Способ защиты горных работ от подземных вод

(я) Е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТНР чЫТИИПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.Яйэуу.,щийисти,то,изо"емных с- ые дичаю емператур в качест й пульпы вор плот(21) 3550830/22-03(71) Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей промьппленности и Производственное объединение "Спецтампонажгеология"(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 648690, кл. Е 02 0 19/14, 1979.2. Аренс В.Ж. и др. Анализ способов защиты горных работ отподземных вод и газов при разработкеглубоких зон кимберлитовых трубок ипрограмма исследований по созданиюльдопородных завес. Отчет ГИХСМ,М., 1976, с. 15-16.(54)(57) 1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГОРНРАБОТ ОТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД, включабурение нагнетательных скважин" нагнетание замораживаемой жидко т л и ч а ю щ и й с я тем,с целью повышения эффективностиляции от минералиэованных подэ1вод с температурой ниже ОфС, вчестве замораживаемой жидкостипользуют глинистые тонкодисперспресные пульпы теплоемкостью нижтеплоемкости воды.2. Способ по п.1, о тщ и й с я тем, что при тподземных вод (-1)-(-8) Све тонкодисперсной пресноиспользуют глинистый растностью 195-17 г/см В1149018 50 Изобретение относится к горномуделу и может быть использовано привскрытии и разработке обводненныхполезных ископаемых, содержащихминерализованные подземные воды стемпературой киже ОС.Известен способ защиты открытыхгорных работ от подземных. вод, включающий бурение скважин, вскрывающих водоносный пласт, осушение путем дренажа через скважины, нагнетание в осушенный пласт хладагентас температурой ниже О С, Фильтрование его по пласту, откачку на поверхность и замораживание пластапутем нагнетания в пласт преснойводы 1.Недостатком способа являетсято, что вследствие механическогои диффузионного перемешивания нагнетаемой пресной воды с высокоминерализованными подземными водамирезко снижается надежность водоизоляции. Повышение надежности требуетпроведения сложных дополнительныхработ по предварительному осушению и искусственному охлаждениюводоносного пласта, что приводит кснижению эффективности водоизоляции,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ защиты открытых горных работот подземных вод, включающий бурение нагнетательных скважин и нагнетание замораживаемой жидкости, 2,Недостатком известного способаявляется низкая эффективность водоизоляции вследствие плохой надежности, Это происходит потому, чтонагнетаемая пресная вода перемешивается с мичерализованными лодзем"ныли водами, что приводит к образованию широкой зоны смешанных вод,для замерзания которых недостаточно естественного холода массива.Низкая скорость замораживания непозволяет эффективно применять известный способ в условиях большихобъемов горных работ, Кроме того,способ,не исключает возможностипоступления токсичных газов (сероводорода), так как подземныеводы с растворенными в них газамине могут быть вытеснены закачиваемой пресной водой,Цель изобретения - повышение эфФективности изоляции горных работ 10 15 20 25 30 35 40 45 от минерализованных подземных водс температурой ниже ОС.Укаэанная цель достигается тем,что согласно способу защиты горныхработ от подземных вод, включающемубурение нагнетательных скважин инагнетание замораживаемой жидкости,в качестве замораживаемой жидкостииспользуют глинистые тонкодисперсные пресные пульпы теплоемкостьюниже теплоемкости воды.Кроме того, при температуреподземных вод (-1)-(-8 С) в качестветонкодисперсной пресной пульпы используют глинистый раствор плотностью 1,5-1,7 гсм.Нагнетание вместо чистой водытонкодисперсной пресной пульпы сменьшей теплоемкостью, чем теплоемкость воды, обеспечивает меньшуютребуемую теплоту фазового переходараствора из жидкого состояния втвердое, чем теплота замерзаниячистой воды. В результате этого,на процесс замораживания такой жидкости требуется меньшее количествоотрицательного тепла, при этом замораживание обеспечивается за счетестественного холода горного массива.Содержание в пресной пульпе тонкодисперсных фракций твердого вещества повь 1 шает вязкость,что обеспечивает надежное вытеснениеодземных вод из.