автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Обоснование и разработка технологии упрочнения цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок

На правах рукописи

РГ Б ОД

УГЛЯ НИЦ А Андрей Владимирович

( # «ч л

Обоснование н разработка технология упрочнения цементацией неустойчивой слоистой породной кровля Пластовых выработок

Специальности:

05.15.11 — "Физические процессы горного производства" 05.15.04 — "Строительство шахт и подземных сооружений"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово-199?

Работа выполнена в Кузбасском государственном техническом университете и ОАО "Кузбасский научно-исследовательский институт шахтного строительства" (Кузниишахтострой)

Научные консультанты 05.15.11 — докт. техн. наук, профессор по специальностям: Хкмкляйыен В.А.

05.15.04 — докт, техн. наук, профессор Першкзг В.В.

Официальные оппоненты: , „ „ „

докт. техн. наук, профессор Латыша О.Г.,

докт. техн. наук, профессор Лебедев А.В..

докт. телн. наук, Устгогов М.Б.

Ведущая организация - ОАО "Концерн "Кузбассшахто строй"

Защита состоится "01 " окт ^ £Гр я 1999 г. в № час. на заседании диссертационного совета Д 063.70.02 при Кузбасском государственном техническом университете по адресу. 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского государственного технического университета.

Автореферат разослан " 17 " а-бг^-г^ 1999 т.

Ученый секретарь диссертационного совета докт. техн. наук, проф.

ГАШКИНОВ А.С.

7АЛ/ГР Л

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Повышение эффективности подземной добычи угля, рост производительности труда и улучшение условий работы является важной народнохозяйственной задачей угольной промышленности страны, решение которой осложняется тем, что на действующих горизонтах угольных шахт Российской Федерации от 20 до 70 % промышленных запасов приходятся на пологие и наклонные пласты со сложными горногеологическими условиями. С увеличением глубины ведения горных работ в таких условиях повсеместно усиливаются проявления горного давления и резко возрастают затраты на крепление и поддержание пластовых выработок.

Для едепления пластовых выработок с неустойчивой кровлей на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах ВНИМИ и КузНИУИ рекомендует применять металлическую рамную арочную или трапециевидную податливые крепи с двумя узлами податливости при расчетных смешениях кровли до 300 - 400 мм и с четырьмя узлами податливости при смещениях 700 - 800 мм. При больших расчетных смещениях рекомендуется применять мероприятия по снижению смещений кровли, такие как анкерование, инъекционное упрочнение кровли смолами, цементными и другими вяжущими растворами.

Однако дополнительное анкерование при расчетных смещениях более 800 - 1000 мм, как правило, не позволяет снизить смещение неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок до требуемой величины. Поэтому в этих условиях значительно более эффективным мероприятием будет инъекционное упрочнение кровли вяжущими растворами.

Применительно к условиям Кузнецкого бассейна в КузНИУИ разработана технология упрочнения неустойчивой кровли пластовых выработок фенолформальдсгидньши скрепляющими составами. Разработанная технология прошла успешное испытание на шахтах Кузбасса.

Однако, несмотря на эффективность упрочнения кровли синтетическими смолами, его применение сдерживается значительной стоимостью смол, необходимостью применения специального оборудования для их транспортирования, хранения, приготовления и нагнетания.

Поэтому на сегодняшний день для упрочнения кровли пластовых выработок, наряду с синтетическими смолами, представляет интерес

применение значительно более дешевых, доступных и нетоксичных цементных растворов.

В настоящее время разработаны эффективные технологические приемы, позволяющие производить качественную цементацию хаотической трещиноватости вокруг капитальных полевых горных выработок в процессе их проведения и эксплуатации. Данные приемы, в основном, могут быть использованы и для цементации кровли пластовых выработок с однородной (массивной) текстурой, т.е. в условиях образования в кровле хаотической трещиноватости. Однако эти технологические приемы не обеспечивают требуемого качества цементации трещин в неустойчивых слоистых кровлях пластовых выработок, пройденных по тонким и средней мощности пологим и наклонным пластам, вследствие особенностей фильтрационных свойств кровель в этих условиях (образование в слоистой породной кровле пластовых выработок техногенных трещин расслое^ ния по напластованию породы и перпендикулярных им тонких трещин при изгибе разделившихся слоев, уменьшение трещинной пустотности с удалением от контура выработки, неодновременность развития трещинной пустотности на отдельных участках выработки и др.).

В этой связи представляется актуальным разработка научно обоснованных технических и технологических решений по упрочнению цементацией неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах в процессе их проведения и эксплуатации.

Настоящие исследования выполнены в соответствии с координационными планами Минуглепрома СССР по тематическим планам института "КузНИИшахтострой" (№ гос. регистрации тем 74040545; 76044181; 79038036) и по тематическому плану НИР Кузбасского государственного технического университета в рамках региональной межвузовской научно-технической программы "Кузбасс 1997-2000".

Цель работы - разработка технических и технологических решений по упрочнению цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок для снижения трудоемкости и стоимости их поддержания.

Объект исследования - расслоившаяся породная кровля пластовых выработок на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах.

Идея работы состоит в учете особенностей фильтрационных свойств расслоившейся породной кровля пластовых выработок и установлении закономерностей заполнения образовавшихся трещин цементационный материалом при обосновании и разработке эффективных способов ее упрочнения цементацией.

Задачи иесяедовашнг

- оценить особенности фильтрационных свойств расслоившейся породной кровли пластовых выработок;

- исследовать процесс нагнетания цементных растворов в расслоившуюся породную кровлю пластовых выработок;

- разработать скважшшые инъекционные устройства для цементации слоистой породной, кровли пластовых выработок;

- разработать технологию упрочнения цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок.

Методы исследований.

Оценка особенностей фильтрационных свойств в расслоившейся породной кровле пластовых выработок осуществлена на основе анализа и обобщения литературных источников по натурным исследованиям процесса расслоения породной кровли пластовых выработок с использованием известных решений в области фильтрации жидкостей и цементных растворов в трещиноватых средах и численных расчетов на ЭВМ трещинной пустотносги расслоившейся кровли в зависимости от смещения породного контура выработки.

Исследование процесса нагнетания цементных растворов в расслоившуюся породную кровлю пластовых выработок осуществлено путем аналитических и лабораторных экспериментальных исследований* процесса заполнения цементационным материалом трещин расслоения и перпендикулярных им тонких трещин с использованием известных решений в области фильтрации цеменгаых растворов в трещиноватых средах, теории подобия и моделирования, численных расчетов на ЭВМ.

Разработка скважинных инъекционных устройств для цементации слоистой кровли пластовых выработок осуществлена на основе лабораторных экспериментальных исследований с изготовлением экспериментальных Моделей, опытных образцов, применением теории подобия и моделирования, численных расчетов на ЭВМ.

Разработка технологии цементации неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок осуществлена на основе анализа и обобщения ре-

зультатов выполненных аналитических и экспериментальных исследований, применения разработанных скважинных инъекционных устройств с использованием опытно-промышленных экспериментов по нагнетанию цементных растворов в расслоившуюся породную кровлю пластовых выработок.

Научные наложения, защищаемые * диссертации:

- неравномерная зона цементации по длине инъекционной скважины в расслоившейся породной кровле пластовых выработок формируется за счет анизотропии и неоднородности ее трещинной проницаемости, причем коэффициенты гидродинамического сопротивления образующихся трещин расслоения и перпендикулярныхим соответственно изменяются в пределах 5-18 и £= 20-30, а образование у контура кровли выработки необходимой дня цементации трещинной пустотности, равной. 4-5 "/^ происходит при смещении кровли на 30 - 45 мм;

- полное заполнение трещин расслоения цементационным материалом обеспечивает двукратное нагнетание нестабильного цементного раствора с постоянным расходом, а перпендикулярных им тонких трещин -их предварительное гидравлическое расширение и последующее нагнетание стабильного цементного раствора с постоянным давлением, равным давлению при расширении трещин, причем объем цементного раствора, проникающего на участки тонких трещин с раскрытием 5 < О, I I О 3 м, составляет 150 - 170% от объема раствора, находящегося на участках с раскрытием 6 £0,Ы(Нм-,

- применение инъекгора с фильтрационным патроном при цементации трпцин расслоения в процессе эксплуатации пластовой выработки снижает в 7 -10 раз давление раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью и позволяет за счет этого предотвратить смещение и разрушение сильно расслоившейся породы у контура выработай в процессе нагнетания раствора в скважину и уменьшить неравномерность зоны цементации вокруг устьевой и забойной частей скважины до соотношения 1,5-2,0, а применение инъекционного анкер-репера при цементации в процессе проведения выработки обеспечивает нагнетание цементного раствора в трещины расслоения в момент образования у контура кровли выработки трещинной пустотности, равной 4-5 %;

- снижение трудоемкости и стоимости поддержания пластовых выработок с неустойчивой слоистой породной кровлей обеспечивает технология, предусматривающая возведение в выработке базовой металли-

ческой рамной крепи и крепи усиления в виде упрочненных цементацией пород кровли, при этом достижение требуемых прочностных характеристик зацементированных пород обеспечивает комплекс технических и технологических решений, включающий в себя обнаружение й изоляцию на поверхности выработки трещин, гидравлически связанныхс цементационной скважиной, цементацию трещин расслоения через, инъектор с фильтрационным патроном при упрочнении кровли в процессе эксплуатации выработки и через инъекционный анкер-репер в процессе ее проведения, цементацию тонких трещин с предварительным их гидравлическим расширением.

Научная новизна работы заключается:

- в оценке особенностей фильтрационных свойств расслоившейся породной кровли пластовой выработки и их влияния на процесс упрочнения пород цементацией;

- в установлении зависимости между смещением слоистой кровли пластовой выработки после ее проведения н образующейся в кровле трещинной пустотностью;

- в обосновании возможности заполнения трещин расслоения цементационным материалом при двукратном нагнетании в них нестабильного цементного раствора способом с постоянным расходом, а трещин, перпендикулярных к трещинам расслоения, с предварительным их гидравлическим расширением;

- в обосновании параметров способа цементации трещин расслоения в процессе эксплуатации пластовой выработки через инъектор с фильтрационным патроном, а в процессе ее проведения через инъекционные анкер-реперы;

- в обосновании и разработке принципов обнаружения и изоляции на поверхности пластовой выработки трещин, гидравлически связанных с цементационной скважиной, лежащих в основе технологии упрочнения слоистой кровли цементацией.

Обоснованность и достоверность тучных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- применением известных методов в области фильтрации жидкостей и цементных растворов в трещиноватых средах, теории подобия и моделирования;

- удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований процесса заполнения трещин цементационный материалом в расслоившейся кровле пластовых выработок;

- положительными результатами опытно-промышленной проверки основных положений диссертационной работы на угольных шахтах.

Личный вклад вжтара заключается:

- в установлении степени анизотропии и неоднородности трещинной проницаемости в расслоившейся породной кровле пластовых выработок;

- в установлении взаимосвязи между трещинной пусготностью, образующейся в кровле пластовой выработки, и смещением ее контура и разработке способа цементации трещин расслоения в процессе проведения пластовой выработки через инъекционные анкер-реперы;

- в проведении аналитических и экспериментальных исследований по установлению закономерностей заполнения трещин расслоения цементационным материалом при двукратном нагнетании в них нестабильного цементного раствора-с постоянным расходом и разработке способа двухступенчатого нагнетания цементных растворов в трещины расслоения кровли пластовых выработок;

- в проведении аналитических и экспериментальных исследований по установлению закономерностей процесса цементации тонких трещин с их предварительнык гидравлическим расширением и разработке способа цементация тонкотрещиноватых горных пород;

- в разработке принципиальной конструкции инъектора с фильтрационным патроном для снижения давления по длине скважины в направлении от ее забоя к устью при цементации трещин расслоения в кровле-пластовых выработок, проведении лабораторных исследований по определению рациональных параметров инъектора и разработке способа цементации трещин расслоения в процессе эксплуатации пластовой выработки через инъекгор с фильтрационным патроном;

- в обосновании и разработке способов формирования на поверхности пластовой выработки дискретного изолирующего покрытия;

- в проведении опьгто-промыщленных испытаний разработанных технологических решений на угольных шахтах.

Научное значаще работы заключается в установлении закономерностей процесса распространения цементных растворов в расслоившейся породной кровле пластовых выработок и разработке на их основе технологии ее упрочнения цементацией.

