Способ инжектирования скрепляющих растворов в горные породы

 

Использование: изобретение относится к области горного дела и строительства и может быть использовано для нагнетаний скрепляющих растворов D приконтурные горные породы. Сущность изобретения: для повышения эффективности за счет увеличения системы трещин и проницаемости горного массива за счет приведения локального участка горных пород в возбужденное состояние в приконтурном горном массиве бурят скважины, устанавливают в них виброисточники, синхронизируют их работу в выбранном диапазоне частот и нагнетают в нагнетательные скважины скрепляющие растворы,например тонкозернистый цемент, причём вибровоздействия осуществляют в несколько этапов: вначале приводят массив в возбужденное состояние в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием ПАВ в горные породы , затем переходят на частот вибровоздействия, равную собственной частоте нагнетания раствора гидроимпульсатором, и воздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность скрепляющих растворов не достигнет примерно половины предела прочности нормативного предела, что позволяет значительно снизить затраты энергопотреб ления, объемы бурения шпуров по сравнению с известными классическими способами. 7 з.п. ф-лы, 1 ил. ел с

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 Е 21 Р 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пращур

Е1И ЕМз

ПОТЕКА ю

1 (21) 4901421/03 (22) 09,01.91 (46) 30.04;93. Бюль 16 (75) В.Н.Бакулин и А;В.Бакулин (56) Латышев О.Г. Перспективы использования ПАВ для управления свойствами горных пород в процессе строительства шахт СУБРа // Строительство шахт, рудников и подземных сооружений, Свердловск, 1988, с, 69-73.

Авторское свидетельство СССР

N. 1587199, кл. E 21 Р 11/00, 1990, (54) СПОСОБ ИНЖЕКТИРОВАНИЯ СКРЕПЛЯЮЩИХ РАСТВОРОВ В ГОРНЫЕ ПОРОДЫ (57) Использование: изобретение относится к области горного дела и строительства и может быть использовано для нагнетания скрепляющих растворов 0 приконтурные горные породы. Сущность изобретения: для повышения эффективности за счет увеличения системы трещин и проницаемости горного массива за счет приведения

Изобретение. относится к области гор,ного дела и различным видам строительства, в частности, гидротехнического, и может быть использовано для нагнетания скрепляюы их растворов в грунты и горные породы на основе упругого миграционного геоэффекта и эффектов кавитации, имеющих мес-. то в грунтах и породах при распространении в них упругих волн.

Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет увеличения систе. мы трещин и проницаемости массива и

„„ЫХ„„181231б А1 локального участка горных пород в возбужденное состояние в приконтурном горном массиве бурят скважины, устанавливают в них виброисточники, синхронизируют их раба у в выбранном диапазоне частот и нагнетают в нагнетательные скважины скрепляющие растворы, например тонкозернистый цемент, причем вибровоздействия осуществляют в несколько этапов: вначале приводят массив в возбужденное состояние в диапазоне 60 — 1500 Гц в совокупности с нагнетанием ПАВ в горные породы, затем переходят на частот вибровоздействия, равную собственной частоте нагнетания раствора гидроимпульсатором, и воздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность скрепляющих растворов не достигнет примерно половины предела прочности нормативного предела, что позволяет значительно снизить затраты энергопотребления, объемы бурения шпуров по сравнению с известными классическими способами. 7 з.п. ф-лы, 1 ил. снижение энергоемкости процесса иньектированил.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу приводят массив в возбужденное состояние в диапазоне 60-1500

Гц, затем переходя на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний пород, и нагнетают в породы рабочие растворы с добавкой. ПАВ и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при которой деформации сжатия сменят деформации растяжения, после чего нагнетают в

°

1812316

3 породы скрепляющие растворы с частотой нагнетания рабочих растворов.

С целью предотвращения динамических проявлений горного давления, вибровоздействия в диапазоне 60-1500 Гц в 5 совокупности с нагнетанием ПАВ в приконтурные горные породы производят в течение времени, при котором напряжения в горном массиве не снизятся до величины, равной 0,5-0.6 от разрушаемых, 10

С целью. снижения прочности породтехнологический раствор нагревают до 80оС, С целью увеличения гидро- и аэродинамических свойств горного массива в раствор добавляют 1-2 g, расклинивающих 15 агентов с размерами 0,1-0,9 мм и плотно- стью 2,8-4 6 г/см .

В качестве расклинивающих агентов используют сажу или кварцевый песок, С целью снижения прочности пород при 20 их разупрочнении возбуждают в горнам массиве колебания на частоте собственных колебаний горного массива и воздействуют на массив в резонансном режиме.

