Спосіб укріплення та водоізолювання нестійких порід навколо гирла ствола

союз СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (51)4 Е 21 D П / 3 8 . М/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО-ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4165983/22-03 (22) 23.12.86 (46) 1 5 . 1 0 . 8 8 . Бюл, № 38 (71) Специализированное производственное геологическое объединение по тампонажним и геологоразведочным р а ботам (72) Э.Я.Кипко, Ю.А.Полозов, Ю.М.Спичак, И.В.Попов, А.В.Попов, П.Н.Должиков, А.Э.Кипко и С.М.Плешкоэ (53) 622.284.9(088,8) (56) Трупак Н.Г. Справочник по сооружению шахтных стволов специальными способами. М.: Недра, 1980, с . 190195. Жиикин Г.Н. и д р . Электрохимическая обработка глинистых грунтов в о с нованиях сооружений, М,: Стройиздат, 1980, с . 26-27. (54) СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ И ВОДОИЗОЛЯЦИИ НЕУСТОЙЧИВЫХ ПОРОД ВОКРУГ УСТЬЯ СТВОЛА (5>7) Изобретение относится к горному делу и м . б . использовано для с о з д а ния водоизоляционных з а в е с в н е у с т о й чивых песчано-глинистых породах при с т р о и т е л ь с т в е шахтных с т в о л о в и д р у гих горных выработок. Цель - повышение к а ч е с т в а укрепления, в о д о и з о л я ции и увеличение толщины з а к р е п л е н н о го м а с с и в а . В неустойчивых породах вокруг у с т ь я ствола по к о н ц е н т р и ч е с ким окружностям бурят вертикальные скважины. В скважинах устанавливают электроды-инъекторы с чередованием анодов и к а т о д о в . Одновременно на электроды подают постоянный ток п л о т ностью 1 2 , 0 - 1 5 , 0 А / м 2 , а в горный массив - раствор э л е к т р о л и т а . По и с течении 1/3 общего времени подачи н а пряжения подачу электролита п р е к р а щают. Формирование завесы осуществляют последовательно в направлении от оси с т в о л а отдельными участками в пределах каждой окружности злектр д о в . Моделирование процессов у к р е п ления и водоизоляции глинистых пород осуществляют на образцах ненарушенной структуры со следующими х а р а к т е ристиками: коэффициент фильтрации 2 10" м / с ; сцепление 0,4 к г / с м 2 ; угол внутрен^е-его трения 16 6 и л . , 3 табл» 1 з . п . ф-лы, со 1 1430539 Изобретение относится к горному делу, в частности к области укрепления и водоизоляции горных пород способом электрохимической обработки и может быть использовано для с о з д а ния водоизоляционных завес в неустойчивых песчано-глинистых породах при строительстве шахтных стволов и других горных выработок. Ю Целью изобретения является повышение качества укрепления и водоизоляции, увеличение толщины закрепленного массива. На фиг. 1 представлена схема р а с - 15 положения электродов - инъекторов вокруг устья ствола; на фиг, 2 схема коммутации электродов и р а с п о ложение участка скважин; на фкг. 3 графики зависимости от времени удель-20 ного электрического сопротивления массива и расхода электролита; на фиг. 4-6 - схемы участков электродов. Способ осуществляют в следующей последовательности. 25 В неустойчивых породах вокруг у с тья ствола по концентрическим окружностям бурят вертикальные скважины 1. Скважины обсаживают обсадными перфорированными трубами. Участок элек-^л тродов 3 коммутируют с чередованием анодов и катодов (число одновременно обрабатываемых скважин определяют в зависимости от мощности источника 2 тока и задаваемого режима обработки). Одновременно подают на э л е к т - 35 роды-инъекторы электрический ток плотностью 12,0-15,0 А/м2 и раствор э л е к тролита. По истечении 1/3 проектного времени подачу электролита прекращают до (общее время электрохимической обработки определяют расчетным методом). 0,4 к г / с м 2 , угол внутреннего трения 16°. Выполненные эксперименты показали, что процесс электрохимической обработки неустойчивых пород развивается в три стадии (фиг. 3, кривая 4) , Н а иболее наглядно это видно по изменению удельного электрического сопротивления пород: насыщение раствором электролита горного массива; г е л е о б разование и зарождение центров кристаллизации; усиленная агрегация глинистых частиц. Установлено, что основное поглощение раствора электролита происходит в первой стадии ( ф и г . З , кривая 5 ) . Дальнейшая инъекция раствора в породу к положительным результатам не приводит. Сопоставление длительности первой стадии по отношению к общему времени обработки пород приведено в табл. 1. Качество водоизоляции и укрепления' неустойчивых пород контролировали по снижению коэффициента фильтрации и улучшению их сдвиговых свойств. Р е зультаты исследований представлены в табл. 2. Таким образом, наилучший режим обработки пород соответствует плотности тока 12,0-15,0 А/м2 при инъекции раствора электролита в течение 1/3 общего времени пропускания электрического тока. Далее исследовали оптимальную с х е му включения электродов при плотности тока 12,0-15,0 А/м 2 . Эксперименты проводили по трем схемам (фиг. А-6).При работе по схеме 1 вначале водоизоляцню и укрепление осуществляли раздельно во времени по одной линии э л е к т р о дов, затем во второй и т р е т ь е й . По Технологические параметры электросхемам 2 и 3 обработку выполняли одхимической обработки•неустойчивых пород и оптимальная схема включения 45 новременно для всех электродов. Длина участка электродов по схеме 1 моэлектродов выбраны по наилучшим р е жет быть увеличена более чем в три зультатам серии лабораторных э к с п е р а з а . При этом потребляемые мощности риментов. Вначале экспериментальным по всем схемам примерно равны. Резуль'путем устанавливали оптимальную плотность тока, затем определяли время е« таты водоизоляции и укрепления г л и нистых пород представлены в т а б л . 3 . , , инъекции электролита в массиве, п о с ле чего определяли наиболее эффективную схему включения электродов и форТаким образом, наилучшие р е з у л ь т а мирования завесы. Моделирование проты дает схема 1, что объясняется о т цессов укрепления и водоизоляции гли- с сутствием взаимовлияния одноименных нистых пород осуществляли на образэлектродов. Обработанные образцы храцах ненарушенной структуры со следуюнили в водной среде 30 сут, после ' щими характеристиками: коэффициент чего исследовали их фильтрационные и т фильтрации 2-10~ м/с, сцепление сдвиговые свойства.'Установлено, что 4 1430539 величина сцепления глинистых пород ч а ю щ и й с я тем, ч т о , с целью повышения качества укрепления, в о черет 30 сут после обработки увелидоизоляции и увеличения толщины з а чивается в 1,5-1,8 р а з а , что свидекрепленного массива, электроды р а с тельствует о необратимости структурополагают по концентрическим окружобразовательных процессов. ностям вокруг ствола, а формироваФ о р м у л а и з о б р е т е н и я ние завесы осуществляют последовательно в направлении от оси ствопа 1. Способ укрепления и водоизоля- 10 отдельными участками в пределах каждой окружности электродов при оптиции неустойчивых пород вокруг устья мальной плотности тока 12-15 А / м 2 . ствола, включающий бурение скважин в горной породе, установку в них электродов-инъекторов с чередованием 2 . Способ по п . 1, о т л и анодов и катодов, подачу на электро- 15 ч а ю щ и й с я тем, что раствор ды напряжения постоянного тока с одэлектролита в горный массив вводят новременной инъекцией в горный масв течение одной трети общего времени сив раствора электролита, о т л и подачи напряжения, Т а б л и ц а 1 і. [ZILIITZIZI Эксперимент, № 1 Длительность п е р вой стадии, ч 75 70 65 60 60 55 50 40 Общее время обработки, ч 232 215 200 180 180 170 150 120 Т а б л и ц а Плотность тока, А/м2 Уменьшение Увеличение коэффици- сцепления, ента фильт- с / с 01С ОН рации, 2 Увеличение угла внутрен него трения 1 1.5 1,5 1,2 5 3 3 1,25 10 5 4 М 12 8 6 1,6 13 10 fi 14 8 6 1,7 15 8 5 1,7 16 6 4,5 П. 20 • 3 3 1,5 r 1, 1430539 Таблица Схема уча- Увеличение стка элек- сцепления, тродов 0oJCDU Уменьшение коэффициента фильтрации, к J к *к/ Фч 1 5-6 10-12 2 2-3 5-6 3 \\\ 2-3 • 3-4 \\\ •л а." фиг. і 3 1430539 (риє. 2 80 і і •s І 70 60 SO ио зо 70 10 О 20 UO 60 80100 Зремя Фиг.Ъ 120 ПО 160 180 200 oSpctSomtfu f/ac 1430539 о о о о о о о о