Способ определения проникающей способности тампонажных растворов в лабораторных условиях

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКОМ осится изуче- понажания в ва при жений, атери,14 - тенкааемого ,5 при1 ил ение параметров род при проектиес, Журнал "ШахМ. 11, с.17 - 19, ИЯ ПРОНИКАЮАМПО НАЖН ЫХ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт горной механики АН ГССР(56) Маньковский Г.И. Специальные способы сооружения стволов шахт, М Наука,1965,Логачев Н.Т. Определ трещиноватости горных по ровании тампонажных зав тное строительство", 1982 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН ЩЕЙ СПОСОБНОСТИ Т Настоящее изобретение относится к области горного дела, в частности, к вопросу изучения проникающей способности тампонажных растворов в процессе нагнетания, для заполнения трещин и пор заобделочного пространства при строительстве подземных сооружений и использование керна, получаемого в результате нагнетания этого раствора в специальное устройство, для его дальнейших физико-химических и механических исследований. Известен способ определения состава и технологические требования к тампонажным цементам. В стандартах и своевременной литературе описываются методы определения как реологических, так и физико-механических свойств тампонажных систем с целью подбора необходимого состава тампонажного раствора 2 - 51,Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа (он и базовый вариант), является способ определения подвижности тампонажного ПБО 1761958 А 1 505 Е 21 О 11/00, Е 21 С 39/О РАСТВОРОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВЯХ(57) Использование: изобретение отн к горному делу, в частности к вопросу ния проникающей способности там ных растворов в процессе нагнет трещины заобделочного пространст строительстве подземных соору Сущность изобретения; дробленый м ал укладывают послойно по фракциям 70 мм в устройство с проницаемыми с ми, Водоцеметное отношение нагнет раствора меняют в пределах 0,8 - 2 давлении нагнетания 0 - 1,0 МПа, 1 табл растекаемости на конусе раствора поАз.НИИ,Однако в действительности в производственных условиях для повышения подвижности и перекачиваемости этих растворов в несколько раз увеличивается водоцементное отношение, процесс нагнетания в иньектируемую среду проводится под давлением в несколько атмосфер, в результате чего поведение раствора в динамике резко отличается от лабораторных условий.Эти методы не дают возможности определения степени заполнения заобделочного трещиновато-пористого пространства при данных производственных условиях, реологических свойств раствора и физико- механических показателей камня, образующегося за обделкой после нагнетания, Качество этих работ оценивается либо визуально, либо мегодом удельного водопоглощения, или же выбуриванием кернов для определения их физико-механических показателей, Процесс этот весьма трудоемкий, не обеспечивающий, к тому же, достовер5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 40 ность получаемых результатов, Кроме того, если качество работ окажется неудовлетворительным, достижение желаемых результатов требует дополнительных материалов и трудовых затрат, Т,о, в настоящее время отсутствует способ определения проникающей способности тампонажных растворов, применяемых на производстве в лабораторных условиях, на установке, позволяющей моделировать условия производственного процесса нагнетания.Целью настоящего изобретения является определение проникающей способности тампонажн ых растворов в лабораторных условиях, включающий укладку дробленого материала горных пород, нагнетание под давлением тампонажного раствора и формирование керна после схватывания раствора,Предлагаемый способ экономически более выгоден, чем проведение аналогичных исследований в натурных условиях, дает более достоверные результаты, менее трудоемок и требует меньшего расхода материала.Для достижения этой цели используется специальное устройство (фиг,1), позволяющее создавать проницаемую среду с заданными параметрами (иммитация инъектируемой среды).Устройство состоит из разборной колонки 1, включающей четыре секции 2, собранные из полуцилиндров, скрепленных болтами 3. Стенки полуцилиндров имеют сквозные отверстия 4, соединенные между собой коллекторами 5, Коллекторы 5 соединены с водомерной емкостью 6 посредством кранов 7, Вход колонки 1 имеет коническую полость 10, соединенную со смесителем 11 через растворонасос 12 посредством трубопровода 13. Выход колонки 1 снабжен обратным клапаном 9, соединенным посредством гибкого трубопровода 8 с водомерной емкостью б, На конце конической полости 10 расположен фильтрующий элемент 15. На каждой секции 2 и на растворонасосе 12 установлены манометры 14.