Практическая ценность. Применение разработанных технических и технологических решений по последующему упрочнению цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок при их проведении и эксплуатации позволяет качественно цементировать трещины на. заданном расстоянии от контура выработки, сократить расход мат териалов на изоляцию ее поверхности, повысить устойчивость пластовых выработок и,„в целом, сократить трудоемкость и стоимость их крепления и поддержания.

Область применения. Неустойчивая слоистая породная кровля пластовых выработок в процессе их проведения или эксплуатации на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах при расчетных смещениях кровли, превышающих конструктивную податливость крепи.

Реализация работы. Основные положения диссертационной работы вошли составной частью в следующие нормативные руководящие документы:

1. Рекомендации по технологии последующего упрочнейия горных пород цементацией без нанесения на поверхность выработки сплошного изолирующего покрытия (утв. Департаментом угольной промышленности Министерства топлива и энергетики РФ в 1997 г.).

2. Руководство по технологии возведения крепи инъекционными методами и противофильтрационных завес при пересечении пожароопасных угольных пластов (утв. Кузнецким округом Госгортехнадаора РФ в 1999г.). -

Разработанная технология упрочнения цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок прошла опытно-промышленную проверку на участках вентиляционного штрека лавы № 362 пласта XII уклонного поля № 7 шахты "Березовская" АО "Северокузбассуголь" и откаточного штрека шахты "Линдзя" треста "Лунко" Китайской Народной Республики. Экономический эффект от применения разработанной технологий на шахте "Березовская" в ценах 1995 г. составил 173.280.000 руб.

Кроме этого, эффективность разработанных инъекционных анкер-реперов подтверждена их успешным испытанием в путевом квершлаге бывшего Кушеяковского участка шахты "Нагорная" концерна "Южкузбассуголь", а отдельные элементы технологии, учитывающие деформационное поведение тампонируемого массива, внедрены в клетевом

стволе шахты им. Ленина и вентиляционном стволе шахты "Распадская" концерна "Южкузбассуголъ".

Основные технические и технологические решения, разработанные в диссертационной работе, вошли составной частью в комплексную работу "Разработка и широкомасштабное внедрение новых высокоэффективных управляемых технологий формирования цементационных завес вокруг выработок для обеспечения безаварийной эксплуатации угольных шахт в условиях обводненных и нарушенных торных пород", за выполнение которой в 1998 г. присуждена премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники.

Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении практических занятий и выполнении курсовых проектов по дисциплине "Строительство выработок в сложных горногеологических. условиях" в Кузбасском государственном техническом университете и Шаньдунском горном институте (КНР).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Научно-технические проблемы ускорения строительства новых горизонтов, проведения горных выработок в условиях глубоких шахт" (Донецк, 1985), Всесоюзной научно-практической конференции "Социально-экономические проблемы достижения коренного перелома в эффективности развитая производительных сил Кузбасса" (Кемерово, 1988), Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути улучшения состояния горных выработок" (Москва, 1989), научных чтениях на тему: "Технико-экономический анализ и теория проектирования в горном деле", посвященных 100-летию со дня рождения академика A.C. Попова (Алма-Ата, 1991), III Международной научно-практической конференции "Перспективы развития горнодобывающей промышленности" (Новокузнецк, 1996), научно-производственной конференции "Пути сокращения сроков и повышения эффективности сооружения вертикальных стволов" (Шахты, 1996), II Международной конференции "Нетрадиционные и эффективные технологии разработки месторождений полезных ископаемых" (Новокузнецк, 1997), научно-производственной конференции"Прохождение вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок при строительстве новых шахт" (Новочеркасск, 1997), Международной научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Кемерово,

1991), научно-технических совещаниях ОАО "Кузниишахтострой" (Кемерово, 1997), концерна "Кузбассшаччострой" (Кемерово, 1997). треста "Лушсо" и Шандуиьского горного института (КНР. 1997), ученом совете Института горного дела СО РАН (Новосибирск, 1996, 1997), ежегодных научных конференциях КузГГУ (1987-1998).

Публикации. По вопросам цементации трещиноватых горных пород опубликовано 68 печатных работ. Основное содержание диссертации изложено в 45 научных работах, включая две монографии, 9 авторских свидетельств и 3 патента на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. списка литературы из 204 наименований. 7 приложений; изложена на 303 страницах машинописного текста и содержит 52 рисунка и 35 таблиц.

Основное содержание работы

1. Состоите вопроса

В практике ведения горных работ широкое применение получил тампонаж трещиноватых горных пород, который характеризуется совокупностью технологических способов нагнетания в породный .массив скрепляющих составов.

В настоящее время тампонаж, в основном, применяют с целью устранения притока воды в горную выработку и упрочнения вокруг нее нарушенных горных пород.

Изучению процесса тампонажа водоносных горных пород растворами на основе цемента посвящены работы многих исследователей, среди них А.Н. Адамович, И.Т. Айтматов. Е,Г. Дуда. ГШ, Гальченко, ГШ; Гончар у к-, ЕЛТ, Калмыков, Э.Я. Кнпко, Г.И. Комаров, Б.А. Корецкий, Б.И. Кравцов, IO.II. Куликов, В.А. Лагунов, А.З. Литвин, В.II. Литов-ченко, Н.Т. Логачев, Ю.А. Максимчук. А.Д. Меликулов, Б.Д. Полопоя. A.B. Попов, Н.М. Поляков. Ю.Н. Сгшчак, НС. Сыркин, Н.Г.Трупак и другие.

Значительный вклад в развитие гидродинамических основ тампонажа внесен И.И. Вахрамесвым, Н.Т. Всриганым Н.Л. Быковым. О.Ю. Лушииковой, В.И. Мищевичем, Ю.А. Полозовым. И.В. Поповым. М.А, С ал ¿¡матовым. В.А. Хямяляйнсным, а из зарубежных ученых

В. Виткег К Бушем, X. Маркрафоы, А. Камбефором, Ф. Реутероы и рядом

ДруГй« К ССЛ ЯТуЯУЙ .

Креплению горных выработок в неустойчивых породах, упрочнению нарушенных горных пород и, в целом, физико-химическому воздействию на породный массив посвящены работы А.Н. Александрова, Б.З. Амусина, Ф.А. Белаенко, И.В. Баклашова, АЛ. Баряха, Н.С. Булычева, Ю.В. Буркова, В.Ф. Беляева, H.H. Волкова, А.Н. Воробьева, С.С. Давыдова, Е.Б. Дружко, Е.Г. Дуда, П.В. Егорова, В.В. Егоишна, JI.M. Ерофеева, Ж.С. Ержаноаа, Ю.З. Заславского, И.Ю. Заславского, В.В. Евтушенко, В.Н. Каретникова, Б.А. Картозкя, И.В. Качан, В.Ф. Компаяец, А.Б. Кондратова, С.Г. Коробкина, Г.И. Кравченко, Г.А. Крупеннихова, О.Г. Латышева, Ю.М. Либермана, Г.Г. Литвинского, A.B. Лебедева,

A.Г. Малинина, А.П. Максимова, А.Н. Насонова, М.Б. Певзнера, Е.В. Пеггренко, В.Л. Попова, А.Г. Протосеня, К.В. Руппенейта, PJH. Савина, М.Б. Устогова, H.H. Фатеевой, Г.Г. Штуыпфа, , Н.М. Шуплика, И.Л. Черняка, A.B. Штепа, В. Бенда, И Гун Ю, В. Ланге, И. Лютке,

B.Р. Наш, К Л. Шмидт, Р. Шталь, Г. Штефе, Ф.Щуерыан, и д.р.

К настоящему времени накоплен положительный опыт упрочнения неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок синтетическими смолами, цементными и другими растворами. Как показывают шахтные инструментальные исследования, нагрузка на крепь пластовых выработок после упрочнения их кровли синтетическими смолами уменьшается в среднем в 1,5-1,7 раза, а смещение кровли в 1,8-2,7 раза.

Однако, несмотря на высокую эффективность упрочнения синтетическими смолами, его широкое применение сдерживается значительной стоимостью смол, необходимостью применения специального оборудования для их транспортирования, хранения, приготовления и нагнетания.

Значительное распространение упрочнение цементацией неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок получило в Китайской Народной Республике, где применение цементации позволяет в 1,5-2,0 раза уменьшить смещение кровли пластовых выработок и обеспечить их безремонтное поддержание на весь период эксплуатации.

Инструментальные исследования по изучению эффективности упрочнения неустойчивой породной кровли пластовых выработок фосфо-гипсовым раствором, свойства которого близки к цементному, выполнены в ДонУГН и МакИСИ. При этом установлено, что смещение кровли

на упрочненных участках выработки в среднем снижалось в 2,5-3,0 раза по сравнению со смешением кровли на кеупрочнекных участках.

Вместе с тем, несмотря на положительные результаты упрочнения, производители работ неоднократно отмечали, что в процессе цементации породной кровля пластовых выработок происходит смещение и отслоение приконтурных пород в выработку и после упрочнения в кровле выработок остается еще много незатампоиированных трещин, что снижает качество ее упрочнения в целом.

Анализ применяемых технических и технологических приемов для упрочнения цементацией неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок показал, что некачественная цементация трещин в кровле обусловлена: наличием в расслоившейся кровле выработки неоднородной трещинной пустотности с максимальным раскрытием трещин вблизи контура выработки; неодиовременностыо развития трещинной пустотности на различных участках выработки; неполным заполнением трещин в кровле при нагнетании нестабильных цементных растворов способом с постоянным расходом; наличием в кровле выработки тонких трещин, в которые цементный раствор не проникает; отсутствием доступной и эффективной технологии формирования на поверхности пластовых выработок изолирующего покрытия.

Для качественного упрочнения цементацией расслоившейся кровли пластовых выработок, обеспечивающего их безремонтное поддержание при минимальных материальных и трудовых затратах, необходимо разработать комплекс технических и технологических мероприятий, позволяющий устранять последствия проявления указанных причин.

2. Особенности фалырадпекаых своЗпэ расслсшшшся кровла шаетоаых вь^аботшх

Натурные инструментальные исследования процесса расслоения породной кровли пластовых выработок выполнялись ШахтНИУИ, КуэНИУИ, МГГУ, МакИСИ, ИГД им. Скочинского, Шандуньским горным институтом КНР и др. Анализ данных исследований показывает, что непосредственная слоистая кровля пластовых выработок на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах расслаивается по наслоениям породы и разделяется на плиты перпендикулярными трещинами при изгибе разделившихся слоев. При этом в процессе смещения расслоившихся пород в выработку, в основном, раскрываются трещины рас-

слоения, а трещины, пдтендикулярные к трещинам расслоения, в большинстве своем остаются практически замкнутыми (зажатыми).

Обобщение и анализ результатов исследований трещиноватости, проводимых в скважинах через оптические приборы в расслоившейся кровле пластовых выработок, позволили установить, что мощность, pao-слоившихся пород на участках вне зоны влияния очистных работ составляет 2,0-3,0 м, а на участках в зоне влияния очистных работ может достигать 4 м и более. При этом: раскрытие трещин расслоения и козффицект трещиноватости пород максимальны у контура выработки к постепенно уменьшаются с удалением от него.

Для определения параметров цементации расслоившейся кровли необходимо знать ее фильтрационные свойства и в первую очередь коэффициент проницаемости пород, который зависит от гидродинамического сопротивления образовавшихся трещин. Выполненная оценка гидродинамического сопротивления трещин в расслоившейся кровле пластовых выработок по методике Г.М. Ломизе позволила установить, что коэффициент гидродинамического сопротивления трещин расслоения в кровле пластовой выработки изменяется от 5 до 18, ъ перпендикулярных им трещин -от 20 до 30.

Для установления характера распределения трещинной проницаемости в расслоившейся кровле и размеров зоны цементации по длине скважины были оценены значения коэффициентов проницаемости трещин расслоения и перпендикулярных им тонких трещин и радиусы цементации вокруг скважины с удалением от контура выработки соответственно по методикам Г.М. Ломизе и КузНИИшахтостроя.

Выполненная численная реализация показала, что в условиях расслоившейся кровли пластовых выработок образуется анизотропная и неоднородная трещинная проницаемость, приводящая к уменьшению размеров зоны цементации вокруг скважины с удалением от контура выработки. Отношение коэффициентов проницаемости трещин расслоения и перпендикулярных им тонких трещин изменяется в расслоившейся кровле от 10®- 10s у контура выработки до 1,0 на границе трещинообразования (расслоения).

