Спосіб водоізоляції та зміцнення обводнених тектонічних порушень при спорудженні гірничих виробок

1 Спосіб водоізоляцм та зміцнення тектонічних порушень при спорудженні гірничих виробок, який відрізняється тим, що в тектонічне порушення попередньо помпують через тампонажні свердловини склад зміцнювальний до досягнення тиску, який розраховують з рівняння [2P m t ]*R-r,вир, Ру - тиск помпування складу зміцнювального на усті тампонажної свердловини, МПа 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що як склад зміцнювальний використовують бентонітоцементний склад, % маси глина бентонітова 4-5 цемент 30-35 силікат натрію 1-1,5 вода 65-58,5 4 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що об'єм бентонітоцементного складу, який помпують через тампонажні свердловини в тектонічне порушення, розраховують з рівняння z v = '-П d * R f * T r 4Tnz-d' iPp-Pbf mT 13/2 9 c o s 4 де Ру - тиск помпування складу зміцнювального на усті тампонажної свердловини, МПа, Pmt - допустима МІЦНІСТЬ складу зміцнювального, МПа, R- радіус тампонажної завіси, створюваної навколо гірничої виробки, м, Г и - радіус гірничої виробки, м, вр d - середня величина розкриття водоносних тріщин, м, S(ti) - усадка нестійких порід порушення при його зміцненні, м, Рк - гідростатичний тиск підземних вод, МПа 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що склад зміцнювальний помпують в порушення в режимі просочення з витратою, яку розраховують 3 рівняння Q=K*M*Py де Q витрата помпування складу зміцнювального, л/с, К - коефіцієнт фільтрації порід тектонічного порушення, см/с, М - протяжність зони тектонічного порушення по осі гірничої виробки, м, де V - об'єм бентоніто цементи о го складу, помпованого в тектонічне порушення, м3, То - динамічне напруження зсуву бентонітоцементного складу, МПа, mt -тріщинувата порожнина, %, 3 Рр - ЩІЛЬНІСТЬ бентоніто цементного складу, кг/м , Рв - ЩІЛЬНІСТЬ води, кг/м3, g - прискорення вільного падіння, м/с2, а н - кут падіння водоносних тріщин 5 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що час стабілізації нестійких порід тектонічного порушен Винахід належить до галузі гірничої справи і стосується водоізоляцм та зміцнення тектонічних порушень при спорудженні гірничих виробіток різного призначення ня під ІН'ЄКЦІЙНИМ ТИСКОМ розраховують з рівняння t = Т + 2000І l де t - час стабілізації нестійких порід тектонічного порушення під розрахованим тиском, с, Т - час помпування розрахованого об'єму бентонітоцементного складу в тектонічне порушення, с, Су коефіцієнт консолідації нестійких порід тектонічного порушення о со о> 00 ю 58930 ВІДОМІ традиційні способи цементації, силікатизації, смолізацм та ХІМІЧНОГО зміцнення обводнених тектонічних порушень при спорудженні гірничих виробіток [1] Ці способи передбачають ІН'ЄКЦІЮ В тектонічні порушення різних тампонажних сумішей за допомогою спеціальних улаштувань і технологій через систему свердловин Основними критеріями для вибору оптимального способу водоізоляцм та зміцнення обводнених тектонічних порушень є протифільтраційна та міцностна здатність цих способів та технологічні і конструктивні вимоги до них Найбільш близьким до передбачуваного винаходу є "Спосіб зміцнення тектонічних порушень" за АС №1192453 при спорудженні тунелів (прототип) [2], що полягає у зміцненні тектонічного обводненого порушення шляхом помпування глиноцементної суміші в тріщинуваті породи порушення та одночасного двостороннього обтиску нестійких порід у центрі порушення надлишковим ІН'ЄКЦІЙНИМ тисненням Помпування глиноцементної суміші впроваджують через горизонтальні свердловини, обсаджені трубами, перфорованими в інтервалах тріщинуватих порід Приведений спосіб призначений для зміцнення тектонічних порушень з протяжністю зони обводнених нестійких порід у центрі порушення до 6м Недоліки цього засобу полягають в його високій трудомісткості та в практичній можливості зміцнювати за його допомогою обводнені тектонічні порушення тільки обмежених розмірів по осі гірничих виробіток Промислові дослідження, вироблені СТОВ АПЛЮС ЛТД з 2000 по 2002 роки в Тайвані при попередній водоізоляцм і зміцненні тектонічних порушень в процесі прохідки вертикальних стовбурів і горизонтальних тунелів [3] виявили, що найбільш технологічним складом для попередньої водоізоляцм та зміцнення обводнених тектонічних порушень при спорудженні гірничих виробіток різного призначення є "Склад зміцнювальний" за заявкою на патент № 2002043208 від -18 05 02 [4], включаючий в мас % глина бентонітова 4-5 цемент 30-35 силікат натрію 1-1,5 вода інше Цей бентонітоцементний склад призначений для водоізоляцм та зміцнення обводнених тектонічних порушень і помпується в порушення через 4-6 тампонажних свердловин з розрахованим тиском і витратою Бентонітоцементний склад має ЩІЛЬНІСТЬ 1340кг/м3 коефіцієнт його фільтрації 7*107см/с, МІЦНІСТЬ на стиск досягає 4,0МПа через 7діб При проведені вибухових робіт в процесі спорудження вертикальних стовбурів і горизонтальних тунелів через попередньо затампоновані тектонічні порушення, бентонітоцементний