С целью увеличения проницаемости 25 горного массива, определяют скорость миграции в нем флюидов, нагнетают в направлении простирлния микро- и макротрещин нагретые растворы и воздействуя упругими колебаниями в диапазоне 60-1500 Гц ваз- 30 буждают в массиве эффекты кавитации.

Измеряют скорости распространения упругих волн до, во время и после вибровоздействия и по их изменению судят а достигнутом эффекте, . 35 . Ha чертеже приведена схема реализации способа, где 1 — горный массив, 2— горная выработка, 3 — нагнетательные скважины,4- гидроимпульсатор для нагнетания технологических растворов, 5 — скважины 40 для размещения виброисточников, 6 — виб- * роисточники, 7 — упруговязкае тело, 8- компрессор высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7, 9 — электронный пульт управления для,синхронизации работы группы виброисточни- 45 . ков, 10 — блок согласования, 11 микроЭВМ, 12 — модуль памяти, 13 — культовый терминал, 14 — цифропечатающее устройство;

Способ осуществляют следующим об- 50 разом: из горной выработки 2 бурят серию нагнетательных скважин 3, устанавливают в них датчики давления горных пород и определяют поле напряжений и минимальное и максимальное главные напряжения в rop- 55 нам массиве 1. Также определяют величинУ разрушающих напряжений в горном массиве 1.

Из выработки,: пройденной параллельно выработке 2, бурят скважины 5 и размещают в них виброисточники 6, причем источники устанавливают в плоскости проходящей через линию действия минимального напряжения.

Максимальный диаметр скважины 5 и ее глубину выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний в выбранном диапазоне частот, составляющем 60-1500 Гц, при которых имеет место "максимальная закачка" упругой энергии в массив 1 и составляющая от 3 до 97» всей энергии, поступающей в источник 6 от компрессора ЭУ-5 или ЭУ вЂ” 7 высокого давления — от 60 до 300 атм и выше, Глубина размещения виброисточников 6 в скважинах 5 обусловлена величиной давления обеспечиваемого на источник упруговяэким телом 7, в качестве материала которого используют мокрый кварцевый песок, штыб и другие минеральные добавки при условии, что pn Cnopopu p С упруговязкого тела, где/)с„и и р Су->.т — соответственно акустическое сопротивление породы и упруга-вязкого тела. причем, рп и p — плотности породы и материа-. ла упруго-вязкого тела Ся и Супруго-вязкого тела — их скорости распространения.

Максимальная передача упругой энергии от виброисточника 6 в массив 1 наблюдается при условии, что величины акустических сопротивлений породы и упру- .

ro-вязкого тела примерно равны между со бой. Величина давления материала упруго-вязкого тела 7.на источник 6 пример.но равна 7-12 м, чта определено экспериментально при работе виброисточников 6 в морской сейсморазведке на акваториях;

Скважины 5 бурят. на удалении 3-..5 длин волн основной частоты, излучаемой источникам. Исходя из условий волнового под-. обия при скорости Р-волн в массиве равной

3000 м/с на частотах 60 и 1500 Гц длины волн соответственно равны: на 60 Гц =(3000 м/c)/(60 гц) =50 м на 1500 Гц ... - = 2 м. то есть на удалении 3-5 длин волн это составляет примерно t50 м, что в свою очередь обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений излучаемое виброисточником распределено равномерно, в to время как на удалениях меньших длины волны — ано распределено неравномерно и работу группы виброисточников трудно синхронизировать и достичь положительного результата.

Время воздействия — время синхронной работы группы источников G в скважинах 5 для приведения локального участка массива в неудароопасное состояние регулируют посредством электронного пульта управления

