления состоянием породного массива, включающий бурение нагнетательных скважин и последовательное закачивание в них до границ зоны упрочнения химически активного ослабляющего породу раствора и химического крепителя, отличающийся -тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения сильнотрещиноватого массива с присутствием минералов вторичного заполнения трещин, на длину подвигания забоя дополнительно бурят дренажные скважины, а в нагнетательные скважины предварительно закачивают ослабляющий раствор, при этом через дренажные скважины контролируют интенсивность реакции разложения минерала-заполнителя трещин и производят закачку крепителя после вымывания последнего ослабляющим раствором, а затем ослабляющий раствор дополнительно закачивают в дренажные скважины под давлением меньшим, чем давление крепителя.

X x v V X Хч v

Х .)Ј.

Лчхлх;

X е

AX1.TL.

:. Н х

лу: :..«

.

л. -. -- -

wx

X

wx

л/Ххх х х хх.хх

Фие.1

Х Ј.

:. Н х

лу: :..«

.

л. -. -- -

wx

х х хх

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении выработок по крепким трещиноватым породам, слабосцементированным минералами вторичного заполнения. Цель - повышение эффективности упрочнения пород сильнотрещиноватого массива с присутствием минералов вторичного заполнения трещин. Для этого бурят опережающие нагнетательные и дренажные скважины на длину подвигания забоя. В нагнетательные скважины закачивают химически активный, ослабляющий породу раствор и контролируют интенсивность реакции разложения минерала-заполнителя трещин через дренажные скважины. После вымывания минерала-заполнителя в нагнетательные скважины закачивают химический крепитель, а в дренажные скважины - химически активный раствор, давление которого меньше давления крепителя. Способ позволяет органически соединить способ упрочнения приконтурной зоны вокруг выработки, повышающей ее устойчивость, и способ разупрочнения массива, отбиваемого при проходке. 3 ил.

, /У

1/

,J-А k V V - N/.- :ГС: Д. v«. . s/- С- /.- / -.

X X/

х

Ш

r-xi Л V.

) Л У

у X

te2

X X/

х х х

xi Л V.

2

X X X X X X

Фи8.3