Устройство работает следующим образом: в колонку 1 послойно загружают дробленую породу 16 различных фракций, после загрузки каждой секции 2 колонка наращивается на высоте, Собранную таким образом колонку 1 заполняют водой, Тампонажный раствор, приготовленный в смесителе 11, подают растворонасосом 12 в колонку 1 через коническую полость 10, имитирующую свободное пространство между обделкой и породой, Рабочее давление в гидросмесителе создают растворонасосом 12 и контролируют манометрами 14 Вытесненная тампонажным раствором во да через отверстия 4, коллекторы 5 и крань 7 попадает в водомерную емкость б, По объ ему вытесненной воды можно судить о коли честве тампонажного раствора, вошедшег( в колонку 1, на основании чего можно опре делить коэффициент ее заполнения. Для со здания гидростатического давления с стороны приконтурного массива использу ется обратный клапан 9. По прекращеник инъектирования растворонасос 12 отключа ют. После схватывания раствора колонкуразбирают по секциям 2 и полученный керь подвергают соответствующим исследова ниям его физико-механических свойств дл получения информации о проникающе способности тампонажного раствора, адге зии, водопроницаемости, коррозионно стойкости, степени изменения прочности п высоте керна и др,Для определения проникающей способности тампонажных растворов в лабораторныхусловиях на установке (см,рис.1) в несоздается трещиновато-пористая инъектируемая среда. Для этого проводится послойное загружение дробленой горной породьпо фракциям по высоте всей колонки, размеры которой: высота 1600 мм, диаметр150 мм. Высота каждой фракции породы:0 - 150 мм - фракции 70 - 50 мм150 - 300 мм50 - 40 мм300 - 450 мм40 - 30 мм450 - 600 мм30 - 20 мм600 - 750 мм20 - 10 мм750 - 900 мм10 - 5 мм900 - 1050 мм5 - 2,5 мм1050 - 1200 мм2,5 - 1,25 мм1200 - 1350 мм1,25 - 0,63 мм1350 - 1500 мм0,63 - 0,315 мм1500 - 1600 мм0,315 - 0,14 ммВ растворосмесителе готовится тампонажный раствор, Оптимальный диапазоьводоцементного отношения от 0,8 до 2,5,т,кс уменьшением В/Ц затрудняется нагнета.ние раствора ввиду ухудшения перекачиваемости насоса и уменьшения проникающе 6способности раствора, а с увеличением В/более.2,5 резко снижается выход керна, Псмере продвижения тампонажного раствор:в колонке растет его сопротивление движе.нию, поэтому проводится постепенное по.вышение давления нагнетания от 0 до 1,ьМПа, после чего насос отключается, Посльвыдержки в течение 24 час установка разбирается и извлекается полученный кернПо внешнему виду керна и его размерамопределяется проникающая способность тампонажного раствора, Данные лабора 1761958торных исследований приведены в таблице.Изменение водоцементного отношения, реологических свойств тампонажного раствора при проведении экспериментов дает разный выход тампонажного камня, позволяющий судить о проникающей способности тампонажного раствора.Предлагаемый способ позволяет имитировать конкретные горногеологические условия путем послойного загружения дробленой породы различных фракций, гранулометрический состав которой моделирует фактическую пористость и трещиноватость среды, а также путем изменения проникаемости стенок, Путем изменения водоцементного отношения раствора и введение в него различных добавок для имитируемых горно-геологических условий подбирается оптимальный состав тампонажного раствора. Регулируя давление и режим нагнетания, можно подбирать оптимальный вариант, при котором обеспечивается максимальное заполнение устройстватампонажным раствором. 5 Формула изобретенияСпособ определения проникающейспособности тампонажных растворов в лабораторных условиях, включающий укладку дробленого материала горных пород, на гнетание под давлением тампонажного раствора и формирование керна после схватывания раствора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения достоверности сведений о проникающей способности рас твора, дробленую породу предварительно разделяют на фракции размером 0,14 - 70 мм, а укладку производят в устройство с проницаемыми стенками послойно по фракциям, при этом водоцементное отношение 20 нагнетаемого раствора меняют в пределах0,8 - 2,5 при давлении нагнетания от 0 до 1,0 МПа.изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро Гагарина, 101 каз 3243 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5