Спосіб запобігання провалоутворенням над старими гірничими виробками

Спосіб запобігання провалоутворенням над старими гірничими виробками, що включає буріння свердловин і нагнітання скріплювальних реагентів, який відрізняється тим, що бурять групу свердловин в підробленому ущільненому породному масиві, що залягає над старими гірничими виробками, не доходячи до їх покрівлі, в свердловини під тиском, починаючи з нижніх горизонтів до верхніх, нагнітають спочатку в породи карбону скріплювальний реагент СКАТ, а потім в глинисті пливунні відклади нагнітають скріплювальний реагент - 20 %-ний розчин сульфату алюмінію. (19) (21) u201104993 (22) 20.04.2011 (24) 25.11.2011 (46) 25.11.2011, Бюл.№ 22, 2011 р. (72) ФЕОФАНОВ АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, ПАЩЕНКО ОЛЕКСІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ЯЩЕРЕНКО ОЛЬГА ГЕННАДІЇВНА (73) УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВОДОСЛІДНИЙ ТА ПРОЕКТНОКОНСТРУКТОРСЬКИЙ ІНСТИТУТ ГІРНИЧОЇ ГЕОЛОГІЇ, ГЕОМЕХАНІКИ ТА МАРКШЕЙДЕРСЬКОЇ СПРАВИ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 ням над старими гірничими виробками, в якому за рахунок буріння групи свердловин в підробленому ущільненому породному масиві, що залягає над старими гірничими виробками, не доходячи до їх покрівлі, нагнітання в свердловини під тиском, починаючи з нижніх горизонтів до верхніх, спочатку в породи карбону скріплювального реагенту СКАТ, а потім в глинисті пливунні відклади скріплювального реагенту - 20 %-ного розчину сульфату алюмінію, досягається технічний результат - зміцнення всього масиву, схильного до провалоутворення, а саме: у породах карбону утворюється потужний монолітний шар, перешкоджаючий обваленню порід в пустоти, а в наносах відбувається коагуляція глинистих пливунних відкладів і збільшення їх міцності. Поставлена задача вирішується тим, що в способі запобігання провалоутворенням над старими гірничими виробками, що включає буріння свердловин і нагнітання скріплювальних реагентів, згідно з корисною моделлю, бурять групу свердловин в підробленому ущільненому породному масиві, що залягає над старими гірничими виробками, не доходячи до їх покрівлі, в свердловини під тиском, починаючи з нижніх горизонтів до верхніх, нагнітають спочатку в породи карбону скріплювальний реагент СКАТ, а потім в глинисті пливунні відклади скріплювальний реагент - 20 %-ний розчин сульфату алюмінію. Спосіб здійснюють таким чином. На ділянці 1 із старими гірничими виробками і пустотами 2 по пласту 3 бурять групу свердловин 4, не доходячи до їх покрівлі (креслення). У свердловини під тиском нагнітають скріплювальну суміш СКАТ [3]. Технологія отримання і нагнітання суміші полягає в такому: у двох окремих ємностях зберігаються карбамідна смола і затвердник - ангідрид. Два компоненти за допомогою насосів перекачують окремо і лише перед нагнітанням в свердловину вони змішуються у співвідношенні: карбамідна смола 85-95 %, ізометилтетрагідрофталієвий ангідрид 5-15 %. Нагнітання проводять з нижніх горизонтів до верхніх, поступово заповнюючи тріщини і створюючи, таким чином, монолітний скріплювальний масив 5 в карбоновій товщі І. Потім в четвертинних відкладах ІІ, ускладнених глинистими пливунами 6, здійснюють буріння свердловин на всю їхню потужність з метою одержання достовірної інформації про розміри пливунного тіла. У свердловини, що підсікли пливун, нагнітають з нижніх горизонтів до верхніх скріплювальний реагент, що є 20 %-ним розчином сульфату алюмінію Al2(SO4)3. Кількість необхідного реагента пропорційна об'єму глинистого пливуна і визначається за формулою [4]: V    k  100 % m W0 , де V - об'єм пливунного тіла; 3  - густина, кг/м ; k - коефіцієнт адсорбції скріплювального реагента; W0 - вологість глини. 