обводненных горныхпород, а наличие пространственнойкоагуляционной структуры делает ихустойчивыми против механического идиффузионного перемешивания с подземными водами, за счет чего повышается надежность и, тем самым, эфФективность водоизоляции,Ускорение процесса замораживаниядостигается за счет того, что длязамерзания тонкодисперсных пресныхпульп требуется меньшее количествохолода, чем для замерзания преснойводы. На чертеже изображена номограмма зависимости замерзания пульп от начальной температуры горного массива и его трещиноватости.Способ осуществляется следующим образом.Вокруг горных выработок, распо" ложенных в зоне обводненных горных пород подземными водами с температурой ниже 0 С, бурят нагнетатель3 1ные скважины. Через скважины в интервал водоносного горизонта насосами под избыточным давлением нагнетают тонкодисперсную гресную пульпу с теплоемкостью, меньше теплоемкости воды. Количество нагнетаемой. пресной пульпы зависит от трещиноватости горных пород. Предваритель"на на основании уравнения теплового баланса строится номограмма,отражающая зависимость замерзанияпульп с заданным содержанием твердой фазы от начальной температурыгорного массива и его трещиноватости при нулевой температуре эакачиваемого раствора ( рассмотрена только область фазового перехода),По номограмме определяют достаточно ли холода в массиве при данной его температуре и трещиноватости для полного замерзания нагнетаемой пульпы с заданным количеством твердой фазы,Анализ номограммы показывает,что введение в воду каждых 100 кгтвердой фазы 1 м раствора снижаетна 3,8 Ж затраты холода на замерзание пульпы независимо от трещиноватости, а введение 1000 кг твердойфазы (х1,63 г/см) позволяет снизить затраты на замерзания на 383по сравнению с водой. Замерзшаяв водолроводящих каналах и трещинахпресная пульпа образует водонепроницаемую гидроизоляционную завесу,в пределах которой осуществляютведение горных работ.П р и м е р. Проходят шахтныйствол диаметром 8 м через водоносныйгоризонт мощностью 100 и, находящийся на глубине 150 м от дневной поверхности. Горизонт содержит высокоминерализованные подземные воды сТ = -3 С и имеет трещнноватость2,5 ЕДля защиты ствола при его проходке от подземных вод необходимосоздать водонепроницаемую льдоглинистую завесу радиусом 20 м. Бурятся нагнетательные скважины. Диаметр скважин до водоносного горизонта .161 мм, в водоносном. горизонте 132 мм. Глубина скважин260 и. После окончания бурения че- .рез устье скважины.пад давлением200 Мм нагнетается глйннстмй раст" 1490184 вор объемом 4500 м, в 1 м которого содержится 800 кг глины. Плотность этог раствора 1,5 г/см,теплоемкость раствора при этихусловиях 2,4 кДж/кг К, а теплоемкость воды 4,9 кДж/кгК.Как видно из номограммы, закачиваемый глинистый раствор уверенно замерзает при затратах холода 10 6000 кДж, в то время как вода приэтих же условиях не замерзает.Следовательно, для того чтобы водазамерзла, необходимо большее количество холода.15 Проведенньвчи лабораторньии испытаниями установлено, что глинистыйраствор плотностью 1,5 г/см в данных условиях замерзает в течение2-3 ч, после чего в области водо непроницаемой льдоглинистой завесыможно осуществлять горные работы,Предлагаемый способ защиты горных работ от минерализованных под. земных вод позволяет сократить до рогостоящий материал - цемент, иза счет этого шире использоватьместный материал - глину, при этомполучить надежную водонепроницае"мую льдоглинистую завесу и ускоритьпроцесс замораживания.Кроме того, предлагаемый способ дает возможность обеспечить непрерывную добычу полезных ископаемых в условиях, когда водоносныегоризонты в зоне отработки содержат 35высокоминералиэованные подземныеводы с температурой киже 0 С, иисключить поступление этих вод взону ведения горных работ.Известный способ защиты горных,работ с помощью нагнетания в пластпресной воды и ее естественного замораживания не может быть примененв условиях высокоминерализованных 4 подэемньх водс те щературойниже 0 СБазовым объектом является комплексный метод тампонажа,отличаю; щийся от предлагаемого способа сос.тавом нагнетаемой в пласт жидкости.50В пласт нагнетают глииоцементиыйраствор, твердеющий за счет гидратации цемента. Экономический эффект от виедрвния изобретения получается за,счет сокращения применения дорогостоящего материала и упрощения технологии.1149018 Трещинпбащос Составитель Л Техред М.Надь ереп наКоррект Редактор О. Юрковецк Демчик Заказ 1844/2 Тираж 482 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауши Ужгород, ул. Проектная,4 ППП "Патентгопп 3 10000ФОО2 Ид Мпвицестбо ябедой разы 5 /и/рхсщ 5 ора, югф ф ф С фЪ Подписимитета СССРткрытийнаб., д. 4/5