5; 1812316 ...:: ., 6 с ва и: геомехаййческих условий залегания:., ловлены размерамй трещин в породном " мают"6T минимального возможного уровня:- попадая в поры и трещийй йе да им за жейий 0,5. от разрушающих в горном масси-": - нию их проницаемости с одной:сто 86 с таким уСловием, чтобы .не вызвать,также служат новыми концентраторами:тра;- дйна йческих проявлений в гарйого даMe-.- 10 щин и . способствуют снижению прочности, ния или внезайных выбросов угля, породы :. -, пород на разрыв, Вибровоздействия: на ncicaiiьйый учв-: измеряют скоростй распрастрфнейия ynpycTGIt. горного массива производят:в несколь- 16 гих волйв горном массиве и во их измеве- : ко зтвпов, а.именйо;: ., ". ..:::...:::: нию судят о-наарямсенно деформировайном — вначале вибровоздействия осушесгв-. - ..: соЪтоянии и свойствах гадод,.в тайкЬ оде -ляют в диапазоне 60-1500 гц, приводят ла- :; стигнутом аффекте. каль ной участок r о рн ого: массива в возбужденное состояние в сооокупнасти с 20: Такимобразом,ююссивцб ю5втыеается щих растворов-и вибровоздействия произ-; ". нагрузок в айфщком диайазонЬ-чаруют- от водят: в течение временй .йри котором:::;:: 60до- 1500 Гц. чжсйособствуфгаоващйииа ции раетйжения, что cоответствует опт@- Ж гидро-.и азродииамичасва союза@ ю более мальной ппгшипл мл ти го" алых по о" и и .. ниии наудиия жциу 3ВБРлиенВ ду порами и трещинами. вследствие чего::",. Мщссиве йавмщзеиз qr: ЙОД 60$. ео про" поры и трещины в массиве становятся соо5- 36: верано методом ещроразрйм -@О, ia.,йасле щавщимисяи при земна несколько:поряд- .::,:. иньектйроаамия растворов., зародинамичвСкие связи массйва,: причем. ." : оольаих гдубийах, в них:нагяет иот мзгрв- - зятся до величины равной 0;6 от величины..:.::.:,::: возбуждеот s иассивв уйруиМ п лаф@йвв е. шележащих пород . ::::.-.::. :, .: ., . :::, :-: направлении просФирайив вор ю трвщин,. — затем переходят на,частоту ви6ровоз- -.". ". " Скорость миграции флюидов, соде йквщик-. действия равйую частоте собственных коле-. 40 .ся в порах втрещиквх, определяют из вара-баний горного массива и нагнетают в, :::, женив: Т-Л/См, где породы нагретые растворы например, гид-::.::::. . Л вЂ” размер участка гофййх пОрад; в ко- роокись натрия или гидроокись йатрия c:::. ;,:,торомосущвствляютэксперимент, См-скв- . мвтанолом, нагретых до 80ОС -:. ": - ..;::;,:;: -:,рость миграции ф — затем переходят на частоту йнъекти- 45:: миграции флюидов в йасса е. Иагнехая h. -, ве которых используют "обычно.:,: массивеупругиеколебаниасча4Мтеми 6О-- -,:, тонкозернисть1й цемент, равную частоте на-":. -.::,: ЩО Гц и выше и мн гнетания раствоРов гидроимпульсатором 4.. -..щие процессы -нв пути раснространейия и вибровоздействия осуществляют в тече- 50 упругих колебания,ариям вследствие того, ние времени при котором прочность. скреп-,,: что кавитация процесс вероятноСтный, с ляющих растворов в горном массиве:" -цельЮ повышения ввроятностикввиФрую -,,, достигнет величины напряжений; равной: : щих процессов выполйяют условия: -,," - .

0,5 от нормативного.или проектного значения.. - . 55 - 1. йайравление распростфанения упру- "

Для повышения пройицаемости пород,: -. гой волны должно совпадать с направлени- распаложенных на значительных глубинах . ем прастирания пор и трещин

-свыше 1,5 кмв массив наряду с технологи- :..;.:. - . 2. длина упругой. волны должна -быть " -":,. "„: ческими разупрочняющими растворами на-- "" соизмерима с размерами flop и трещин по гнетают 1-2 расклинивающих агентов с . их простиранив

7 . :.. --,: " 1812316 .. 8 ., и

- 3. частота упругой воьлнй должна, бь тьг т: . щий бурение скважчин. определение век-4; нв пути распроСтрьанения упругой .;:.-: вание истоьчников. a:íàïðàâèÜíèè действия . б,. во флюидосодерчжащихг растчворах ;: .:. буждения в массиве. пород колебаний; приймевтся тгвврдые частицы с размерами .::;::чем бурят. Скважины глубиной до корейных

: на:пути:распространегния волны иницииру- телте основания бурята аахмйном порядке . ют потоки фаЮидтов и:порождает.ймьйульсы:,."::. скважины с шагом 3-8м.на гльубину; пример . го пронйцаемость пор6д на riyal кавитируг-:::. :,:- .: женися г основания в матссиве:горных юарт йргоцвссов повыаеетея йэ неакопъко 15 пород, о т л.й ч:а а шийся тем, что, с йорвдгков,чтрариаодиткснижеййющй>чно- .: целью повышения ьаффкективнасти Спосо6в, .

: что пей веадейетаием мощных вйбрацион - ..,. кости йроцесса -итнъектировзьйии, пгриагадят; ... тот - флфйды-жидкости . и - газы . зоне 60 1890 Гц, затфмл переходят на часгождбржэмфюФЗВпщмхитрвщинах.порбднб . : ту вибрОВОЗдействияв раВную" чэстОте, ": го мщжива. мигрирует на несколько поряд-, -:соббтвейньйколебани@ пород, и йагнвгают кж Ьыст е, чем в отсутствие упругойл.:. впОродгырабочиерастворысдогбаакой ПА3,.: ."

- ьврераспредааением по вувруГих нча- .: врвмлени, при мотором деформацйи. сжатия . ггояжениа на аути вегрйруощих флайдов - . -: .смегнят деформации растяжения, после чего; — истечвничем газ6в изнори трещин npii нагнетгают в пор6дыокр6пляющие растворы - м юювх, т.е, а4гЭзацие®а кальнйго Уча- В частоте:нагньтаниЯ -Ратбачих РаствоРовь, стка-массиеа йород . .,.:::, ; ЗΠ— 2, Способ по,п,. 1..о тали.ч аю щи и с я . в эюь ь "ьче ::::- "- . - "::ьч ю чтгч ь

Йрвимуар лаеспособсостоятетом.что " ровоздейстайя а диапазоне: 60 -1500 Гцт в .:. размещающие амбрбивтомаивв ао аредлага- ":совокупности с нагнвтланивм ЙАВ в прикон; ., емому способу нозаолаот асущвстейть: 35 турйые горные породе:производят в тече- -. !. сввсти к минимуму:риск гОрн©го двв- - . ние влрвмани.,::при которая навпряжейияу а,- . ления . .:. "::" -:.:: ".. : .: горнбм массиве нб сйизятся до велйчинй,, 2. вогзбуждаь упругие колебаньия в вы- равной 63:-4,6 от разрушающих. бранномдиапазоНечастотилзакачатьвтмагс . : 3. СпОсобпо пь1. @тли ча юг щ и йС я, сив УпРУгУЮ энЕРгюо, пРевышаКнцУ о 40 тем, что, с цеаао Снижвниьл пРчочнйости гОРн-,. прочнаеть пород на разрыв и управлять со- .:ных пород, технологический раствор-H8t.р6 стояниемисвойстаамипорода массиве -: ваютдо80 С. 3.повыситьгидро-иазроднйамгические - . 4, Способ по и, 1, отличйю щни йся - . связи маевивэ и Bf0 проницаемость и" сйи-: . тем, что; с. Целью увеличейия гидро- и аэрозить энергуоемкость процесса ... ::: 46 динамических свойств горного массива, в

4. повысить безремонтный срок служ- . - раствор добавляют 1-2® расклинивающих бы горных выработок и других инженерных .:.агентов с размерами 0;t-0,9 мм и плогночсо©ружений,:::;-::.::.::.::: ;: - ..:.: ::: стью 2,8-4,6 г/см .;. Испмьаоаэние заавляелмогго способа 8. Способ по ri.1,ото и:ча о щи йс я позгвочлит значительно снизить объемы бу- 50 тем, что.в качестве расклтинивающих агенробмх:им йроходческих работ. повысить срок тов используют сажу или кварцевый песок.

4лужВы горнйх выработок и снизить уро-. ":.: . 6. Способ rio и, 1, о т л и ч а ю щ и и с ¹

; .вень травматизм не горнодобывающих под-::.: тем,что, с целью-сних<етниуя прочности пород земнЫхч nPegingae йО сРавнению с. ": пРи их РазУпРкочнении, возбУжДают в гаРимеющимися клавснчвскигаигспасгобами нв- 66 ном массиве колебания на частоте собст, гнеьтания и.ййьектйромнуияь "скрепляющтих .. венных колебаний горнога массива и

- растворов в горййе порноды." ::: -::::-, :, воздействуют на массив в резонансном ре-

Формуле изобретения : .:. жиме.- . 1.. Способ инжектимрчовантигя скрептлягю- 7. Способ rio п, 4, отличающийся акийнхгграбтворооа ьв торные породы, включаЮ- тем, что, о целью увеличения проницаемоа l ..." . . г к

1812316

Составитель В. Бакулий

Техред М.Моргентал

Корректор M. Керецман

Редактор С. Кулакова

Заказ 1564 Тираж . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета rio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

9 сти горного массива, определяют скорость 8. Способ по и. 1. отличающийся миграции в нем флюидов, нагнетают в на- тем, что измеряют скорости распространеправлении простирания микро- и макротре- ния упругих волн до, во время и после вибщин нагретые растворы, и воздействуя ровоздействия и по их изменению судят о у(1ругими колебаниями в диапазоне 60- 5 достигнутом эффекте.

1500 Гц, возбуждают в массиве эффекты кавитации.