Способ оценки качества упрочненных горных пород скрепляющими растворами Советский патент 1991 года по МПК E21D11/00 E21C39/00 

Изобретение относится к горнорудной промышленности и может быть использовано при инъекционном упрочнении и тампонаже горных пород.

Цель изобретения - повышение точности и снижение трудоемкости контроля расположения и размеров зон горных пород с неполным заполнением технологических трещин цементным камнем.

На фиг.1 показана схема измерительной установки; на фиг.2 - характерный график изменения удельного эффективного электросопротивления по длине контрольной скважины.

Способ реализуют следующим образом.

В упрочненном массиве 1 после образования цементного камня бурят контрольную скважину 2, в которую с помощью основной нагнетательной установки нагнетают раствор электролита 3 до насыщения массива. После этого производят измерения в скважине 2 с помощью установки, включающей измерительный прибор 4 (амперметр-вольтметр-источник тока), соединительный кабель 5 и четырехэлектродный зонд 6. В результате измерений получают график изменения удельного эффективного электросопротивления горных пород р по длине I скважины 2. В глубине массива горные породы не нарушены (отсутствует технологио о

± о

k

(О

ческая трещиноватость), поэтому величина выходит на уровень р 9. Величина удельного электросопротивления электролита определяет исходный уровень 10. При очень высоком уровне остаточной Пористости (высокий коэффициент пористости Кп величина р приближается к рэл, при р /Эн остаточная трещиноватость равна естественной трещиноватости ненарушенного массива. Этот уровень соответствует качественному упрочнению, поэтому при « р качество упрочнения неудовлетворительное (требуется повторное упрочнение). Таким является участок 11.

Степень заполненности трещин участка массива цементным камнем может быть оценена по отношению удельного эффективного электросопротивления р этого участка к значениюрн ненарушенного массива. При р/рн 1,0 качество упрочнения высокое (нарушенность участка массива не выше, чем она была до проведения выработки), при р/рн 0,8-1,0 качество упрочнения удовлетворительное (технологическая нарушенность участка массива приближается к естественной), прир/рн 0,8 - неудовлетворительное.

В качестве раствора электролита 3 (контрольного вещества) может быть использован любой водный раствор соли с РЭП - 3-20 Ом М, поскольку это по крайней мере на 3 порядке ниже, чем р сухой породы, Вполне подходит для этой цели и шахтная техническая вода. Исследования проб воды показали, что этот раствор имеет достаточно высокую концентрацию солей, в результате чего рэп составляет от 5 до 10 Ом-м, причем в пределах участка (околоствольного двора) рэл изменяется в пределах 20-30%. Если рэл окажется больше 20 Ом-м, то точность способа снижается. В этом случае в раствор следует добавить небольшое количество поваренной соли.

Размер измерительной установки б определяет глубину 7 существенного проникновения тока. Согласно теории электроразведки, эта глубина ориентировочно составляет 0,5 АВ (половину расстояния между питающими электролитами А и В), Исходя из этого, размер АВ (базу электрометрической установки - зонда) принимают равной удвоенной требуемой глубине качественного упрочнения массива. Например, при требуемой глубине упрочнения от оси скважины 0,5 м ,0 м, при 1,0 ,0 м. При меньшем размере АВ снижается точность контроля, при боль- шем - появляются мертвые зоны у за0

5

0

5

0

50

5

0

5

боя и устья скважины, так как замерная точка соответствует средине зонда.

Физические предпосылки способа заключаются в закономерностях влияния влажности на электрическое сопротивление горных пород. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что при увлажнении сухой породы минеральным раствором р породы резко уменьшается при увеличении влажности от 0 до 2-4%, по мере насыщения влагой эта. зависимость выполаживается. Это объясняется тем, что сухая порода имеет р- 10 -10 Ом м, что не менее чем на 3 порядка больше сопротивления раствора. Уже при слабом увлажнении в породе образуются токопроводящие цепочки из заполнившей поры влаги. В дальнейшем эти цепочки расширяются, при этом р приближаются к рэл.

В широком диапазоне изменения коэффициента пористости Кп от 3-5% до 20-40% между сопротивлением водонасыщенной породы реп, рэл и Кп существует зависимость:

РВП Ь

Рэл «т

где b и m - коэффициенты.

В зависимости от типа породы коэффициента принимают значения в диапазонах: ,4-1,4; ,3-2,2.

С началом увлажнения руменьшается для пород с различными коэффициентами пористости Кп причем у породы с теоретически максимальной пористостьюр приближается к рэл. Таким образом, при насыщении породы отношение р/рэл является функцией Кп.

Дополнительная технологическая операция, предусмотренная способом (водона- сыщение горной породы), не нарушает технологической схемы упрочнения (тампонажа), так как нагнетание воды (электролита) производят той же нагнетательной установкой, которой производилось упрочнение (тампонаж). При этом вода обладает высокой проникающей способностью, поэтому процесс насыщения в одной скважине не занимает более 20-30 мин (при давлении, равном давлению цементного раствора при упрочнении).

Повышение точности и снижение трудоемкости контроля качества упрочнения позволит более точно установить размеры участков выработок для повторного упрочнения. Исходя из существующего уровня техники и технологии упрочнения участки с некачественным упрочнением составляют около 20% от общего объема работ. Более

точный контроль по новому способу позволит сэкономить не менее 25% объемов, необоснованно намеченных для повторного упрочнения.

Формула изобретения 1. Способ оценки качества упрочненных горных пород скрепляющими растворами, включающий бурение контрольной скважины, поинтервальное измерение в ней удельного эффективного электросопротивления упрочненных и ненарушенных пород и определение степени заполнения трещин цементным камнем, отличающийся т ем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости контроля расположения и размеров зон горных пород с неполным заполнением технологических трещин цементным камнем, перед измерениями в

скважину нагнетают раствор электролита до полного насыщения им контролируемого упрочненного участка массива и определяют соотношение элекросопротийления этого участка и ненарушенных пород, при этом расположение и размеры зон с неполным заполнением трещин определяют по значениям электросопротивления упрочненных пород, которое меньше его значения для

ненарушенных пород, а степень заполнения трещин - по соотношению электросопротивлений упрочненных и ненарушенных пород, при этом качество упрочнения считают удовлетворительным при его значении

не менее 0,8.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве раствора элекролита используют шахтную техническую воду.

Изобретение относится к горнорудной промышленности и может быть использовано при инъекционном упрочнении и тампонаже горных пород. Оно позволяет повысить точность и снизить трудоемкость контроля расположения и размеров зон горных пород с неполным заполнением технологических трещин цементным камнем. В упрочненный массив бурят контрольную скважину и основной нагнетательной установкой нагнетают в нее раствор электролита до насыщения массива. Затем производят по длине скважины измерения удельного эффективного электросопротивления горных пород, включая ненарушенные. Степень заполнения скважин цементным камнем определяют путем сравнения значений удельного эффективного электросопротивления упрощенных и ненарушенных пород. Качество упрочнения оценивают по отношению этих величин, которые должны стремиться к единице. В качестве раствора электролита может быть использован любой водный раствор соли, в частности шахтная техническая вода. При измерениях глубину проникновения тока принимают равной требуемой глубине качественного упрочнения. 1 з п ф-лы, 2 ил сл С

Фиг.1

Мек0чеся 6емное упрочнение

Фиг. 2