Способ определения проникающей способности тампонажных растворов в лабораторных условиях Советский патент 1992 года по МПК E21D11/00 E21C39/00 

Настоящее изобретение относится к области горного дела, в частности, к вопросу изучения проникающей способности тампонажных растворов в процессе нагнетания, для заполнения трещин и пор заобделочного пространства при строительстве подземных сооружений и использование керна, получаемого в результате нагнетания этого раствора в специальное устройство, для его дальнейших физико-химических и механических исследований.

Известен способ определения состава и технологические требования к тампонаж- ным цементам. В стандартах и своевременной литературе описываются методы определения как реологических, так и физико-механических свойств тампонажных систем с целью подбора необходимого состава тампонажного раствора 2 - 5.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа (он и базовый вариант), является способ определения подвижности тампонажного

раствора по растекаемости на конусе Аз НИИ

Однако в действительности в производственных условиях для повышения подвижности и перекачиваемости этих растворов в несколько раз увеличивается водоцемент- ное отношение, процесс нагнетания в инъ- ектируемую среду проводится под давлением в несколько атмосфер в результате чего поведение раствора в динамике резко отличается от лабораторных условий

Эти методы не дают возможности определения степени заполнения заобделочного трещиновато-пористого пространства при данных производственных условиях, реологических свойств, раствора и физико- механических показателей камня, образующегося за обделкой после нагнетания Качество этих работ оценивается либо визуально, либо методом удельного водопогло- щения, или же выбуриванием кернов для определения их физико-механических показателей. Процесс этот весьма трудоемкий, не обеспечивающий, к тому же, достовер(Л

С

vj

О

чэ ел

00

ность получаемых результатов. Кроме того, если качество работ окажется неудовлетворительным, достижение желаемых результатов требует дополнительных материалов и трудовых затрат. Т.о. в настоящее время отсутствует способ определения проникающей способности тампонажных растворов, применяемых на производстве в лабораторных условиях, на установке позволяющей моделировать условия производственного процесса нагнетания.

Целью настоящего изобретения является олределение проникающей способности тампонажных растворов в лабораторных условиях, включающий укладку дробленого материала горных пород, нагнетание под давлением тампонажного раствора и формирование керна после схватывания раствора.

Предлагаемый способ экономически более выгоден, чем проведение аналогичных исследований в натурных условиях, дает более достоверные результаты, менее трудоемок и требует меньшего расхода материала.

Для достижения этой цели используется специальное устройство (фиг. 1), позволяющее создавать проницаемую среду с заданными параметрами (иммитация инъ- ектируемой среды).

Устройство состоит из разборной колонки 1, включающей четыре секции 2, собранные из полуцилиндров, скрепленных болтами 3. Стенки полуцилиндров имеют сквозные отверстия 4, соединенные между собой коллекторами 5. Коллекторы 5 соединены с водомерной емкостью 6 посредством кранов 7. Вход колонки 1 имеет коническую полость 10, соединенную со смесителем 11 через растворонасос 12 по- средством трубопровода 13. Выход колонки 1 снабжен обратным клапаном 9, соединенным посредством гибкого трубопровода 8 с водомерной емкостью 6. На конце конической полости 10 расположен фильтрую- щий элемент 15. На каждой секции 2 и на растворонасосе 12 установлены манометры 14.

Устройство работает следующим колонку 1 послойно загружают дроб- леную породу 16 различных фракций, после загрузки каждой секции 2 колонка наращивается на высоте. Собранную таким образом колонку 1 заполняют водой. Тампо- нажный раствор, приготовленный в смеси- теле 11, подают растворонасосом 12 в колонку 1 через коническую полость 10, имитирующую свободное пространство между обделкой и породой. Рабочее давление в гидросмесителе создают растворонасосом 12 и контролируют манометрами 14 Вытесненная тампонажным раствором во да через отверстия 4, коллекторы 5 и крань 7 попадает в водомерную емкость 6. По объ ему вытесненной воды можно судить о коли честве тампонажного раствора, вошедшегс в колонку 1, на основании чего можно опре делить коэффициент ее заполнения. Для со здания гидростатического давления ее стороны приконтурного массива использу ется обратный клапан 9. По прекращении инъектирования растворонасос 12 отключа ют. После схватывания раствора колонку разбирают по секциям 2 и полученный Keph подвергают соответствующим исследова ниям его физико-механических свойств дл получения информации о проникающей способности тампонажного раствора, адге зии, водопроницаемости, коррозионное стойкости, степени изменения прочности пс высоте керна и др.