Анализ практического опыта инъекционного упрочнения породной кровли пластовых выработок показывает, что упрочнение цементацией наиболее целесообразно осуществлять при расслоении кровли на контуре выработки до трещинной пустотности, равной 4-5 %, когда наибольшее число слоев породы в кровле уже разделилось, но оде не началось интен-

сивное смещение кровли в выработку, вывалообразование и деформирование крепи.

Для определения смещения расслоившихся пород кровли пластовой выработки II, при котором у ее контура образуется заданная трещинная пустотностъ (заданное значение коэффициента трещиновато ста т^}, получено уравнение

Щ,

а(г0-1/)+1

0)

Рис. 1. Схема смещения кровли пластовой выработки

1 - положение контура кровли выработки сразу после ее проходки; 2 - положение контура кровли выработки после его смещения на величину I/; 3 - граница трещинообразо-вания вокруг выработки; 4 - трещины.

В основу решения положено, что объем трещин, образовавшихся вокруг выработки после ее проходки, равен объему смещения породного контура, обусловленного трещинообразованием (см. рис. I). При этом распределение коэффициента трещиноватости с удалением от контура вы-

работки принято экспоненциальным на основе инструментальных исследований ШахтНИУИ

т(г) = тм + (тк - тм) е~а{г~гк),

где Up - смещение, происходящее без трещинообразования, м; U?- смещение, обусловленное образованием в кровле выработки трещин, ы; Т0 - начальный радиус кровли выработки, м; ~ радиус кровли выработки после деформации, и; Jlf - радиус свода трещинообразования в кровле выработки, м; Шц - коэффициент трещиноватости пород кровли до проведения выработки; тп(г) - распределение по длине скважины коэффициента трещиноватости после смещения пород кровли; тк - коэффициент трещиноватости у контура выработки после его смещения на величину V; а - коэффициент, характеризующий кривизну экспоненты, и1.

Численная реализация уравнения (1) на ЭВМ показала, что в реальных условиях пластовых выработок для образования у контура кровли выработки трещинной пустотности, равной 4-5 %, смещение кровли должно составлять (7= 30 - 45 им.

На основе численной реализации полученного уравнения построена номограмма для определения смещения породной кровли пластовой выработки при образовании у ее контура необходимой для цементации трещинной пустотности.

3. Исследование процесса вашетгвна цементных растворов в расслоившуюся шрсдаую крозлго пластовых шрботок

В основу исследований положены результаты экспериментальных и теоретических исследований механизма заполнения трещин цементационным материалом, выполненных в КузНИИшахтострое и КузГТУ под руководством Е.Г. Дуда и В .А. Хяияляйнена и учитывающих седиментацию цементных частиц и отфильтровывание жидкой фазы из раствора. При этом, учитывая специфику трещинообразования в неустойчивой слоистой кровле пластовых выработок, особое внимание было уделено оценке качества заполнения достаточно раскрытых трещин расслоения и возможности цементации перпендикулярных им тонких тряцин путем их предварительного гидравлического расширения.

Для определения остаточного раскрытия трещин расслоения после нагнетания з них нестабильного цементного раствора способом с постоянным расходом было получено уравнение

7яЬЮщ{\-А>)* 1 (2)

В = 4,5А1 - 7А6 + 3,5А3 - !; А = 1 + 0Рс1г] 0 = 2лЯскЬ500'Чт0,

где - радиус распространения цементного осадка, м; (¿- расход раствора, м3/с; 7 - выход осадка из раствора; - радиус скважины, ы; Ъ - коэффициент, зависящий от концентрации раствора, м°-5/с; пц - начальный коэффициент трещиноватостн; 50 - начальное раскрытие трещин, м; Р(1с - конечное давление нагнетания, Па; <р - коэффициент, учитывающий остаточные деформации массива после окончания нагнетания; Р - коэффициент увеличения раскрытия трещин (коэффициент пропорциональности . мезвду приращением давления в трещинах и относительным изменением их объема), Па1.

В основу решения положено определение объемов незаполненных частей трещин расслоения в момент, предшествующий окончанию нагнетания и сжатая трещин расслоения после прекращения нагнетания Ус

8, ~ н с

ОСТ г, 2

я К я '

Мг)

аг = \1л<рг[8(г)-50)1г, (3)

о о

л л

где п - количество трещин, вскрытых скважиной; <5>д(г) - площадь поперечного сечения незаполненных частей трещин на расстоянии г от скважины, м2; (г) - критическая минимальная безосадочная скорость те-

чения цементного раствора над цементным осадком в трещинах на расстоянии 7 от скважины, и/с.

При этом приращение раскрытия трещины 8(т) по ее длине в процессе цементации определено по уравнению Ю.П. Желтова

5(т)=50{\+{ЗР(т)1 (4)

а критическая минимальная безосадочная скорость течения цементного раствора по длине трещин У^р (г) и распределение давления по длине потока Р(г) - из уравнений В.А. Хямяляйнена, согласно построенной им модели нестационарной фильтрации цементных растворов в трещиноватых породах:

Для подтверждения правильности полученного решения на основе метода эквивалентных материалов с соблюдением гидродинамических критериев и критерия подобия процессов механики горных пород в области упругих деформаций разработана экспериментальная установка -модель упругодеформируеиой трещины (а.с. 1035216). Установка состояла из радиальной щели, моделирующей трещину, с углом при вершине 11° и длиной 2,5 м, радиального упругодеформируемого блока, моделирующего горную породу и 25 клавишных пуансонов, передающих давление раствора в щели на упругодеформируемый блок. В качестве материала упруго-деформируемого блока в соответствии с критерием механического подобия Ньютона была подобрана резина и определены масштабные преобразователи для перехода от параметров модели к параметрам натуры.

Экспериментальные исследования по нагнетанию растворов с це-ментно-водным соотношением, равным Ц: В = 1 : 4; 1: 2 и 1:1, выполняли на щели модели с начальным раскрытием 1,0 и 2,0 мм. Методика экспериментальных исследований сводилась к следующему. В щель модели с постоянным расходом нагнетали цементный раствор до наступления установившегося режима течения. При помощи образцового манометра фиксировали конечное давление нагнетания и прекращали инъекцию. С экспериментальной установки снимали крышку и определяли объем находящегося в щели цементного осадка. По значению объема цементного осадка и фактического объема щели для заданного ее начального рас-

крытая определяли остаточное раскрытие щели модели после ее цементации, Проверку уравнения (2) производили путем сопоставления остаточного раскрытия щели, полученного на модели, с теоретическим, рассчитанным для условий модели.

Расход раствора при нагнетании определяли для каждого начального раскрытия щели из условия обеспечения седиментации цементных частиц от ее устья. Количество нагнетаний раствора определенной концентрации в щель заданного раскрытая было определено на основе предварительных экспериментов равным 5 с точностью 10 % при уровне достоверности 99 %.

В результате выполненных экспериментальных исследований была получена удовлетворительная сходимость теоретического и экспериментального остаточного раскрытия трещин в сопоставлении с их начальным раскрытием (табл. 1),

Таблица 1

Результаты эксперимента и расчета по определению остаточного раскрытия трещин расслоения (фрагмент)

Началь- Состав Конечное Началь- Объем це- Остаточное раскры-

ное рас- раст- давление ный объ- ментного тие щели

крытие вора нагнета- ем щели, осадка 1<Ны

щели, ния

Ц:В в модели, в щели, Экспери- Теорети-

10-' м 10-1 мпа Ю-" м* 104 м' ментальное ческое

1,0 1 :4 0,075 6,1 5,23 0,145 0,159

1,0 1:4 0,060 6,1 5,13 0,162 0,174

1.0 1:4 0,060 6,1 5,23 0,145 0,174

1.0 1:4 0,070 6,1 5,33 0,128 0,164

1.0 1 :4 0,065 6,1 5,19 0,152 0,169

2,0 1:4 0,030 12,2 9,88 0,387 0,165

2,0 1:4 0,022 12,2 10,20 0,333 0,173

2.0 1 :4 0,025 12,2 10,45 0,292 0,171

2,0 1 :4 0,022 12,2 10,46 0,290 0,173

2.0 1:4 0,025 12,2 10,46 0,290 0,171

Поскольку после .нагнетания цементного раствора с постоянным расходом в трещинах расслоения над цементным осадком остается неэа-цементарованный зазор, было предложено его цементировать путем последующих нагнетаний раствора в сквакнну. Выполненная численная реализация полученного решения на ЭВМ показала, что в условиях расслоившейся кровли пластовых выработок после второго нагнетания нестабильного цементного раствора способом с постоянным расходом трещины расслоения всегда оказываются полностью заполнены цементным материалом.

Для определения конечного давления нагнетания Р&, расхода (? и объема воды для гидравлического расширения тонких трещин, пер* пендикулярных к трещинам расслоения, получены следующие уравнения:

ч<50

40 + РРск )

+ 1;

(5)

(6)

где Кц - радиус распространения вода от скважины, ы; 5, - раскрытие трещины на удалении г от скважины, м; ¿¡в - коэффициент динамической вязкости воды, Па с; К - начальный коэффициент трещинной проницаемости, м2.

В основу полученных решений положены уравнения В.А. Хямяляй-нена, описывающие закономерность движения воды по трещинам впереди цементного раствора согласно модели нестационарной фильтрации нестабильного цементного раствора в трещиноватых породах:

(1 + ЦР,)3 = З/^ЦЯд/') | 1

Ър 2я1К0(1+0Рск) Ър'

Швй

при этом зависимость между приращением раскрытия трещин от величины избыточного давления в них принята согласно уравнению (4).

Объем воды для гидравлического расширения тонких трещин Уд на заданное расстояние г от скважины определен как

Яд Дг

|я(гКг= \п2к8тт&

^ я*

где - площадь трещин на расстоянии Г от сквашшы в момент, предшествующий окончанию нагнетания, м2.

Для проверки полученных зависимостей и исследования проникновения в гидравлически раскрытые тонкие трещины цементного раствора были выполнены экспериментальные исследования на модели тонкой трещины, упругодефорыируемын блок которой был помещен непосредственно в корпус модели. При этом модель также содержала одну щель, позволяла моделировать заполнение трещины на расстоянии от скважины, равном 2,5 м, и в ней соблюдались гидродинамические критерии и критерий подобия процессов механики горных пород в области упругих деформаций.

Методика экспериментальных исследований по проверке полученных зависимостей сводилась к следующему. В скважину модели с постоянным расходом, обеспечивающим проникновение воды в щель при незначительном начальном давлении, нагнетали воду до наступления установившегося режима течения. Нагнетание продолжали и определяли расход воды в щель модели по объему воды, излившейся из щели за заданный промежуток времени. Фиксировали конечное давление нагнетания с помощью образцового манометра и приращение раскрытия щели на удалении от скважины, равном 1,2 м, по показаниям стрелочного индикатора 13, установленного в крышке модели. Количество экспериментов с фиксированным значением расхода воды в щель модели было определено на основе предварительных экспериментов равным 5 с точностью 10% при уровне достоверности 99 %. Исследование производили при нескольких расходах воды в скважину.

Провожу уравнения (5) для расчета давления нагнетания воды при гидравлическом расширении трещин производили путем сопоставления давления нагнетания воды, полученного на модели, с теоретическим, рассчитанным по уравнению (5) для замеренного приращения раскрытия

щели модели на удалении 1,2 м ох скважины. Исследования выполнялись на щелях с раскрытием 0,08 и 0,05 мм,

В результате экспериментальных исследований была получена удовлетворительная сходимость теоретических, рассчитанных для смоделированных условий, и экспериментальных конечных перепадов давления. Максимальное расхождение составило + 13%; -18%.

Методика экспериментальных исследований по цементации тонких трещин с предварительным их гидравлическим расширением сводилась к следующему. Расходную емкость нагнетательной установки заполняли цементным раствором состава Ц:В = 1:0,5, а в нагнетательный шланг помещали емкость объемом 1,0 л, заполненную водой. Включали нагнетательную установку. Плавно регулируя расход воды в скважину, устанавливали показаний стрелочного индикатора, равным ОД ми. Фиксировали давление на скважине и продолжали нагнетать воду с тем же расходом. После вытеснения из нагнетательного шланга всей воды в щель модели начинал поступал, цементный раствор. Нагнетание раствора производили с постоянным давлением, равным давлению нагнетания воды при гидравлическом расширении трещин, и осуществляли до отказа в поглощении раствора щеаыо модели. Нагнетательную установку отключали и после падения давления в щели модели с нее снимали крышку. Щель модели по длине разделяли на 10 участков длиной по 0,25 м каждый и собирали цементио-водную смесь, находящуюся в щели, отдельно на каждом участке.