склад не порушує своєї структури та не розтріскується В основу винаходу поставлене завдання поліпшити прототип шляхом забезпечення водоізоляцм та зміцнення обводнених тектонічних порушень, з протяжністю зон нестійких порід більшою ніж 30м, твердіючим бентонітоцементним складом, помпуємим в порушення в режимі просочення з проектною витратою до досягнення розрахованого тиску, залишаємого на усті кожної тампонажної свердловини на протязі проектного часу для стабілізації нестійких порід порушення під досягнутим тиском Запропонований спосіб водоізоляцм та зміцнення обводнених тектонічних порушень при спорудженні гірничих виробіток здійснюють таким чином Спочатку біля стовбура або горизонтальної виробітки бурять розвідувальну свердловину на всю глибину тектонічного порушення з відбором керну та впроваджують в ній гідродинамічні дослідження для визначення фільтраційних і міцностних властивостей тріщинуватих і нестійких порід порушення На основі отриманої інформації розраховують 1 - величину тиску, до досягнення якої помпують бентонітоцементний склад в тектонічне порушення, з рівняння (1), [5] d+ де Ру - тиск помпування бентонітоцементного складу на усті тампонажної свердловини, МПа, Pmt - допустима МІЦНІСТЬ бентоніто цементного складу, МПа, R - радіус тампонажної завіси, створюємої навколо гірничої виробітки, м, Г и - радіус гірничої виробітки, м, вр d - середня величина розкриття водоносних тріщин, м, S(ti) - усадка нестійких порід порушення при його тампонуванні, м, Рк - гідростатичний тиск підземних вод, Мпа 2 - величину витрати, з якою треба помпувати бентонітоцементний склад в тектонічне порушення, з рівняння (2) (2) Q=K* де Q витрати помпування бентонітоцементного складу в тектонічне порушення, л/с, К - коефіцієнт фільтрації порід тектонічного порушення, см/с, М - протяжність зони тектонічного порушення по осі гірничої виробітки, м Останні позначення такі ж, як в рівнянні (1) З - обсяг помпування бентоніто цементного складу в тектонічне порушення, з рівняння (3), [5] v= 4Т; /2 де V - обсяг бентоніто цементного складу, помпуємого в тектонічне порушення, м3, То - динамічне напруження зсуву бентонітоцементного складу, МПа, гпт-тріщинувата порожність, %, Рр - ЩІЛЬНІСТЬ бентоніто цементного складу, кг/м3, Рь - ЩІЛЬНІСТЬ води, кг/м3, g - прискорення вільного падіння, м/с2, а н - кут падіння водоносних тріщин Останні позначення такі ж, як в рівнянні (1) і (2) 4 - час стабілізації нестійких порід тектонічного порушення під ІН'ЄКЦІЙНИМ ТИСКОМ З рівняння (4), [5] 58930 t = T + 2000 (4) C де t - час стабілізації нестійких порід тектонічного порушення під розрахованим тиском, с, Т - час помпування розрахованого обсягу бентонітоцементного складу в тектонічне порушення, с, Cv - коефіцієнт консолідації нестійких порід тектонічного порушення Останні позначення такі ж, як в рівнянні (2) Далі розвідувальну свердловину спрямовують як тампонажну і помпують через неї в тектонічне порушення проектний обсяг бентонітоцементного складу з розрахованою витратою до досягнення заданого тиску з подальшою стабілізацією нестійких порід порушення під тим тиском Потім навколо стовбура або горизонтальної виробітки послідовно бурять останні 3-5 тампонажних свердловин, через котрі виконують ВОДОІЗОЛЯЦІЮ та зміцнення обводненого тектонічного порушення у вище перерахованій ПОСЛІДОВНОСТІ ПІСЛЯ завер шення ІН'ЄКЦІЙНИХ робіт починають прохідку гірничої виробітки через за тампоноване порушення Спосіб водоізоляцм та зміцнення обводнених тектонічних порушень при спорудженні гірничих виробіток, що пропонується, відрізняється від прототипу тим, що з метою забезпечення безпечної прохідки гірничих виробіток різного призначення через обводнені тектонічні порушення пропонуєть Комп'ютерна верстка Н Лисенко ся попереднє поліпшення його протифільтраційних і міцностних властивостей шляхом помпування проектного обсягу бе нто ніто цементного складу з розрахованою витратою в порушення до досягнення заданого тиску з подальшою стабілізацією порушення під цим тиском Порівняння нового способу, що заявляється, з прототипом дозволило встановити ВІДПОВІДНІСТЬ його критерію "новизна" При вивченні інших відомих способів у даній галузі ознаки, що відрізняють винахід, який заявляється, від прототипу, не були виявлені і тому вони забезпечують новому способові, що заявляється, ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "ІСТОТНІ ВІДМІНИ" Джерела інформації 1 Тампонаж обводнених гірничих порід Довідковий посібник/ Е Я Кіпко та ш -М Недра, 1989 2 АС №1192453 Спосіб зміцнення тектонічних порушень Е Я Кіпко, Ю А Полозов, Ю М Спичак та ш Неопубл 3 Звіт "Попереднє створення глиноцементних бар'єрів навколо вертикальних стовбурів і підземних виробіток автодорожнього Пін ЛІН тунелю в Тайвані" СТОВ А-ПЛЮС ЛТД, Антрацит, 2002 4 Заявка №2002043208 від 18 05 02 Склад зміцнювальний Ю М Спичак 5 Спичак Ю М Методика розрахування процесу тампонування обводнених порід при проходці горизонтальних виробіток Шахтне будівництво, 1988, №8 Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна