Способ гидравлического оттаивания горных пород

ДръО П И С А Н И Е 1111730974ИЗОБРЕТЕНИЯ Се 1 ез Советских Социалистических Республикс присоединением заявки Государственнын комите(43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень Ъо 1 (45) Дата опубликования описания 30,04.81 СССР по делам изобретений и открытий,Г,Голрдена Лудовогоим дтман и В. Ю, Казаковнина, ордена Октябрьсрасного Знамени горньГ, В. Плеханова и Революцииинститут(54) СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ОТТАИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОДей мерзлой зоно" мо ность талог Изобретение относится к способам искусственного оттаивания вечномерзлых крупнообломочных горных пород в горном деле и строительстве и может быть использовано при разработке россыпных месторождений, сложенных крупнообломочными льдонасыщенными горными породами.Известен способ гидравлического оттаивания, основанный на питании и дренировании при помощи канав горизонтального 1 О фильтрационного потока воды со свободным уровнем в талом слое, находящемся между дневной поверхностью и мерзлой зоной. Фильтрацию начинают после естественного сезонного оттаивания на глубину 15 1,5 м. Продольный уклон и скорость фильтрации зависят от рельефа дневной поверхности и глубины граничной поверхности с мерзлой зоной 1.Наиболее близким к предлагаемому спо собу по технической сущности и достигаемому результату является способ гидравлического фильтрационно-дренажного оттаивания, основанный на бурении и оборудовании трубами питающих и дренажных 25 скважин, между которыми после начала естественного сезонного оттаивания поддерживают горизонтальный фильтрационный поток воды. По мере теплоотдачи фильтрационного потока у граничной по верхности с нижележащ и, где породы оттаивают, щ о слоя увеличивается 21.Недостатком известного способа является то, что фильтрационный поток отдает тепло в процессе оттаивания только через одну свою (нижнюю) граничную поверхность, что затрудняет достижение большой скорости и глубины оттаивания. Оттаивание не может быть начато плн продолжено в зимних условиях из-за высоких энергозатрат на компенсацию потерь тепла в атмосферу.Целью изобретения является увеличение скорости и глубины оттаивания, снижение энергозатрат, возможность начать фильтра цию в зимних условиях.Это достигается тем, что через термоизолпрованные трубы, вмороженные в питающие скважины, нагнетают воду, температура которой 1 - 3 С, до распространения горизонтальной льдоза полн енной трещины гидроразрыва за дренажные скважины, после чего нагнетают воду, нагретую до 25 - 30 С и одновременно откачивают приток воды из дренажных скважин. При этом в случае излива из горных пород воды температурой 1 - 3 С ее нагнетают периодически в течение 5 - 10 мин с перерывами на 10 - 20 мин.Способ иллюстрируется чертежом, на ко65 3тором изображен участок работ по линии, соединяющей питающую и дренажную скважины.На участке работ бурят в мерзлых горных породах 1 питающие скважины 2 для гидроразрыва и нагнетания воды в трещину гидроразрыва 3, а также в оттаивающий слой 4, и дренажные скважины 5 - для выхода воды из трещины 3 гидроразрыва и оттаивающего слоя 4. Взаимное расположение скважин назначают, исходя из условий равномерного распределения фильтрационных потоков по площади при минимуме затрат на бурение.В питающие скважины 2 помещают термоизолированные нагнетательные трубы 6, а затрубное пространство наполняют замерзающей водой. 1 ермоизоляция этих труб может быть усилена конвективным охлаждением. У нижнего конца нагнетательные трубы 6 выполнены перфорированными для обеспечения прохода воды в призабойную часть скважины. В дренажные скважины 5 опускают трубы 7, перфорированные на всем их протяжении. Диаметр дренажных скважин 5 и перфорированных выруб 7 в них определяют в зависимости от габаритов насоса 8.На участке работ находится передвижная насосная станция, обеспечивающая давление воды до 20 МПа с резервуаром воды, соединяемая гибкими рукавами с нагнетательными трубами 6 питающих скважин 2, Ьысоконапорное нагнетание холодной воды температурой 1 - 3"С выполняют поочередно через 3 - 6 питающих скважин 2. Вода по нагнетательной трубе 6 поступает в призабойную часть скважины, где вызывает гидроразрыв мерзлых .горных пород 1, В трещинах 3 гидроразрыва вода замерзает, образуя слой льда 9, который препятствует смыканию стенок трещины при уменьшении давления воды во время перерыва в нагнетании.Нагнетание холодной воды продолжают до момента распространения трещины гидроразрыва, наполненной льдом 9, за дренажные скважины 5 и пересечения с ними. При нагнетании холодной воды соблюдают следующий режим: нагнетание прерывают временно на 10 - 20 мин в том случае, когда на поверхности горных пород 1 появляется излив воды из трещины, Кроме того, периодически каждые 5 - 10 мин прерывают нагнетание на 10 - 20 мин.Во время перерывов нагнетания происходит замерзание воды в случайно возникающих вертикально ориентированных трещинах 10, что исключает утечки воды к поверхности 11 и обеспечивает увеличение горизонтальных напряжений сжатия в горных породах и необходимое распространение трещины 3 гидроразрыва в горизонтальной плоскости,После окончания нагнетания 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4(1 - 3 С) воды начинают нагнетание воды, температура которой 25 - 30 С, и откачку притока воды из дренажных скважин 5. Это вызывает оттаивание слоя льда 9 в горизонтальной трещине 3 и последующее оттаивание слоев 4 горных пород 1, прилегающих к трещине 3. Образующийся межмерзлотный оттаявший слои 4 вмещает в себя фильтрационный поток, переносящий тепло. Дальнейшее оттаивание идет одновременно в двух направлениях - восходящем и нисходящем, что ускоряет процесс и обеспечивает увеличенную глубину нижней границы 12 талого слоя.Оттаивание слоя льда 9 в трещине 3 сопровождается обрушением и разрыхлением вышележащих оттаявших обломочных пород, в результате чего образуется слой 4 повышеннои водопроницаемости,По мере увеличения мощности образуемого талого слоя 4, повышения его водопроводимости гидравлический уклон питаемого и дренируемого фильтрационных потоков уменьшается, динамический уровень в питающей скважине 2 опускается ниже поверхности земли 11. После этого термоизолированные трубы 6 извлекают, а подачу воды продолжают путем свободного налива в питающие скважины, достигая дальнейшего увеличения мощности талого слоя 4 и углубления подошвы этого слоя.Принципиальное отличие предлагаемого способа от известных заключается в том, что слой талых горных пород для горизонтальной фильтрации воды, переносящий тепло, образуется при помощи гидроразрыва водой и оттаивание распространяется от этого слоя не только вниз, но одновременно и вверх, а водопроницаемость талого слоя увеличена. Формула изобретения 1. Способ гидравлического оттаивания горных пород, заключающийся в том, что бурят питающие и дренажные скважины, помещают в них нагнетательные и перфорированные трубы соответственно и нагнетают в питающие скважины воду и откачивают ее из дренажных скважин, отличающ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности оттаивания, в нагнетательные трубы, которые выполнены термоизолированными, нагнетают воду температурой 1 - 3 С до распространения горизонтальной льдозаполненной трещины гидроразрыва за дренажные скважины, после чего в эти же трубы нагнетают воду температурой 25 - 30"С и одновременно откачивают ее через перфорированные трубы.2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что в случае излива из горных пород воды температурой 1 - 3 С ее нагнетают периодически в течение 5 - 10 мин с перерывами на 10 - 20 мин,730974 1 а 11 1 О иСоставитель Н. Лихоперскиехрвд А. Камышникова ионова едактор Е. корректоры: Л. Корогод и А, СтепановаИзд.276 Тираж 729 Подписноеосударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Заказ 536/11 ПО Попс ографня, пр. Сапунова,5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Труды ВНИИ, Т. 30, Магадан, 1970,с. 332 - 335.