Способ защиты подготовительных выработок от притоков воды

К ПАТЕ омитет Российской Федерацио патентам и товарным знакам ПИСАНИ(71) Институт горного дела имААСкочинского(УЗ) Институт горного дела имЛАСкочинского(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХВЫРАБОТОК ОТ ПРИТОКОВ ВОДЫ(57) Использование: в горной промышленности припроходке подготовительных выработок в обводненных породах Сущность изобретения: для снижения стоимости и повышения надежности защиты(51)Е 21011 38 РЕТЕНИЯ определяют ширину зоны опорного давления, бурят скважины, закрепляют герметизаторы в скважинах пробуренных из выработки по направлению ее оси, от устья на расстоянии ширины зоны опорного давления, а в скважинах, пробуренных с земной поверхности, - у верхней границы водоносного слоя, залегающего над выработкой, нагнетают гелеобразующий раствор в интервал от забоя скважины до герметизатора Гелеобразующий раствор выбирают с учетом водопроницаемости массива пород вязкостью не более 10 способ. 1 э.п.ф-лы 2 ил.Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке горных выработок в обводненных породах,Известен способ иньекционных противофильтрационных завес, устраиваемых вокруг осушаемой выработки для резкого сокращения притока воды в нее (1),Способ состоит в том, что по контуру защищаемого участка выработки бурят скважины, по которым в тампонируемую зону закачивают иньекционные смеси (цементные, битумные и др,).Однако при осуществлении способа на протяжении всего защищаемого участка выработки заблаговременно создают противо- фильтрационную завесу. Используют иньекционные смеси, имеющие большую вязкость, дальность растекания которых в массиве при вдавливании не превышает 2 - 3 м, поэтому для создания завесы требуется бурить большое количество скважин, Это дорого и трудоемко.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ предварительного тампонажа пород, окружающих выработку (21. Тампонаж производится участками по скважинам, задаваемым из выработки. Сущность способа состоит в том, что до начала проходки выработок в водоносных породах из забоев бурят 1-2 контрольные скважины длиною до 80 м каждая и выясняют местоположение обводненного участка. Вблизи выявленного водоносного участка проходку выработки останавливают. Иэ забоя выработки бурят горизонтальные или слабонаклонные скважины, если выработка горизонтальная, через них производят тампонирование, Тампонажные работы выполняют участками (заходками) соответствующей длины с последовательным чередованием процессов тампонажа и проходки выработки,Недостатками способа-прототипа являются его дороговизна и невысокая надежность создаваемой противофильтрационной завесы, так как тампонажные скважины бурят большой длины, а интекционной смесью является цементный раствор, твердые Фракции которого мелкими трещинами отсеиваются, Через эти слабозатампонированные участки (" окна" в противофильтрационной завесе) подземная вода поступает в выработку, Кроме того, растекание цементного раствора по мелким трещинам в породах не превышает 2-3 м, По этой причине для создания завесы требуется бурить большое количество тампонажных скважин, что влечет эа собой удорожание способа. Целью изобретения является снижениестоимости и повышение надежности защиты горных выработок от притоков подземных вод,5 Поставленная цель достигается тем, чтопредварительно определяют ширину зоныопорного давления, скважины бурят из выработки или с поверхности, при этом закрепление. герметизаторов в скважинах,10 пробуренных из выработки по направлениюее оси или по нормали к ней, производят нарасстоянии от устья, равном ширине зонйопорного давления, а в скважинах, пробуренных с земной поверхности, - у верхней15 границы водоносного слоя, залегающегонад выработкой, причем для нагнетания используют гелеобразующий раствор, который размещают в интервале от забояскважины до герметизатора.20 Гелеобразующий раствор используютвязкостью не более 10 сП, чтобы иметь наибольшее его растекание а тампонируемом. массиве пород.Сущность предлагаемого способа пояс 25 няется вертикальными разрезами вдоль осивыработки (Фиг,1 и 2) и вкрест простиранияпласта (фиг.З).На разрезах показаны подготовительная выработка 1, слой 2 водоносной породы,30 нагнетательные тампонажные скважины 3,герметиэатор 3 скважины; ширина зоны 5опорного давления; контур б эатампонированных пород.П р и м е р. На участке шахтного поля,35 где проектируется проходка горной выработки, определяют местоположение водоносного горизонта, ожидаемый приток водыиз него в выработку, напор пластовой воды,коэффициент фильтрации, скорость Фильт 40 рации, коэффициент трещинной пустотности Кт (трещиноватости), а также элементызалегания трещин, величины их раскрытия.Определяют потребное количество 0 гелеобразующего раствора, пользуясь форму 45 лой0= Кт аьгде гпь - мощность водоносного слоя, в котором создается завеса;1 - дальность растекания раствора, определяемая экспериментальным путем,В качестве составляющих тампонажного раствора используют жидкое стекло, сульфат аммония или хлористый аммоний, полиакриламид и воду, Полученный из них химический раствор нетоксичен, дешев(стоимость 1 м не превышает 5 руб.). в исходном состоянии имеет вязкость. близкую вязкости воды, под давлением нагнетанияспособен растекаться в трещиноватом водоносном слое на расстояние до 30-40 м от места ввода (скважины, шпура).