Определяли выход цементного осадка из цементно-водной смеси для каждого участка щели. Зная выход цементного осадка из нагнетаемого цементного раствора и фактический выход осадка из собранной смеси на каждом участке, делали вывод о качестве заполнения гидравлически раскрытого участка щели модели цементным раствором.

В результате экспериментальных исследований по цементации гидравлически раскрытых тонких трещин было установлено, что при нагнетании в трещину цементного раствора состава Ц:В = 1:0,5 качественно заполняется цементным материалом участок трещины с раскрытием 5 а 0,1 им. При этом объем цементного раствора, проникающего на участок трещины с раскрытием 6 < 0,1 мм, составляет 150-170 % от объема раствора на участке с раскрытием 5&0,1 мм.

На основе численной реализации полученных решений на ЭВМ построены номограммы, которые позволяют определять параметры гидрав-

лического расширения тонких трещин с достаточной для практических расчетов точностью.

Выполненные исследования позволили получить зависимости для расчета объема цементного раствора, необходимого дня цементации трещин в расслоившейся кровле пластовых выработок.

Для цементации трещин расслоения получено выражение

_ лЯ2//иг[1-ехр(-а/)]

--•

При этом объем цементного раствора Ур принят равным объему подлежащих цементации трещин VT с учетом выхода цементного камня из нагнетаемого раствора т}

i

Vp=VtItj= xR2ljm(lt) dlt<

о

а распределение трещинной пустотности в кровле пластовой выработки по длине скважины m(lt) экспоненциальным по данным ШахтНИУИ

m(lt) = mK ехр(- alt)\ а = - 1п(т*/т*) _

где тп% и mz - коэффициенты трещиноватости у контура и забоя скважины; lt - текущая длина скважины, м.

Для цементации тонких трещин, перпендикулярных к трещинам расслоения, получено выражение

k7tR2imh(\-A*y +<рВ

ур=:-—----(8)

7(1 -Л')'

где к - коэффициент, учитывающий проникновение? раствора на участки трещин с раскрытием менее 0,1 ыы,к = 2,5-2,7.

При этом Ур = {у0-*гАУ)-к, где Уо~ пР?1то - начальный объем цементируемых трещин; АУ- объем приращения раскрытия трещин за счет их гидравлического расширения, определен та уравнения (3).

4. Разработка сквашшиых шпш@шш у«ройсто дяп

кекеЕгтгцнн неустсйчн**?*! слоистой щши кювстойых шлтбошк

При разработке конструкций скважинных инъекционных устройств была принята концепция КузНИИшахтостроя и КузГТУ, предусматривающая нагнетание раствора в породы с неоднородной трещиноватосгыо через скважины переменного гидродинамического сопротивления и учитывающая зависимость распределения трещинной пустотности от смещения породного контура.

Для снижения давления цементного раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью в соответствии с изменением раскрытая трещин расслоения в кровле пластовых выработок разработан инъектор с фильтрационным патроном (а.с. 1555493), который работает следующим образом. Цементный раствор подается к забою скважины и движется к ее устью в узком кольцевом пространстве между стенкой скважины и корпусом фильтрационного патрона. При этом вода из цементного раствора дренируется в фильтрационной патрон, и на его корпусе формируется плотный цементный осадок, который, уменьшая зазор между стенкой скважины и корпусом фильтрационного патрона, создает дополнительное гидродинамическое сопротивление движению раствора. В результате давление по длине скважины снижается.

Для определения рациональных параметров инъектора разработан экспериментальный стенд - модель скважины (положительное решение 97110404/03). При этом скважина в модели изготовлена в натуральную величину длиной 2,2 м и диаметром 52 мм, а трещиноватые породы вокруг скважины заменены эквивалентной средой, выполненной в виде трех фильтрационных камер, каждая из которых разделена на четыре полости перегородками. При этом гидродинамическое сопротивление дросселей в перегородках фильтрационных камер моделирует сопротивление трещин течению в них раствора, а объем фильтрационных камер - объем трещин в заданном объеме породы по длине скважины.

Объемы фильтрационных камер VI и диаметры дросселей в их перегородках были определены для наиболее характерных параметров трещиноватосш в расслоившейся кровле пластовых выработок при радиусе распространения цементного раствора от скважины Я = 1,0 ы:

У1 = 0,0288 м\ Ут=0,0228 м3, У} = 0,006 с1} = 3,0 ми , а2 = 2,4 мм,

ыг= 1,8ММ.

В табл. 2 представлены параметры трещиновато ста моделируемых пород натуры,

Таблица 2

Параметры трещиновато ста моделируемых пород натуры

Параметры трещиноватости Усл. обозн. Един, изы. Участки скважины, м

0,0-0,7 0,7-1,4 1,4-2,1

Коэффициент трещиноватости т % 1,31 1,04 0,273

Среднее раскрытие трещин расслоения 10дм 1,5 0,8 0,3

Коэффициент гидродинамического сопротивления трещин расслоения £ 7,4 7,85 9,96

Коэффициент трещинной проницаемости 10 " м* 330 70,65 2,06

Методика экспериментальных исследований сводилась к следующему. В скважину модели нагнетали цементный раствор с концентрацией Ц:В = 1:4, 1:3 и 1:2 с постоянным расходом, обеспечивающим седиментацию цементных частиц непосредственно от устьев моделируемых трещин, до начала его излива ю любой фильтрацинной камеры. Фиксировали показания манометров в устьевой и забойной частях скважины и выключали насос.

После падения давления в скважине из нее извлекали инъектор, разбирали его и промывали. С фильтрационных камер снимали крышки и замеряли объемы цементного осадка, поступившего в каждую камеру.

Для оценки влияния создаваемого перепада давления по длине скважины на процесс распространения цементного раствора от скважины рассчитывали соотношение относительного содержания цементного осадка в камерах модели-. По замеренным значениям давления в устьевой и забойной частях скважины расчетным путем определяли радиусы цементации вокруг устьевой и забойной частей скважины в моделируемом породном цилиндре и их соотношение.

С целью определения эффективности цементации трещин расслоения через разработанный ккьектор нагнетание раствора в модель екзазккны производили для сравнения как через разработанный ннъектор, так и без него. Для картой серия экспериментов проводили по три нагнетания.

Фильтрационный патрон иньектора при экспериментах заполнят! сухим речным песком со стандартным диаметром фракций: 2,50-1,25 мы, 1,25-0,63 мм, 0,63-0,315 ым и 0,315-0,125 мы. Расстояние между поперечными прорезями перфорации стенок фильтрационного патрона шириной 0,6 мм принимали равным 15 мм, 10 мм и 5 мм. Экспериментальные исследования проводили как на инъееторе, оборудованном камерой отвода фильтрата (водь» из фильтрационного патрона), так и без нее.

Рис. 2. Принципиальная конструкция инъектора без камеры отвода фильтрата: 1- перфорированный корпус фильтрационного патрона; 2 - нагнетательная труба; 3 - песок фильтра; 4 - заглушка; 5 - герметизатор скважины.

Выполненные экспериментальные исследования позволили установить, что инъекгор без камеры отвода, фильтрата (см. рис. 2) снижал давление по длине скважины так же, как и более сложный инъектор с камерой отвода фильтрата. При этом было установлено, что для обеспечения 7-10 кратного снижения давления раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью при цементации трещин расслоения через скважину длиной 2,2 м и диаметром 52 мм растворами состава Ц:В = 1:4, 1:3 и 1:2 фильтрационный патрон инъектора без камеры отвода фильтрата должен иметь следующие параметры: диаметр 47-48 мм, фильтрующий материал - сухой песок со стандартным диаметром фракции 0,63 -0,315 мм, толщина слоя песка между корпусом фильтрационного патрона и нагнетательной трубой инъектора - 15-16 мм, перфорация корпуса патрона - по две прорези шириной 0,6 и длиной 65-68 мм каждая, в попереч-

ных сечениях корпуса патрона, расположенных через каждые 5 ыы по его дакне. При цементации трещин расслоения через разработанный ннъек-тор соотношение радиусов цементации вокруг устьевой и забойной частей скважины выравнивается до 1\у /113 = 1,5-2,0 (при нагнетании без инъек-тора соотношение Ку}Л3 = 17-20).

Кроме этого, на основе выполненных исследований по определению зависимости между смещением пород кровли пластовой выработки и образующейся в кровле трещинной пустотностыо (см. раздел 2) разработан инъекционный анкер-репер (ах. 1642035), который позволяет фиксировать заданное смещение контура кровли пластовой выработки вокруг скважины и за счет этого производил, нагнетание цементного раствора в скважину в момент образования у контура кровли выработки необходимой для цементации трещинной пустотности.

Принцип работы инъекционного анкер-репера заключается в следующей. В скважину 1 (см. рис. 3 а) помещают обычный металлический анкер. Закрепляют замок анкера в донной части шпура. При этом штанга анкера 2 должна выступать в выработку из скважины на 0,15-0,20 м.

Рис. 3. Конструкция и принцип работы инъекционного анкер-репера: 1- скважина; 2 - штанга; 3 - замок; 4 - тампонажная трубка; 5 - цементно-песчаный раствор; 6 - трещины расслоения; 7 - изолирующее покрытие.

Тампонажную трубку 4 обмазывают бысхросхватывающимся цементно-песчаньш-раствором 5 и забивают в скважину так, чтобы

штанга 2 выступала из трубки 4 на величину II, которая определяет за-

ДашТА« ща гшп/^т» »ш Т1>л«пчтй т»» /лтгягтмотш>ппггт* ттггчгт^ч

вой выработки при образовании у ее поверхности заданной трещинной пуетотностк определяют кз уравнения (1) или построенной по нему номограмме).

Через некоторое время после установки анкер-репера вокруг него начинают образовываться новые трещины расслоения 6 (см. рис. 3 б). При этом происходит смещение контура выработки и штанга 2 затягивается в тампонажную трубку 4. Заданное смещение V на контуре выработки достигается, когда выступающий из тампонажной трубки 4 конец штанги 2 поравняется с ее краем.

После расслоения кровли пластовой выработки с образованием вокруг анкер-репера необходимой трещинной пустотности (после достижения заданного смещения II) на поверхность выработки вокруг анкер-репера наносят изолирующее покрытие 7 и нагнетают в него цементный раствор. Происходит упрочнение пород вокруг скважины и плотное бетонирование штанги 2 в скважине 1.

5. Разработка техиологан уврэчншиа цементацией неустойчивей слжстой вровлн Пластовых сыработок

На основе результатов выполненных исследований была разработана технология крепления и поддержания пластовых выработок с упрочнением их расслоившейся кровли цементацией для случаев цементации в процессе проведения и эксплуатации выработки (рис. 4 и 5).

Технология цементации расслоившейся кровли в процессе проведения пластовой выработки предусматривает ее крепление крепью регулируемого сопротивления КРС. При этом в качестве базовой крепи применяется металлическая рамная крепь. В качестве устройства контроля сигнальных смещений - разработанные инъекционные анкер-реперы. В качестве крепи усиления - упрочненная цементацией и инъекционными анкер-реперами расслоившаяся кровля пластовой выработки.

Упрочнение *д>овлн в процессе проведения выработки включает следующие этапы: установку в скважины инъекционных анкер-реперов (рис. 4 а) [а.с. 1642035], нанесение на поверхность выработки вокруг анкер-репера дискретного изолирующего покрытия (рис. 4 б) [патент 2018675, а.с. 1537818, 1770574], цементацию трещин расслоения через инъекционный анкер-репер (рис. 4 в) [а.с. 1035229] и цементацию тонких трещин с предварительным их гидравлическим расширением (рис. 4 г) [а.с. 1456585}.

Рис. 4. Этапы упрочнения кровли в процессе проведения пластовой выработки:

1 - скважина; 2 - инъекционный анкер-репер; 3 - дискретное покрытие; 4 - трещины расслоения; 5 - цементационный насос; 6 - трещины, перпендикулярные к трещинам расслоения.

Технология цементации расслоившейся кровли в процессе эксплуатации пластовой выработки предназначена для повышения устойчивости участков выработки, подвергшихся во время эксплуатации значительным деформациям, т.е. участков выработки, которые при их дальнейшей эксплуатации потребовали бы перекрепления. При этом упрочнение кровли в процессе эксплуатации пластовой выработки включает следующие этапы: нанесение на поверхность выработки вокруг скважины дискретного изолирующего покрытия (рис. 5 а) [патент 2018675, а.с. 1537818, 1770574]; цементацию трещин расслоения через ингекгор с фильтрационным патроном двукратным нагнетанием нестабильного цементного раствора с постоянным расходом (рис. 5 б) [а.с. 1555493, патент 2112881], установку в скважину ж/б анкера после извлечения из нее инъектора с фильтрацион-

Рис. 5. Этапы упрочнения кровли в процессе эксплуатации пластовой выработки: 1 - скважина; 2 - дискретное изолирующее покрытие; 3 - инъехгор с фильтрационным патроном; 4 - трещины расслоения; 5 - цементационный насос; 6 - ж/б анкер; 7 - трещины, перпендикулярные к трещинам расслоения.

