Спосіб створення протифільтраційних завіс

Изобретение относится к области горной технологии гидротехники и может быть использовано при выщелачивании полезных ископаемых, а также для устранения фильтрации из хвостохранилищ и искусственных водоемов. Известен способ формирования противофильтрационных завес при добыче полезных ископаемых подземным выщелачиванием путем инъектирования цементационного раствора в пробуренные скважины послойно от границ к центру противофильтрационной завесы. [Авт. ев, № 1339237, кл. Е 21 В 43/28. 23.09.87]. Однако этот способ не обеспечивает заполнения цементационным раствором всего трещинного пространства участка массива, занятого фильтрационной завесой и не обеспечивает достаточных эффективности экранирования и качества противофильтрационных завес. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ повышения проницаемости горных пород, включающий бурение скважин по контуру участка массива, заполнение скважин жидкостью и воздействие на пласт ударными волнами [Авт. св. СССР № 1240112, кл. Е 21 В 43/25, 25.08.83]. Недостатком способа по прототипу при применении его для формирования противофильтрационных завес является отсутствие дифференцированного подхода к заполнению раствором трещинного пространства противофильтрационной завесы, что не обеспечивает достаточных эффективности экранирования и качества противофильтрационных завес. Задачей изобретения является увеличение эффективности экранирования и повышения качества противофильтрационных завес. Это достигается за счет дифференцированного подхода к заполнению экранирующей смесью взаимосвязанной системы трещин различного раскрытия-, предварительно созданной в заданном участке массива воздействием ударных волн. Это обеспечивает заполнение экранирующей смесью практически всего трещинного пространства заданного участка массива и приводит к повышению качества противофильтрационной завесы. Техническая эффективность от реализации изобретения заключается в создании на больших расстояниях от скважины с помощью волновых полей сетки взаимосвязанных трещин и пор и последующее их заполнение экранирующей смесью (кольмотантом) направленными волновыми полями на заданные расстояния от скважины. Потребительская эффективность от реализации изобретения заключается в создании объемных противофильтрационных завес заданных размеров и форм и на заданных глубинах, обеспечивающих решение практически любых задач экологии, землепользования, добычи полезных ископаемых, строительства. Поставленная задача решается за счет того, что способ создания противофильтрационных завес, включает бурение скважин по контуру изолируемого участка массива, заполнение скважин жидкостью и воздействие на пласт ударными волнами. Согласно изобретению, после создания в массиве сети взаимосвязанных трещин в скважины вводят раствор экранирующего заполнителя (кольмотанта), причем концентрацию заполнителя увеличивают с 1 до 75% по мере уменьшения проницаемости массива. На чертеже показаны план бурения скважин и схема формирования противофильтрационной завесы. По контуру изолируемого блока бурят скважины 1, через которые производят обработку массива ударными волнами и закачку экранирующего заполнителя. Способ осуществляют следующим образом. Скважины 1 заполняют жидкостью и с помощью воздействия на массив ударными волнами, генерируемыми на поверхности и передаваемыми на интервал противофильтрационной завесы через столб жидкости в скважине (волны направляются в заданный участок массива с помощью специального отражателя), добиваются надежной гидродинамической связи между скважинами. Затем, не прекращая генерировать ударные волны, начинают закачивать в скважины раствор экранирующего заполнителя, меняя его концентрацию от 1 до 75%. Наложение ударных волн при закачке заполнителя способствует более эффективному его проникновению в трещины и поры массива. Общее количество заполнителя, закачиваемого в одну скважину, рассчитывают исходя из расстояния между скважинами, мощности противофильтрационной завесы и эффективной пористости пород. Объем заполнителя может быть оценен зависимостью: где R - радиус противофильтрационной завесы, создаваемой с одной скважины, R=0,5/n, 74 (см. черт.) м; Н - мощность противофильтрационной завесы, м; n - эффективная пористость породы, доли ед. Для оценки распределения экранирующего заполнителя по концентрациям пользуются известной зависимостью течения жидкости вязкостью m в трещине раскрытием e: где g - расход жидкости на единицу протяженности трещины; e- раскрытие трещины; m- вязкость, жидкости; grad P - градиент давления. Таким образом, если вязкость 1 % экранирующего раствора практически равна вязкости воды и этот раствор может заполнять трещины, раскрытие которых сравнимо с крупностью частиц экранирующего заполнителя, то для закупорки более крупных трещин необходимо увеличение вязкости раствора, причем, как видно из зависимости (2), движение раствора по трещине прямо пропорционально третьей степени раскрытия трещины и обратно пропорционально первой степени вязкости. Поэтому увеличение вязкости раствора на порядок обеспечивает заполнение трещин раскрытием больше лишь в 2,15 раза. После закачки экранирующего заполнителя во все скважины, оконтуривающие изолируемый блок, и затвердения заполнителя производят проверку противофильтрационной завесы гидрогеологическими исследованиями. Затем начинают эксплуатацию участка массива. Заявленный способ реализуют следующим образом. Противофмльтрационную завесу создают в магнитах для добычи марганца методом подземного выщелачивания. Общая пористость манганитов составляет 7%, эффективная пористость - 2%. Распределение трещин и пор приведено в таблице. Мощность марганцевого пласта - 1,2 м, мощность противофильтрационной завесы - 2,0 м. Скважины 1 бурят по контуру изолируемого блока на расстоянии L=20 м (см. черт.). На зону противофильтрационной завесы воздействуют ударными волнами. После воздействия на пласт эффективная пористость достигает 4% на расстоянии до 12 м. Проведя комплекс гидрогеологических исследований и убедившись в наличии устойчивой гидродинамической связи между скважинами, в скважины закачивают раствор экранирующего заполнителя (кольмотанта), например, мелкодисперсной глины. Объем заполнителя, закачанного в одну скважину, рассчитывают по зависимости (1): V=3,14*12 2 * 2.0*0,04=36,2 м3. Начинают закачку раствора заполнителя концентрации 1%, вязкость которого практически равна вязкости воды (10-3* Н с/м2). Объем закачки в одну скважину V1=36.2 * 0,21=7,6 м-3. Этим раствором заполняют трещины и поры раскрытием до 0,3 мм. Затем закачивают 6,9 м3 раствора вязкостью 10-2Н * с/м2,5,4 м3 раствора вязкостью 10-1 Н * с/м2, 4,0 м3 раствора вязкостью 10°Н *с/м2 и 2,5 м3 раствора вязкостью 101Н *с/м2. Ствол скважины заполняют экранирующей смесью концентрации 75%. Применение заявленного способа позволяет достичь практически полного заполнения трещинного и порового пространства экранирующей смесью, что приводит к повышению качества противофильтрационных завес. Воздействие на экранирующую смесь ударными волнами в процесс закачки ее в пласт способствует более эффективному заполнению трещин и пор и волновому транспортированию экранирующего раствора на заданные расстояния от скважины.