Чтобы загустевание нагнетаемого раствора (образование геля) происходило после заполнения трещин тампонируемого водоносного слоя, определяют время, через которое это охватывание должно произойти, пользуясь фактической скоростью фильтрации воды на этом участке.По установленному периоду схватывания выбирают нужный рецепт раствора (количественное соотношение химических реагентов) при применительно к. конкретным условиям в лаборатории подбирается эталонный раствор, Например, чтобы образование геля произошло через 5 ч, после начала нагнетания требуется следующее сботношение реагентов: 2% Ма 2 ЫОз + 1,5% (КН 4)2 504+0,05% ПАА+ 97,4 Н 20, Руководствуясь "Указаниями по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР" (Л.:ВНИМИ, 1986), для заданной глубины заложения горной выработки определяют ширину эоны опорного давления,Производят бурение нагнетательных скважин или шпурав. Если водоносный горизонт залегает вблизи выработки (на расстоянии менее 20 м) то из забоя выработки бурят нагнетательные шпуры диаметром около 45 мм. При большем расстоянии от выработки до водоносного горизонта бурят нагнетательные скважины,Если водоносный горизонт залегает ближе к земной поверхности. чем в выработке, то нагнетательные скважины бурят с поверхности до почвы водоносного горизонта. В этом случае они будут короче и бурение их будет стоить дешевле, чем из выработки,Скважины и шпуры из выработки задают вдоль оси выработки или по нормали к ней, Чтобы нагнетаемый в скважину или шпур тампонажный раствор не вытекал иэ них в выработку, герметизаторы в них закрепляют на расстоянии от устья не менее величины эоны опорного давления.Если бурение тампанажнай скважины производится с земной поверхности, то герметизатор закрепляют в кровле водоносного слоя (у верхней его границы). В качестве герметизатара скважин можно использовать пакерующее устройство типа ДАУконструкции ПО "Спецтампанажгеалогия",Для герметизации шпурав и одновременно для нагнетания тампонажных растворов можно использовать комплекстампонажный гелеобразующий раствор выбирают вязкостью не более 10 сП.За счет наибольшей дальности растека ния гелеобразующега раствора в массивепород повышается надежность создания противафильтрацианных завес, в 3-4 раза уменьшается количество тампанажных скважин (шпурав), Стоимость 1 м тампа, з 45 нажнага раствора, примерна, в 10 раз дешевле, чем целентиага,В Кузбассе в абвадненных псрадах ежегодно проходят свыше 40 км падгатавигель 50 5 10 15 20 25 30 35 нагнетания смолы (КНС), серийно выпускаемый Киселевским заводом (Кемеровская обл,), или НАГУС, изготавливаемый Тепло- горским заводом гидрооборудования (Луганская область),После бурения тампонажных скважин (шпуров) производят через них нагнетание тампонажного раствора, заранее приготовленного и доставленного к месту нагнетания. Доставку производят в разных емкостях (в одной жидкое стекло, в другой раствор сульфата аммония или хлористого аммония с полиакриламидом), Смещение их производят череэ дозатор в смесителе. Вязкость тампонажного раствора не должна превышать 10 сП.Для нагнетания можно использовать буровые насосы типа НБи им аналогичные. Нагнетание производят в интервал скважины (шпура), ограниченный с одной стороны забоем, а с другой герлетизатарам. Давление нагнетания принимается в 5 и более раз превышающим пластавое давление подземной воды на этой глубине.Новизна и отличие предлагаемого технического решения ат известных состоит в том, чтадля достижения поставленной цели осуществляют следующие дополнительные операции; определяют ширину зоны опорного давления, герметизатар закрепляат в скважине (шпуре), пробуренной из выработкии, на расстоянии от устьл не менее ширины зоны опорного давления, а пробуренной с поверхности, - у верхней границы водоносного слоя, нагнетание производят в интервал скважины ат забоя да герметизатара,ных выработок, Таким образам, ат внедрения предлагаемого решения акидаамая экономил составит акала 0,4 млн.руб, вгад,(5 б) Справочник па осушению гарных парад. У.: Недра, с,279.Трупак Н.Г. Специальные способы пгаведения горных выработок. Л.: Недра, 1976. с.359..Гагарина, 101 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго Формула изобретения1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ОТ ПРИТОКОВ ВОДЫ, включающий бурение тампонажных скважин, установку в них герметизаторов и нагнетание тампонажных растворов, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости и повышения надежности защиты, предварительно определяют ширину 10 зоны опорного давления, а скважины бу-.рят из выработки или с поверхности, при этом закрепление герметизаторов в скважинах, пробуренных из выработки, производят по направлению ее оси или по нормали к ней на расстоянии от устья, равном ширине зоны опорного давления, а в скважинах, пробуренных с земной поверхности, - у верхней границы водоносного слоя, залегающего над выработкой, причем для нагнетания используют гелеобразующий раствор, который размещают в интервале от забоя скважины до терметизатора,2, Способ по п.1, отличающийся тем, что гелеобраэующий раствор используют вязкостью не более 10 сП.