Формирование дискретного изолирующего покрытия на поверхности пластовой выработки включает следующие операции: обнаружение на поверхности выработки трещин, гидравлически связанных с цементационной скважиной, путем нагнетания в скважину контрастной жидкости или сжатого воздуха {а.с. 1537818], изоляцию крупных трещин на поверхности выработки, гидравлически связанных с цементационной скважиной, водонепроницаемым [а.с. 1770574] или водопроницаемым [патент

2018675] покрытием, цементацию трещин, имеющих выход на поверхность выработки.

При применении разработанной технологии расчет крепи пластовой выработки с упрочненной цементацией породной кровлей следует производить по методике ВНИМИ по изменному расчетному сопротивлению пород на сжатие после их упрочнения которое следует принимать по данным КузНИИшахтостроя и рекомендациям ВНИМИ из условия Л* = (0,6-0,7)но не более предела прочности цементного

камня на сжатие, которое составляет 35-40 МПа, щс СГ^ - предел прочности породы на одноосное сжатие.

Несущую способность зацементированного в скважине инъекционного анкер-репера и железобетонного анкера следует принимать на стадии проектирования по данным МакИСИ соответственно равными: 85-100кН и 100-170кН.

Разработанная технология упрочнения цементацией неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок прошла опытно-промышленную проверку на участках вентиляционного штрека лавы № 362 пласта XII уклонного поля № 7 шахты "Березовская" АО "Севфокузбассуголь" и откаточного штрека шахты "Линдзя" треста "Лунко" Китайской Народной Республики. Кроме этого, эффективность разработанных инъекционных анкер-реперов подтверждена их успешным испытанием в путевом квершлаге бывшего Кушеяковского участка шахты "Нагорная" концерна "Южкузбассуголь", а отдельные элементы технологии, учитывающие деформационное поведение тампонируемого массива, внедрены в клетевом стволе шахты им. Ленина и вентиляционном стволе шахты "Распадская" концерна "Южкузбассуголь". Экономический эффект от применения разработанной технологии только на шахте "Березовская" в ценах 1995 г. составил 173.280.000 руб. (34.600 $ США).

Основные технические и технологические решения, разработанные в диссертационной работе, вошли составной частью в комплексную работу "Разработка и широкомасштабное внедрение новых высокоэффективных управляемых технологий формирования цементационных завес вокруг выработок для обеспечения безаварийной эксплуатации угольных шахт в условиях обводненных и нарушенных горных пород", за выполнение которой в 1998 г. присуждена премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники.

Заключение

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технические и технологические решения по последующему упрочнению цементацией неустойчивой слоистой породной кровли и креплению пластовых выработок, обеспечивающие снижение трудоемкости и стоимости их поддержания, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в технологии шахтного строительства.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. В настоящее время разработаны эффективные способы и накоплен большой практический опыт последующего упрочнения цементацией неустойчивых трещиноватых пород в условиях полевых горных выработок. Однако, вследствие горно-геологических и горнотехнических особенностей пластовых выработок, технологические приемы последующей цементации пород, разработанные для условий полевых выработок, не обеспечивают требуемого качества цементации расслоившейся кровли пластовых выработок.

2. Установлено, что неравномерная зона цементации по длине инъекционной скважины в расслоившейся породной кровле пластовых выработок формируется за счет анизотропии и неоднородности ее трещинной проницаемости. При этом трещины, образовавшиеся при изгибе разделившихся слоев и перпендикулярные к трещинам расслоения, после цементации остаются, в основном, неза цементированными, поскольку в эти практически замкнутые трещины цементный раствор не проникает. Коэффициент гидродинамического сопротивления трещин расслоения в кровле пластовых выработок возрастает от <£ = 5 вблизи контура выработки до £ = 18 на границе трещинообразования, а для трещин, перпендикулярных к трещинам расслоения, он изменяется в диапазоне £ = 20 - 30.

3. Установлено, что после второго нагнетания нестабильного цементного раствора в скважину с постоянным расходом, обеспечивающим седиментацию цементных частиц в трещинах расслоения кровли пластовой выработки непосредственно от скважины, трещины расслоения оказываются полностью заполнены цементным осадком.

4. Проникновение цементного раствора состава Ц:В=1:0,5 в тонкие трещины, перпендикулярные к трещинам расслоения, на заданное расстояние Я от скважины обеспечивает их предварительное гидравлическое

расширение до раскрытия 3= 0,1 мм на расстоянии R от скважины и нагнетание в раскрытые трещины вслед за жидкостью гидравлического расширения цементного раствора с постоянным давлением, равным давлению, при котором производилось расширение трещин. При этом объем цементного раствора, проникающего на участки трещин с раскрытием S < 0,1 мм, составляет 150 - 170 % от объема раствора, находящегося на участках трещин с раскрытием 5 >0,1 мм.

5. Для того чтобы сильно расслоившиеся породы вблизи контура пластовой выработки при цементации в процессе ее эксплуатации не подвергались необоснованно высоким инъекционным давлениям, разработан инъектор с фильтрационным патроном, который плавно уменьшает давление раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью в соответствии с изменением проницаемости трещин расслоения. При этом установлено, что для обеспечения 7-10 кратного снижения давления раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью при цементации трещин расслоения через скважину длиной 2,2 м и диаметром 52 мм растворами состава Ц:В - 1:4, 1:3 и 1:2 фильтрационный патрон инъекто-ра должен иметь следующие параметры: диаметр 47-48 мм, фильтрующий материал - сухой песок со стандартным диаметром фракции 0,630,315 мм, толщина слоя песка между корпусом фильтрационного патрона и нагнетательной трубой инъектора - 15-16 мм, перфорация корпуса патрона - по две прорези шириной 0,6 и длиной 65-68 ым каждая, в поперечных сечениях корпуса патрона, расположенных через каждые 5 мм по его длине. При цементации трещин расслоения через разработанный инъектор соотношение радиусов цементации вокруг устьевой и забойной частей скважины выравнивается до соотношения 1,5 - 2,0.

6. Установлено, что образование у контура кровли пластовой выработки трещинной пусготности, равной 4-5 %, при которой наибольшее число слоев породы в кровле уже разделилось, но еще не началось интенсивное смещение породы в выработку и деформирование крепи, происходит при смещении породного контура в выработку на U = 30-45 мм. При креплении пластовой выработки крепью регулируемого сопротивления упрочнение цементацией слоистой кровли выработки в момент образования у ее контура трещинной пусготности, равной 4-5 %, обеспечивает нагнетание раствора в скважину через разработанный инъекционный анкер-репер, который фиксирует сигнальное смещение контура выработки U после его установки.

7. Дшг создания на поверхности пластовой выработки изолирующего покрытия достаточно на ее поверхности изолировать трещины, гидравлически связанные с цементационной скважиной. При этом оставшиеся на поверхности выработки неизолированные тонкие трещины и поры в процессе цементации отфильтровывают в выработку жидкую фазу из нагнетаемого раствора (воду), повышая качество заполнения трещин цементационным материалом.

8. Разработанная технология упрочнения цементацией слоистой породной кровли пластовых выработок, включающая нанесение на поверхность выработки дискретного изолирующего покрытия, двухступенчатое нагнетание нестабильного цементного раствора способом с постоянным расходом через иньектор с фильтрационным патроном при цементации пород в процессе эксплуатации выработки и нагнетание способом с постоянным давлением через инъекционный анкер-репер при цементации пород в процессе проведения выработки, нагнетание в тонкие трещины стабильного цементного раствора с предварительным их гидравлическим расширением обеспечивает повышение качества цементации трещин, увеличение прочности формируемого породобетонного свода в кровле пластовых выработок и снижение трудоемкости и стоимости их поддержания.

9. Эффективность разработанных технических и технологических решений подтверждена положительными результатами их опытно-промышленной проверки в горных выработках на четырех шахтах Кузнецкого угольного бассейна и на, шахте "Лунко" Китайской Народной Республики. Реальный экономический эффект от внедрения разработанной технологии только в вентиляционном ипреке шахты "Березовская" в ценах 1995 г. составил 173,3 млн. руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

,1. Хямяляйнен В.А., Угляница A.B. Фильтрация цементных растворов в деформируемых трещиноватых породах У ФТПРПИ.- 1983.- № 2.-С. 89-92.

2. Угляница A.B. Влияние деформируемости горного массива на выбор параметров технолог ии цементации // Вопросы техники и технологии строительства угольных шахт и разрезов: Сб. науч. тр. / КузНИИшахто-строй.- Кемерово, 1983.- С.- 96-104.

3. Хямяляйнен В.А., Угляница A.B. Рекомендации по определению давлений нагнетания и расхода тампонажных материалов при предварительной цементации трещиноватых горных пород вокруг капитальных

горных выработок /КузНИИшахтострой.- Кемерово, 1984.- 36 с.

4. Хямяляйнен В.А., Ушяница A.B. Влияние деформаций горного массива, на процесс инвестирования цементными растворами // ФШРПИ.- 1987.-№3.-С. 35-41.

5. Выбор технологии нагнетания нестабильных цементных растворов при тампонировании трещиноватых горных пород / Хямяляйнен В.А., Дуда Б.Г., Бурков Ю.В., Угляница A.B. // Вопросы ускорения научно-технического прогресса в шахтном строительстве и стройиндустрии: Сб. научн. трудов / КузНИИшахтострой,- Кемерово, 1987.- С. 74-82.

6. Петров А.И., Угляница A.B., Серякова H.A. К вопросу о возможности цементации тонких трещин // Совершенствование горнопроходческих работ при сооружении шахт и рудников: Межвуз. сб. науч. тр. / Кузбас. политехи, ин-т.- Кемерово, 1989,- С. 15-20.

7. Петров А.И., Угляница A.B., Удовиченко В.М. К вопросу о создании изолирующего покрытия при инъекционном упрочнении трещиноватых горных пород // Совершенствование технологии шахтного строительства: Межвуз. сб. научн. тр. / Кузбас. политехи, ин-т.- Кемерово, 1990.-С. 27-31.

8. Угляница A.B., Масаев Ю.А. Проектирование технологии крепления капитальных выработок на угольных шахтах на основе технико-экономического сравнения различных видов крепи // Технико-экономический анализ и теория проектирования в горном деле. Часть 2: Межвуз. сб. научн. тр. / ИГД Казах. ССР - Казах, политехи, ин-т.- Алма-ата, 1991.-С. 24-27.

9. Петров. А.И., Угляница A.B., Удовиченко В.М. Совершенствование технологии крепления горных выработок анкер инъекционной крепью // Научно-технические проблемы сооружения горных выработок: Межвуз. сб. научн. тр. / Кузбас. политехи, ин-т,- Кемерово, 1991.- С. 4-8.

10. Анализ причин смертельного травматизма на шахтах Кузбасса / Масаев' Ю.А., Угляница A.B., Сурков A.B., Отроков В.Г. // Безопасность труда в промышленности.- 1992.- № 9,- С. 66-67.

П. Упрочнение горных пород с целью предотвращения их обрушения в горных выработках / Масаев Ю.А., Угляница A.B., Сурков A.B., Бучатский В.М. // Организационно-технические проблемы шахтного строительства: Межвуз. сб. научн. тр. / Кузбас. политехи, ин-т.- Кемерово, 1992.-С. 119-123.

12. Масаев Ю.А., Угляница A.B. Об использовании рациональных видов крепей при проведении горных выработок на шахтах Кузбасса // Совершенствование технологии строительства горных предприятий: Межвуз. сб. научн. тр. / Кузбас. гос. техн. ун-т.- Кемерово, 1994,- С. 57-60.

13. Упрочнение сопряжения очистного забоя со штреком анкер-инъекционной крепью / Угляница A.B., Масаев Ю.А., Бучатский В.М.,

Сурков A.B. II Совершенствование технологии строительства горных предприятий: Межвуз. сб. научн. тр. / Кузбас. гос. техн. ун-т,- Кемерово, 1994.-С. 67-71. Л;

14. Угляница A.B., Масаев ¡O.A., Корчуганов В.П. О повышении качества цементации трещин при последующем упрочнении горных пород II Совершенствование технологии строительства горных предприятий: Межвуз. сб. научн. тр. / Кузбас. гос. техн. ун-т.- Кемерово, 1994.- С. 88-93.

