способ инъектирования горных массивов

Формула изобретения

СПОСОБ ИНЪЕКТИРОВАНИЯ ГОРНЫХ МАССИВОВ, включающий бурение контрольных скважин и скважин для подачи цементосодержащих растворов и контроль упрочнения при помощи измерительного зонда, отличающийся тем, что задают нейтральное значение основности среды рН 4 - 7 и оптимальное значение основности среды рН 9 - 11 по всей длине близлежащей к инъектируемой контрольной скважины в два этапа измеряют основность среды, причем на первом этапе через инъекционную скважину подают под давлением воду до достижения в контрольной скважине нейтральной основности среды, а на втором этапе производят инъектирование цементосодержащим раствором до достижения оптимального значения основности среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может найти применение на горнорудных предприятиях, использующих для упрочнения массива цементсодержащие растворы, а также в геологии и строительстве.

Для упрочнения разрушенных и трещиноватых пород широко применяется упрочнение массива инъектированием цементсодержащих растворов. Высокое качество упрочнения массива предполагает применение эффективных средств и методов контроля за процессом инъектирования.

Известен способ контроля за качеством инъектирования, который заключается в бурении контрольных скважин с отбором керна и последующим испытанием, отбором образцов после вскрытия упрочненных зон [1]

Недостатками этого способа являются его трудоемкость и неоперативность, в связи с чем не обеспечиваются необходимые прочностные свойства инъектируемых массивов.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля за качеством инъектирования, который заключается в определении акустических параметров массива до его цементации посредством бурения скважин и перемещения измерительных зондов, и наблюдении за изменением этих параметров в окружающем инъекционные скважины пространстве [2]

Недостатком данного способа является необходимость в значительном количестве контрольных шпуров или скважин. Кроме того, база измерения зависит от расстояния между скважинами и из-за cильного поглощения ультразвука не может превышать 2 м. К тому же акустический метод не позволяет вести непрерывный контроль за процессом инъектирования, что приводит к снижению качества упрочняемого массива.

Цель изобретения улучшение качества упрочняемого массива посредством применения непрерывного контроля процесса инъектирования.

Цель достигается тем, что в известном способе инъектирования горных массивов, включающем бурение скважин для подачи цементсодержащих растворов и контроль упрочнения с использованием измерительного зонда, перемещаемого в скважинах, согласно изобретения осуществляют непрерывный контроль процесса инъектирования, для чего измеряют основность среды по всей длине близлежащей к инъектируемой контрольной скважине в два этапа: на первом этапе через инъекционные скважины подают под давлением воду до достижения основности среды в контрольной скважине pН 4 7, затем на втором этапе производят инъектирование укрепляющим раствором до достижения основности среды определяемого экспериментального значения pН 9 11.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что в предлагаемом осуществляют непрерывный контроль за процессом инъектирования путем измерения основности среды по всей длине близлежащей к инъектируемой контрольной скважины. Причем процесс осуществляется в два этапа: на первом этапе через инъекционные скважины подают под давлением воду до достижения основности среды в контрольной скважине pН 4-7; на втором этапе производят инъектирование до достижения основности среды значения рН 9-11.

Эти признаки не выявлены в существующем техническом уровне. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Существующие изобретения не в состоянии удовлетворить имеющихся потребность в улучшении качества упрочняемого массива, в то время, как предлагаемое изобретение решает эту задачу.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что перед началом подачи цементсодержащего раствора по скважине под давлением подается вода, которая способствует раскрытию трещин и вытесняет агрессивные воды из трещинообразований. Контроль за наличием в массиве агрессивных (шахтных) вод и их концентрация на момент вытеснения ведется с помощью устройства, состоящего из рН-метра, телескопических штанг и датчика. Воду подают в инъекционные скважины до достижения основности среды в контрольной скважине pН 4-7. После этого производят подачу инъектируемого раствора в скважины, одновременно осуществляя контроль за основностью среды путем перемещения зонда по контрольной скважине. Инъектирование прекращается в момент достижения основности среды pН 9-11.

Таким образом, в результате получается проинъектированный массив высокого качества за счет вытеснения агрессивных шахтных вод, отрицательно влияющих на устойчивость массива и непрерывного контроля за процессом инъектирования.

На фиг.1 показана инъекционная и контрольная скважины в упрочняемом массиве; на фиг.2 график изменения основности среды по длине скважины.

Способ осуществляется следующим образом.

При подземной разработке месторождений полиметаллических руд, которые, как правило, содержат серу, шахтные воды насыщены значительным количеством сульфатных ионов SO₄, обладающих сульфатной и выщелачивающей агрессивностью, отрицательно влияющих на прочность цементсодержащих растворов при их твердении. При дренаже агрессивных шахтных вод через массивы, подверженные трещиноватости, происходит эрозия и коррозия пород, в результате их агрессивных воздействий резко снижается устойчивость массива.

С целью исключения отрицательного влияния агрессивных шахтных вод на прочность цементных растворов, т.е. улучшения качества инъектируемого массива, перед началом подачи цементсодержащих растворов, по скважине 1 оборудованной запорной арматурой 2 (фиг.1), под давлением при помощи насоса 3 подается вода, которая способствует раскрытию трещин и вытесняет агрессивные шахтные воды из трещинообразований. Контроль за наличием в массиве агрессивных шахтных вод и их концентрацией на момент вытеснения определяется при помощи устройства состоящего из рН-метра 5, телескопических штанг и датчика (зонд) 6. Устройство равномерно перемещается по всей длине контрольной скважины 7, определяя зоны выхода раствора 8. Устройство работает на электрохимическом принципе. Известно, что в чистой воде и нейтральных растворах рН 7, в кислых рН < 7. Таким образом вытесняя из трещинообразований агрессивную шахтную воду, по мере ее вытеснения снижается рН. В результате промышленных испытаний установлено, что основность среды с достаточной эффективностью и малыми затратами времени следует достигать рН 4-7 (фиг.2).

По скважине 1 подают цементсодержащий раствор, который через раскрытые трещины 4 поступает в контрольную скважину 7, при этом проводят непрерывный контроль за основностью среды. В результате промышленных испытаний установлено, что инъектирование укрепляющим раствором необходимо производить до достижения основности среды рН 9-11.

Применение данного способа позволяет получить инъектируемый массив высокого качества при минимальном расходе вяжущего, в результате чего повышается безопасность ведения горных работ и их концентрация.