65009 4 В обробленому в такий спосіб пливуні відбувається зміна фізико-механічних властивостей вмісту глини з подальшим її зміцненням. На відміну від традиційних способів пропонований спосіб запобігання провалоутворенням над старими гірничими виробками володіє такими позитивними особливостями: 1. Ліквідуються не пустоти, істинні розміри яких в більшості своїй невідомі, і це призводить до перевитрати тампонажного матеріалу, а зміцнюється весь масив, що залягає над пустотами, як породний (карбонові відклади), так і наноси (четвертинні відклади). Сформований таким чином міцний монолітний масив створює перешкоду для розвитку куполу обвалення над пустотами, що збереглися. 2. Пропонована до застосування скріплювальна суміш СКАТ має підвищену адгезію, що дозволяє якісно заповнювати пори і тріщини ущільненого вивітрілого породного масиву, а також багаторазово збільшує його міцність. Для порівняння: міцність на стиснення порід приповерхневої зони коливається в межах 4-30 МПа залежно від літології, ступеня вивітрілості і глибини, а оброблених СКАТом через п'ять діб доходить до 64 МПа [3]. Переважання у складі суміші складних ефірів і незначний вміст метиленефірних зв'язків, при розкладанні яких відбувається виділення формальдегіду, обумовлює низьку токсичність матеріалу й є одним з елементів зниження його усадки. 3. Скріплення пливунних глинистих наносних відкладів шляхом їх фізико-хімічної обробки розчином сульфату алюмінію є дешевим і ефективним способом. За рахунок іонного обміну одновалентних катіонів калію або натрію, що містяться в глинистих мінералах, на тривалентні катіони алюмінію відбувається коагуляція глини, зменшення ступеня її розмокання у воді і збільшення міцності. Так, при використовуванні 20 %-ного розчину Al2(SO4)3 міцність обробленої глини в порівнянні з необробленою зростає майже в 2,5 рази. Оброблене таким чином пливунне тіло втрачає свою небезпеку як з погляду прориву його в гірничі виробки з утворенням на земній поверхні провалів великих розмірів, так і з погляду стійкості насипних ґрунтів, що вміщають фундаменти поверхневих споруд. Актуальність пропонованого способу очевидна в сучасних умовах видобутку вугілля дрібними приватними шахтами, коли до розробки залучаються запаси, зосереджені на виходах вугільних пластів під наноси і запобіжні цілики під поверхневі об'єкти. Джерела інформації: 1. Феофанов А.Н. Ликвидация пустот старых горных выработок тампонированием / А.Н. Феофанов // Наук. пр. УкрНДМІ НАН України: зб. наук. пр. - Донецьк, 2009. - № 4. - С. 50-60. 2. Патент на корисну модель 45742, МПК E02D 31/00. Спосіб стабілізації породного масиву над старими гірничими виробками / А.М. Феофанов Заявка № u200905542; заявлено 01.06.2009. Опубл. 25.11.2009. - Бюл. № 22. - С. 1-6. 3. Патент на корисну модель 24549, МПК E21D 21/00. Суміш для зміцнення гірських порід / О.В. 5 Пащенко, Г.П. Стариков, В.О. Канін та ін. Заявка № 97084312; заявлено 21.07.1998. Опубл. 30.10.1998. - Бюл. № 5. - С. 1-6. 4. Патент на корисну модель 13982, МПК E02D 29/02, E02D 17/20. Спосіб зміцнення зсувонебез Комп’ютерна верстка Л. Купенко 65009 6 печних схилів, що містять глинисті мінерали / А.В. Анциферов, В.О. Канін, О.О. Пащенко, О.В. Пащенко. Заявка № u200511311; заявлено 29.11.2005. Опубл. 17.04.2006. - Бюл. № 4. – С. 1-8. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601