15. Угляница A.B. О повышении качества последующего упрочнения горных пород цементными растворами II Технология подземного строительства: Сб. научн. тр. / Кузбас. гос. техн. ун-т,- Кемерово, 1995.-С. 14-19.

16. Угляница A.B. О возможности тампонажа тонкотрещиноватых горных пород цементными растворами // Известия Вузов. Горный журнал.-1995.-№7.- С. 52-55.

17. Угляница A.B., Понасенко СЛ. Последующая цементация трещиноватых пород без изоляции поверхности выработки II Актуальные вопросы подземного и наземного строительства: Сб. научн. тр. / Кузбас. гос. техн. ун-т.- Кемерово, 1996.-С. 10-15.

18. Угляница A.B., Понасенко C.JI. О технологии нагнетания нестабильных цементных растворов при цементации трещиноватых пород II Актуальные вопросы поземного и наземного строительства: Сб. научн. тр. / Кузбас. гос. техн. ун-т.- Кемерово, 1996.- С. 23-28.

19. Угляница А. В. Последующая цементация трещиноватых пород из выработки с обнаженной поверхностью II Техника и технология разработки полезных ископаемых: Межвуз науч.-тех. сб. Вып. 2 / СибГГМА.Новокузнецк, 1996,- С. 49-52.

. 20. Угляница A.B. Упрочнение трещиноватых горных пород цементацией через анкер-инъектор с фильтрационным патроном // Совершенствование технологии строительства горных предприятий: Материалы научн. конф. (13-14 июня 1997 г.) I Кузбас. гос. техн. ун-т.- Кемерово, 1997-С. 77-86.

21. Першин В.В., Угляница A.B. Рекомендации по технологии последующего упрочнения горных пород цементацией без нанесения на поверхность выработки сплошного изолирующего покрытия .- Кузбас. гос. техн. ун-т.- Москва - Кемерово, 1997,- 42 с.

22. Угляница A.B. Упрочнение подготовительных выработок цементацией // Технология и механизация горнопроходческих работ: Сб. науч. тр./ Южно-Рос. отд. АГН РФ; Новочерк. гос. техн. ун-т .- Новочеркасск: НГТУ, 1997.-С. 48-52.

23. Крепление подготовительных выработок в Китайской Народной Республике / Першин В.В., Угляница A.B., Вань Мин-Юань, Ван Цху-Хэ, Цзяо Ви-го // Актуальные вопросы подземного и наземного строитель-

ства: Сб. науч. тр. / Редкол.: В.В. Першин (отв. ред.) и др.; Кузбас. техн. гос. ун-т.-Кемерово, 1997,-С. 53-58.

24. Угляница A.B. Об особенностях упрочнения кровли угольных пластов цементацией в подготовительных горных выработках // Актуальные вопросы подземного и наземного строительства: Сб. науч. тр. /Редкол.: В.В. Першин (отв. ред.) и др.; Кузбас. техн. гос. ун-т.- Кемерово,

1997.-С. 81-87.

25. Угляница A.B. О качестве последующей цементации трещиноватых горных пород // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых: Межвузовский научно-технический сборник. Вып. 3/СибГГМА.-Новокузнецк, 1997.-С. 134-139.

26. Перлит В.В., Угляница A.B. Разработка и обоснование технологии упрочнения тонкотрещиноватых горных пород цементными растворами АГН; Кузбас. гос. техн. ун-т.- Кемерово, 1997.- 79 с.

27. Першин В.В., Угляница A.B. Тампонаж трещиноватых горных пород при нагнетании нестабильных цементных растворов способом с постоянным расходом // Изв. Вузов. Горный журнал.- 1997.- № 7-8.- 43-46.

28. Разработка технологии упрочнения кровли подготовительных выработок инъекционными анкер-реперами / Угляница A.B., Першин В.В. // Веста. КузГТУ, 1998.- № 2,- С. 43-46.

29. Угляница A.B., Першин В.В. Цементация трещиноватых пород в условиях подготовительных горных выработок I Кузбас. гос. техн. ун-т.-Кемерово, 1998.- 220 с.

30. Pershin V.V., Ouglianitsa A.V. Exfended with compressed water II Technology for chemical mines (China).- 1998.- № 3.- P. 45-48.

31. Першин B.B., Угляница A.B. Упрочнение тонкотрещиноватых горных пород цементными растворами И Изв. Вузов. Горный журнал .-

1998.-№2.-С. 82-87.

32. Об особенностях крепления подготовительных горных выработок на угольных шахтах КНР и Кузнецкого угольного бассейна / Першин В .В., Угляница A.B., Ван Мин-Юань, Ван Цзу-Хэ, Цзяо Ви-Го И Уголь.-1998.-No 5.-С. 27-29.

33. Qiao Weiguo, Ouglianitsa A.V. Grouting-folts with Controllable Grout - Density for Reinforcing the Strata Surrounding Tunnds // Journal of Shandons Mining Institute(China).- 1998.- № 3.- P. 295-298.

34. A.c. 1035216 СССР, МКИ E 21 С 39/00. Модель трещиноватого горного массива / В.А. Хямяляйнен, A.B. Угляница (СССР).-№ 3412403/22-03; Заявл. 24.03.82; Опубл. 15.08.83; Бюл. № 30.- С. 105.

35. A.c. 1035229 СССР, МКИ Е 21 Д 1/16. Способ цементации горных пород / В.А. Хямяляйнен, A.B. Угляница (СССР).- № 3234759 / 22-03; Заявл. 12.01.81; Опубл. 15.08.83; Бюл. №30.-С. 107.

36. A.c. 1154465 СССР, МКИ Е 21 Д 1/16. Способ создания модели

горных пород с трещинами с помощью эквивалентных материалов / Хямяляйнен В.А., Угаяница А.В, Олендер Г.Я. (СССР).- № 3700141/22-03; Заявл. 13.02.84; Опубл. 07.05.85; Бюл. № 17.- С. 95.

37. A.c. 1456585 СССР, МКИ Е 21 Д 1/16, 20/00. Способ тампонажа горных пород с неоднородной трещиноватостью / A.B. Угаяница,

B.А. Хямяляйнен, Е.Г. Дуда, Ю.В. Бурков (СССР).- № 3429683/22-03; Заявл. 12.03.87; Опубл. 07.06.89; Бюл. № 5.- С. 144.

38. А. с. 1537818 СССР, МКИ Е 21 Д 1/16. Способ крепления горных выработок / А. В. Угаяница, П.М. Гогодев, А.И. Петров, Ю.В. Бурков (СССР).- № 4396156/23-03; Заяви. 23.03.88; Опубл. 23.09.90; Бюл. № 3.-

C. 149.

39. A.c. 1555493СССР, МКИЕ 21Д 1/16, Е 21В 33/12. Способ цементации горных пород / A.B. Угаяница, В.А. Хямяляйнен, Ю.В. Бурков, А.И. Петров, П.С. Сыркин (СССР).- № 4330727 / 23-03; Заявл. 23.11.87; Опубл. 07.04.90; Бюл. № 13.- С. 154.

40. А. с. 1642035 СССР, МКИ Е 21 Д 20/00. Способ крепления горных выработок/A.B. Угаяница, А.И. Петров, В.М. Удовиченко, H.A. Се-рякова. (СССР).- № 4674431 / 03; Заявл. 0,5.04.89; Опубл. 15.04.91; Бюл. №14.- С. 123.

41. A.c. 1770574 СССР, МКИ Е 21 Д 20/00. Способ возведения на-брызгбетонной крепи ПО.А. Масаев, A.B. Угаяница, А.И. Петров, А.Ф. Агафонов (СССР).-№ 4822595/03; Заявл. 04.05.90; Опубл. 23.10.92; Бюл. №39.-С. 135.

42. A.c. 1807213 СССР, МКИ Е 21 Д 20/00. Способ упрочнения горных пород / В.А. Хямяляйнен, С.М. Простов, A.C. Деревнин, A.B. Угаяница (СССР).- № 4929581 /03; Заявл. 22.04.91; Опубл. 07.04.93., Бюл. №13.-С. 107.

43. Патент № 2018675 C1 (RU), МКИ Е 21 Д 1/16. Способ упрочнения горных пород вокруг горной выработки / A.B. Угаяница, А.И. Петров, В.М. Удовиченко, Ю.А. Масаев, H.A. Серякова.- № 4812502/03; Заявл. 29.01.90; Опубл. 30.08.94; Бюл. № 16.- С. 136.

44. Патент № 2112881 C1 (RU), МКИ Е 21 Д 1/16. Способ упрочнения горных пород МКИ Е 21 Д 1/16, Е 21 Д 11/10. Способ упрочнения горных пород / A.B. Угаяница, В.А. Хямяляйнен, В.В. Першин, С.Л. По-насенко - № 96114749/03; Заявл. 19.07.96; Опубл. 10.06.98; Бюл. № 16.-С. 106.

45. Положительное решение на выдачу патента РФ, МКИ Е 21 С 39/00. Модель трещиноватого горного массива, вскрытого скважиной / A.B. Угаяница, В.В. Першин - № 97110404/03 от 21.01.99; Заявл. 19.06.97.

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований. 1В

1Л. Тампонаж трещиноватых горных пород при проведении и поддержании горных выработок.

1.2. Анализ результатов исследований процесса распространения цементных растворов в трещиноватых горных породах.

1.3. Необходимость разработки технологии упрочнения цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок

1.3.1. Способы крепления пластовых выработок с неустойчивой слоистой кровлей

1.3.2. Опыт инъекционного упрочнения слоистой породной кровли пластовых выработок

1.3.3. Технические приемы нагнетания цементных растворов, учитывающие неоднородность раскрытия трещин по длине скважины.

1.3.4. Рекомендации по определению момента образования вокруг выработки трещиноватости, необходимой для качественной цементации пород.

1.3.5. Влияние способа нагнетания нестабильного цементного раствора на качество цементации трещин в условиях пластовых выработок

1.3.6. Анализ возможности цементации тонких трещин.

1.3.7. Особенности формирования изолирующего покрытия на поверхности пластовых выработок.

1.4. Прочностные свойства зацементированных углевмещающих горных пород.

Выводы, цель и задачи исследований.

2, Особенности фильтрационных свойств расслоившейся породной кровли пластовых выработок

2.1. Анализ результатов натурных исследований процесса расслоения породной кровли пластовых выработок.

2.2. Гидродинамическое сопротивление и проницаемость трещин в расслоившейся породной кровле пластовых выработок

2.3. Определение смещения породного контура кровли пластовой выработки при образовании в ней заданной трещинной пустотности

Выводы.

3. Исследование процесса нагаетания цементных растворов в расслоившуюся кровлю пластовых выработок

3.1. Определение остаточного раскрытия трещин расслоения после нагнетания в них нестабильного цементного раствора способом с постоянным расходом.

3.2. Экспериментальные исследования цементации трещин расслоения при нагнетании нестабильных цементных растворов способом с постоянным расходом.

3.2.1. Выбор модели и определение ее параметров

3.2.2. Разработка конструкции экспериментального стенда -модели

3.2.3. Методика экспериментальных исследований

3.2.4. Результаты экспериментальных исследований

3.3. Определение остаточного раскрытия трещин расслоения после повторного нагнетания в них нестабильного цементного раствора.

3.4. Определение конечного давления нагнетания, расхода и объема воды для гидравлического расширения тонких трещин в кровле пластовых выработок.

3.5. Экспериментальные исследования по цементации тонких трещин с предварительным их гидравлическим расширением

3.5.1. Разработка конструкции экспериментального стенда-модели.

3.5.2. Определение параметров трещиноватой упругой среды экспериментального стенда-модели.

3.5.3. Определение давления нагнетания воды при гидравлическом расширении трещин.

3.5.4. Исследование процесса цементации гидравлически раскрытых тонких трещин.

3.6. Определение параметров способа цементации тонких трещин с предварительным их гидравлическим расширением

Выводы.

4. Разработка скважинных инъекционных устройств для цементации слоистой кровли пластовых выработок

4.1. Разработка принципиальной конструкции иньектора для снижения давления цементного раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью

4.2. Экспериментальные исследования цементации трещин расслоения через инъектор с фильтрационным патроном на модели скважины.

4.2.1. Обоснование метода исследований.