Для определения проникающей способ ности тампонажных растворов в лаборатор ных условиях на установке (см.рис.1) в нес создается трещиновато-пористая инъекти руемая среда. Для этого проводится послой ное загружение дробленой горной породь по фракциям по высоте всей колонки, раз меры которой: высота 1600 мм, диаметр 150 мм. Высота каждой фракции породы: 0-150 мм - фракции 70 - 50 мм 150-300 мм 50-40 мм 300 - 450 мм 40 - 30 мм 450 - 600 мм 30 - 20 мм 600-750 мм 20- 10 мм 750-900 мм 10-5 мм 900- 1050 мм 5-2,5 мм 1050 - 1200 мм 2,5 - 1,25 мм 1200- 1350мм 1,25-0,63 мм 1350 - 1500 мм 0,63 - 0,315 мм 1500 - 1600 мм 0,315 - 0,14 мм В растворосмесителе готовится тампо- нажный раствор. Оптимальный диапазон водоцементного отношения от 0,8 до 2,5,т.к с уменьшением В/Ц затрудняется нагнетание раствора ввиду ухудшения перекачива емости насоса и уменьшения проникающей способности раствора, а с увеличением B/L более 2,5 резко снижается выход керна. Пс мере продвижения тампонажного растворе в колонке растет его сопротивление движению, поэтому проводится постепенное повышение давления нагнетания от 0 до 1,С МПа, после чего насос отключается. После выдержки в течение 24 час установка разбирается и извлекается полученный керн По внешнему виду керна и его размерам определяется проникающая способность тампонажного раствора. Данные лабораторных исследований приведены в таблице.

Изменение водоцементного отношения, реологических свойств тампонажного раствора при проведении экспериментов дает разный выход тампонажного камня, позволяющий судить о проникающей способности тампонажного раствора.

Предлагаемый способ позволяет имитировать конкретные горногеологические условия путем послойного загружения дробленой породы различных фракций, гранулометрический состав которой моделирует фактическую пористость и трещино- ватость среды, а также путем изменения проникаемости стенок. Путем изменения водоцементного отношения раствора и введение в него различных добавок для имитируемых горно-геологических условий подбирается оптимальный состав тампонажного раствора. Регулируя давление и режим нагнетания, можно подбирать оптимальный вариант, при котором обеспечивается максимальное заполнение устройства тампонажным раствором.

Формула изобретения

Способ определения проникающей способности тампонажных растворов в лабораторных условиях,включающий укладку дробленого материала горных пород, нагнетание под давлением тампонажного раствора и формирование керна после схватывания раствора, отличающийся тем, что, с целью увеличения достоверности сведений о проникающей способности раствора, дробленую породу предварительно разделяют на фракции размером 0,14 - 70 мм, а укладку производят в устройство с проницаемыми стенками послойно по фракциям, при этом водоцементное отношение

нагнетаемого раствора меняют в пределах 0.8 - 2,5 при давлении нагнетания от 0 до 1 0 МПа.

J

Использование: изобретение относится к горному делу, в частности к вопросу изучения проникающей способности тампонажных растворов в процессе нагнетания в трещины заобделочного пространства при строительстве подземных сооружений. Сущность изобретения: дробленый материал укладывают послойно по фракциям 0,14 - 70 мм в устройство с проницаемыми стенками. Водоцеметное отношение нагнетаемого раствора меняют в пределах 0,8 - 2,5 при давлении нагнетания 0- 1.0 МПа 1 ил., 1 табл.