4.2.2. Изготовление опытного образца инъектора

4.2.3. Разработка конструкции модели скважины и определение ее параметров.

4.2.4. Методика экспериментальных исследований.

4.2.5. Результаты экспериментальных исследований.

4.2.6. Экспериментальные исследования на модели скважины с инъектором упрощенной конструкции

4.3. Разработка конструкции инъекционного анкер-репера.

Выводы.

5. Разработка технологии упрочнения цементацией слоистой породаой кровли пластовых выработок

5.1. Изоляция на поверхности пластовой выработки трещин, гидравлически связанных с цементационной скважиной

5.1.1. Обнаружение мест выхода вскрытых скважиной трещин на поверхность пластовой выработки

5.1.2. Изоляция крупных трещин на поверхности пластовой выработки.

5.1.3. Цементация трещин, имеющих выход на поверхность пластовой выработки

5.2. Упрочнение пород кровли пластовой выработки в процессе ее эксплуатации.

5.2.1. Создание изолирующего покрытия на поверхности пластовой выработки.—

5.2.2. Длина цементационной скважины

5.2.3. Расстояние между цементационными скважинами

5.2.4. Назначение концентрации цементного раствора.

5.2.5. Способ нагнетания цементного раствора.

5.2.6. Определение расхода раствора в скважину.

5.2.7. Определение конечного давления нагнетания и объема цементного раствора

5.2.8. Установка в скважину железобетонного анкера.

5.2.9. Цементация тонких трещин.

5.3. Упрочнение пород кровли пластовой выработки в процессе ее проведения.

5.3.1. Определение длины скважины под инъекционный анкер-репер.

5.3.2. Расстояние между скважинами.

5.3.3. Установка анкер-репера.—.

5.3.4. Изоляция поверхности выработки.

5.3.5. Выбор концентрации раствора.

5.3.6. Цементация трещин, вскрытых скважиной.

5.3.7. Определение конечного давления нагнетания

5.3.8. Цементация тонких трещин.

5.4. Оборудование для нагнетания цементного раствора

5.5. Определение параметров трещиноватости

5.6. Контроль качества цементации породной кровли пластовой выработки.

5.7. Область и ожидаемые объемы применения разработанной технологии упрочнения цементацией слоистой породной кровли пластовых выработок.

5.8. Расчет крепи пластовых выработок с упрочненной цементацией породной кровлей.

5.9. Внедрение результатов исследований

5.9.1. Упрочнение цементацией породной кровли вентиляционного штрека шахты "Березовская" АО "Северокуз-бассуголь".

5.9.2. Упрочнение цементацией породной кровли экспериментального участка вентиляционного штрека шахты "Линдзя" треста "Лунко" КНР.

5.9.3. Испытание инъекционных анкер-реперов на участке путевого квершлага шахты "Нагорная" концерна "Южкузбассуголь".

5.10. Экономическая эффективность результатов исследования.

Выводы.

Повышение эффективности подземной добычи угля, рост производительности труда и улучшение условий работы является важной народнохозяйственной задачей угольной промышленности страны, решение которой осложняется тем, что на действующих горизонтах угольных шахт Российской Федерации от 20 до 70 % промышленных запасов приходятся на пологие и наклонные пласты со сложными горно-геологическими условиями.

С увеличением глубины ведения горных работ в таких условиях повсеместно усиливаются проявления горного давления и резко возрастают затраты на крепление и поддержание пластовых выработок.

Для крепления пластовых выработок с неустойчивой кровлей на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах ВНИМИ и КузНИУИ рекомендует применять металлическую рамную арочную или трапециевидную податливые крепи с двумя узлами податливости при расчетных смещениях кровли до 300 - 400 мм и с четырьмя узлами податливости при смещениях 700 - 800 мм. При больших расчетных смещениях рекомендуется применять мероприятия по снижению смещений кровли, такие как анкерование, инъекционное упрочнение кровли смолами, цементными и другими вяжущими растворами.

Однако дополнительное анкерование при расчетных смещениях более 800 - 1000 мм, как правило, не позволяет снизить смещение неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок до требуемой величины. Поэтому в этих условиях значительно более эффективным мероприятием будет инъекционное упрочнение кровли вяжущими растворами.

Применительно к условиям Кузнецкого бассейна в КузНИУИ разработана технология упрочнения неустойчивой кровли пластовых выработок фенолформальдегидными скрепляющими составами. Разработанная технология прошла успешное испытание на шахтах Кузбасса.

Однако, несмотря на эффективность упрочнения кровли синтетическими смолами, его применение сдерживается значительной стоимостью смол, необходимостью применения специального оборудования для их транспортирования, хранения, приготовления и нагнетания.

Поэтому на сегодняшний день для упрочнения кровли пластовых выработок, наряду с синтетическими смолами, представляет интерес применение значительно более дешевых, доступных и нетоксичных цементных растворов.

В настоящее время разработаны эффективные технологические приемы, позволяющие производить качественную цементацию хаотической трещиноватости вокруг капитальных полевых горных выработок в процессе их проведения и эксплуатации. Данные приемы, в основном, могут быть использованы и для цементации кровли пластовых выработок с однородной (массивной) текстурой, т.е. в условиях образования в кровле хаотической трещинов атости. Однако эти технологические приемы не обеспечивают требуемого качества цементации трещин в неустойчивых слоистых кровлях пластовых выработок, пройденных по тонким и средней мощности пологим и наклонным пластам, вследствие особенностей фильтрационных свойств кровель в этих условиях (образование в слоистой породной кровле пластовых выработок техногенных трещин расслоения по напластованию породы и перпендикулярных им тонких трещин при изгибе разделившихся слоев, уменьшение трещинной пустот-ности с удалением от контура выработки, неодновременность развития трещинной пустотности на отдельных участках выработки и др.).

В этой связи представляется актуальным разработка научно обоснованных технических и технологических решений по упрочнению цементацией неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах в процессе их проведения и эксплуатации.

Настоящие исследования выполнены в соответствии с координационными планами Минуглепрома СССР по тематическим планам института "КузНИИшахтострой" (Ко гос. регистрации тем 74040545; 76044181; 79038036) и по тематическому плану НИР Кузбасского государственного технического университета в рамках региональной межвузовской научно-технической программы "Кузбасс 1997-2000".

Цель работы - разработка технических и технологических решений по упрочнению цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок для снижения трудоемкости и стоимости их поддержания.

Объект исследования - расслоившаяся породная кровля пластовых выработок на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах.

Идея работы состоит в учете особенностей фильтрационных свойств расслоившейся породной кровли пластовых выработок и установлении закономерностей заполнения образовавшихся трещин цементационным материалом при обосновании и разработке эффективных способов ее упрочнения цементацией.

Методы исследований.

Оценка особенностей фильтрационных свойств в расслоившейся породной кровле пластовых выработок осуществлена на основе анализа и обобщения литературных источников по натурным исследованиям процесса расслоения породной кровли пластовых выработок с использованием известных решений в области фильтрации жидкостей и цементных растворов в трещиноватых средах и численных расчетов на ЭВМ трещинной пустотности расслоившейся кровли в зависимости от смещения породного контура выработки.

Исследование процесса нагнетания цементных растворов в расслоившуюся породную кровлю пластовых выработок осуществлено путем аналитических и лабораторных экспериментальных исследований процесса заполнения цементационным материалом трещин расслоения и перпендикулярных им тонких трещин с использованием известных решений в области фильтрации цементных растворов в трещиноватых средах, теории подобия и моделирования, численных расчетов на ЭВМ.

Разработка скважинных инъекционных устройств для цементации слоистой кровли пластовых выработок осуществлена на основе лабораторных экспериментальных исследований с изготовлением экспериментальных моделей, опытных образцов, применением теории подобия и моделирования, численных расчетов на ЭВМ.

Разработка технологии цементации неустойчивой слоистой кровли пластовых выработок осуществлена на основе анализа и обобщения результатов выполненных аналитических и экспериментальных исследований, применения разработанных скважинных инъекционных устройств с использованием опытно-промышленных экспериментов по нагнетанию цементных растворов в расслоившуюся породную кровлю пластовых выработок.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- неравномерная зона цементации по длине инъекционной скважины в расслоившейся породной кровле пластовых выработок формируется за счет анизотропии и неоднородности ее трещинной проницаемости, причем коэффициенты гидродинамического сопротивления образующихся трещин расслоения и перпендикулярных им соответственно изменяются в пределах £ = 5-18 и £ = 20-30, а образование у контура кровли выработки необходимой для цементации трещинной пустотности, равной 4-5 %, происходит при смещении кровли на 30 - 45 мм;

- полное заполнение трещин расслоения цементационным материалом обеспечивает двукратное нагнетание нестабильного цементного раствора с постоянным расходом, а перпендикулярных им тонких трещин - их предварительное гидравлическое расширение и последующее нагнетание стабильного цементного раствора с постоянным давлением, равным давлению при расширении трещин, причем объем цементного раствора, проникающего на участки тонких трещин с раскрытием S < 0,1 10 3 м, составляет 150 - 170 % от объема раствора, находящегося на участках с раскрытием <5 > 0,1 103 м;

- применение инъектора с фильтрационным патроном при цементации трещин расслоения в процессе эксплуатации пластовой выработки снижает в 7 - 10 раз давление раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью и позволяет за счет этого предотвратить смещение и разрушение сильно расслоившейся породы у контура выработки в процессе нагнетания раствора в скважину и уменьшить неравномерность зоны цементации вокруг устьевой и забойной частей скважины до соотношения 1,5-2,0, а применение инъекционного анкер-репера при цементации в процессе проведения выработки обеспечивает нагнетание цементного раствора в трещины расслоения в момент образования у контура кровли выработки трещинной пустотности, равной 4-5 %;

- снижение трудоемкости и стоимости поддержания пластовых выработок с неустойчивой слоистой породной кровлей обеспечивает технология, предусматривающая возведение в выработке базовой металлической рамной крепи и крепи усиления в виде упрочненных цементацией пород кровли, при этом достижение требуемых прочностных характеристик зацементированных пород обеспечивает комплекс технических и технологических решений, включающий в себя обнаружение и изоляцию на поверхности выработки трещин, гидравлически связанных с цементационной скважиной, цементацию трещин расслоения через инъектор с фильтрационным патроном при упрочнении кровли в процессе эксплуатации выработки и через инъекционный анкер-репер в процессе ее проведения, цементацию тонких трещин с предварительным их гидравлическим расширением.

Научная новизна работы заключается:

- в оценке особенностей фильтрационных свойств расслоившейся породной кровли пластовой выработки и их влияния на процесс упрочнения пород цементацией;

- в установлении зависимости между смещением слоистой кровли пластовой выработки после ее проведения и образующейся в кровле трещинной пустотностью;

- в обосновании возможности заполнения трещин расслоения цементационным материалом при двукратном нагнетании в них нестабильного цементного раствора способом с постоянным расходом, а трещин, перпендикулярных к трещинам расслоения, с предварительным их гидравлическим расширением;

- в обосновании параметров способа цементации трещин расслоения в процессе эксплуатации пластовой выработки через инъектор с фильтрационным патроном, а в процессе ее проведения через инъекционные анкер-реперы;

- в обосновании и разработке принципов обнаружения и изоляции на поверхности пластовой выработки трещин, гидравлически связанных с цементационной скважиной, лежащих в основе технологии упрочнения слоистой кровли цементацией.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- применением известных методов в области фильтрации жидкостей и цементных растворов в трещиноватых средах, теории подобия и моделирования;

- удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований процесса заполнения трещин цементационным материалом в расслоившейся кровле пластовых выработок;

- положительными результатами опытно-промышленной проверки основных положений диссертационной работы на угольных шахтах.

Личный вклад автора заключается:

- в установлении степени анизотропии и неоднородности трещинной проницаемости в расслоившейся породной кровле пластовых выработок;

- в установлении взаимосвязи между трещинной пустотностыо, образующейся в кровле пластовой выработки, и смещением ее контура и разработке способа цементации трещин расслоения в процессе проведения пластовой выработки через инъекционные анкер-реперы;

- в проведении аналитических и экспериментальных исследований по установлению закономерностей заполнения трещин расслоения цементационным материалом при двукратном нагнетании в них нестабильного цементного раствора с постоянным расходом и разработке способа двухступенчатого нагнетания цементных растворов в трещины расслоения кровли пластовых выработок;

- в проведении аналитических и экспериментальных исследований по установлению закономерностей процесса цементации тонких трещин с их предварительным гидравлическим расширением и разработке способа цементации тонкотрещиноватых горных пород;

- в разработке принципиальной конструкции инъектора с фильтрационным патроном для снижения давления по длине скважины в направлении от ее забоя к устью при цементации трещин расслоения в кровле пластовых выработок, проведении лабораторных исследований по определению рациональных параметров инъектора и разработке способа цементации трещин расслоения в процессе эксплуатации пластовой выработки через инъектор с фильтрационным патроном;

- в обосновании и разработке способов формирования на поверхности пластовой выработки дискретного изолирующего покрытия;

- в проведении опытно-промышленных испытаний разработанных технологических решений на угольных шахтах.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей процесса распространения цементных растворов в расслоившейся породной кровле пластовых выработок и разработке на их основе технологии ее упрочнения цементацией.

Практическая ценность. Применение разработанных технических и технологических решений по последующему упрочнению цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок при их проведении и эксплуатации позволяет качественно цементировать трещины на заданном расстоянии от контура выработки, сократить расход материалов на изоляцию ее поверхности, повысить устойчивость пластовых выработок и, в целом, сократить трудоемкость и стоимость их крепления и поддержания.

Область применения. Неустойчивая слоистая породная кровля пластовых выработок в процессе их проведения или эксплуатации на тонких и средней мощности пологих и наклонных пластах при расчетных смещениях кровли, превышающих конструктивную податливость крепи.

Реализация работы. Основные положения диссертационной работы вошли составной частью в следующие нормативные руководящие документы:

1. Рекомендации по технологии последующего упрочнения горных пород цементацией без нанесения на поверхность выработки сплошного изолирующего покрытия (утв. Департаментом угольной промышленности Министерства топлива и энергетики РФ в 1997 г.).

2. Руководство по Технологии возведения крепи инъекционными методами и противофильтрационных завес при пересечении пожароопасных угольных пластов (утв. Кузнецким округом Госгортехнадзора РФ в 1999 г.).

Разработанная технология упрочнения цементацией неустойчивой слоистой породной кровли пластовых выработок прошла опытнопромышленную проверку на участках вентиляционного штрека лавы Ко 362 пласта XII уклонного поля №> 7 шахты "Березовская" АО "Северокузбассуголь" и откаточного штрека шахты "Линдзя" треста "Лунко" Китайской Народной Республики. Экономический эффект от применения разработанной технологии на шахте "Березовская" в ценах 1995 г. составил 173.280.000 руб.

Кроме этого, эффективность разработанных инъекционных анкер-реперов подтверждена их успешным испытанием в путевом квершлаге бывшего Кушеяковского участка шахты "Нагорная" концерна "Южкузбассуголь", а отдельные элементы технологии, учитывающие деформационное поведение тампонируемого массива, внедрены в клетевом стволе шахты им. Ленина и вентиляционном стволе шахты "Распадская" концерна "Южкузбассуголь".

Основные технические и технологические решения, разработанные в диссертационной работе, вошли составной частью в комплексную работу "Разработка и широкомасштабное внедрение новых высокоэффективных управляемых технологий формирования цементационных завес вокруг выработок для обеспечения безаварийной эксплуатации угольных шахт в условиях обводненных и нарушенных горных пород", за выполнение которой в 1998 г. присуждена премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники.

Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении практических занятий и выполнении курсовых проектов по дисциплине "Строительство выработок в сложных горно-геологических условиях" в Кузбасском государственном техническом университете и Шаньдунском горном институте (КНР).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Научно-технические проблемы ускорения строительства новых горизонтов, проведения горных выработок в условиях глубоких шахт" (Донецк, 1985), Всесоюзной научно-практической конференции

Социально-экономические проблемы достижения коренного перелома в эффективности развития производительных сил Кузбасса" (Кемерово, 1988), Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути улучшения состояния горных выработок" (Москва, 1989), научных чтениях на тему: "Технико-экономический анализ и теория проектирования в горном деле", посвященных 100-летию со дня рождения академика A.C. Попова (Алма-Ата, 1991), III Международной научно-практической конференции "Перспективы развития горнодобывающей промышленности" (Новокузнецк, 1996), научно-производственной конференции "Пути сокращения сроков и повышения эффективности сооружения вертикальных стволов" (Шахты, 1996), II Международной конференции "Нетрадиционные и эффективные технологии разработки месторождений полезных ископаемых" (Новокузнецк, 1997), научно-производственной конференции "Прохождение вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок при строительстве новых шахт" (Новочеркасск, 1997), Международной научно-практической кон- ференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Кемерово, 1997), научно-технических совещаниях ОАО "Кузниишахтострой" (Кемерово, 1997), концерна "Кузбассшахтострой" (Кемерово, 1997), треста "Лунко" и Шандуньского горного института (КНР, 1997), ученом совете Института горного дела СО РАН (Новосибирск, 1996, 1997), ежегодных научных конференциях КузГТУ (1987-1998).

Публикации. По вопросам цементации трещиноватых горных пород опубликовано 68 печатных работ. Основное содержание диссертации изложено в 45 научных работах, включая две монографии, 9 авторских свидетельств и 3 патента на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 204 наименований, 7 приложений; изложе

Выводы

1. Разработанный способ формирования на поверхности пластовой выработки дискретного изолирующего покрытия (а.с. 1537818, а.с. 1770574, патент 2018675) [153, 155,156] позволяет сократить трудоемкость и стоимость цементации за счет сокращения расхода изоляционных материалов и повысить качество заполнения трещин цементационным материалом за счет отфильтровывания жидкой фазы цементного раствора (воды) в процессе цементации трещин непосредственно в выработку через изолирующий материал и оставшиеся на поверхности выработки неизолированные тонкие трещины.

2. Разработанный способ цементации кровли пластовой выработки в процессе его эксплуатации через инъектор с фильтрационным патроном (а.с. 1555493) [157] позволяет уменьшать давление цементного раствора по д лине скважины в направлении от ее забоя к устью в соответствие с увеличением раскрытия трещин расслоения. В результате сильно разрушенные приконтурные породы выработки не подвергаются высоким инъекционным давлениям и следовательно, сводится к минимуму в процессе цементации их дальнейшее смещение в выработку и деформирование крепи.

3. Разработанный способ двухступенчатого нагнетания нестабильных цементных растворов с постоянным расходом в трещины расслоения (патент 2112881) [154] позволяет получать их качественное заполнение цементным осадком в пределах достигнутого радиуса цементации при обеспечении возможности извлечения из скважины инъектора с фильтрационным патроном для многократного его использования.

4. Разработанный способ цементации тонких трещин в кровле пластовой выработки (а.с. 1456585, а.с. 1035229) [152, 158] обеспечивает цементацию трещин с раскрытием менее 0,10-0,15 мм, которые цементации по обычной технологии не поддаются, что позволяет повысить качество скрепления межтрещинных плит горной породы в кровле пластовой выработки и, следовательно, несущую способность формируемого над выработкой породобетонного свода.

5. Разработанный инъекционный анкер-репер (а.с. 1456585) [159] позволяет при креплении пластовой выработки крепью регулируемого сопротивления производить упрочнение цементацией расслоившейся кровли в момент образования вокруг скважины оптимальной для цементации трещинной пустотности.

6. Разработанные в диссертационной работе технические решения (способы цементации) в совокупности формируют эффективную технологию упрочнения цементацией слоистой породной кровли пластовых выработок и прошли успешное опытно-промышленное испытание в горных выработках на четырех шахтах Кузнецкого угольного бассейна и на шахте "Лунно" Китайской Народной Республики. Реальный экономический эффект от внедрения разработанной технологии в вентиляционном штреке шахты "Березовская" в ценах 1995 г. составил 173,3 млн. руб. (34.600 $ США). Условно-ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в Кузнецком угольном бассейне в полном объеме в ценах 1998 г. составляет 425 млн. руб.

Заключение

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технические и технологические решения по последующему упрочнению цементацией неустойчивой слоистой породной кровли и креплению Пластовых выработок, обеспечивающие снижение трудоемкости и стоимости их поддержания, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в техно-литии шахтного строительства.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. В настоящее время разработаны эффективные способы и накоплен большой практический опыт последующего упрочнения цементацией неустойчивых трещиноватых пород в условиях полевых горных выработок. Однако, вследствие горно-геологических и горнотехнических особенностей пластовых выработок, технологические приемы последующей цементации пород, разработанные для условий полевых выработок, не обеспечивают требуемого качества цементации расслоившейся кровли пластовых выработок.

2. Установлено, что неравномерная зона цементации по длине инъекционной скважины в расслоившейся породной кровле пластовых выработок формируется за счет анизотропии и неоднородности ее трещинной проницаемости. При этом трещины, образовавшиеся при изгибе разделившихся слоев и перпендикулярные к трещинам расслоения, после цементации остаются, в основном, незацементированными, поскольку в эти практически замкнутые трещины цементный раствор не проникает. Коэффициент гидродинамического сопротивления трещин расслоения в кровле пластовых выработок возрастает от £ = 5 вблизи контура выработки до £ = 18 на границе трещинообразования, а для трещин, перпендикулярных к трещинам расслоения, он изменяется в диапазоне % = 20 - 30.

3. Установлено, что после второго нагнетания нестабильного цементного раствора в скважину с постоянным расходом, обеспечивающим седиментацию цементных частиц в трещинах расслоения кровли пластовой выработки непосредственно от скважины, трещины расслоения оказываются полностью заполнены цементным осадком.

4. Проникновение цементного раствора состава Ц:В= 1:0,5 в тонкие трещины, перпендикулярные к трещинам расслоения, на заданное расстояние R от скважины обеспечивает их предварительное гидравлическое расширение до раскрытия 3- 0,1 мм на расстоянии R от скважины и нагнетание в раскрытые трещины вслед за жидкостью гидравлического расширения цементного раствора с постоянным давлением, равным давлению, при котором производилось расширение трещин. При этом объем цементного раствора, проникающего на участки трещин с раскрытием S < 0,1 мм, составляет 150 - 170 % от объема раствора, находящегося на участках трещин с раскрытием 8 > 0,1 мм.

5. Для того чтобы сильно расслоившиеся породы вблизи контура пластовой выработки при цементации в процессе ее эксплуатации не подвергались необоснованно высоким инъекционным давлениям, разработан инъектор с фильтрационным патроном, который плавно уменьшает давление раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью в соответствии с изменением проницаемости трещин расслоения. При этом установлено, что для обеспечения 7-10 кратного снижения давления раствора по длине скважины в направлении от ее забоя к устью при цементации трещин расслоения через скважину длиной 2,2 м и диаметром 52 мм растворами состава Ц:В = 1:4,1:3 и 1:2 фильтрационный патрон инъектора должен иметь следующие параметры: диаметр 47-48 мм, фильтрующий материал - сухой песок со стандартным диаметром фракции 0,63-0,315 мм, толщина слоя песка между корпусом фильтрационного патрона и нагнетательной трубой инъектора - 15-16 мм, перфорация корпуса патрона - по две прорези шириной 0,6 и длиной 65-68 мм каждая, в поперечных сечениях корпуса патрона, расположенных через каждые 5 мм по его длине. При цементации трещин расслоения через разработанный инъектор соотношение радиусов цементации вокруг устьевой и забойной частей скважины выравнивается до соотношения 1,5 - 2,0.

6. Установлено, что образование у контура кровли пластовой выработки трещинной пустотности, равной 4-5 %, при которой наибольшее число слоев породы в кровле уже разделилось, но еще не началось интенсивное смещение породы в выработку и деформирование крепи, происходит при смещении породного контура в выработку на 17 - 30-45 мм. При креплении пластовой выработки крепью регулируемого сопротивления упрочнение цементацией слоистой кровли выработки в момент образования у ее контура трещинной пустотности, равной 4-5 %, обеспечивает нагнетание раствора в скважину через разработанный инъекционный анкер-репер, который фиксирует сигнальное смещение контура выработки 17 после его установки.

7. Для создания на поверхности пластовой выработки изолирующего покрытия достаточно на ее поверхности изолировать трещины, гидравлически связанные с цементационной скважиной. При этом оставшиеся на поверхности выработки неизолированные тонкие трещины и поры в процессе цементации отфильтровывают в выработку жидкую фазу из нагнетаемого раствора (воду), повышая качество заполнения трещин цементационным материалом.

8. Разработанная технология упрочнения цементацией слоистой породной кровли пластовых выработок, включающая нанесение на поверхность выработки дискретного изолирующего покрытия, двухступенчатое нагнетание нестабильного цементного раствора способом с постоянным расходом через инъектор с фильтрационным патроном при цементации пород в процессе эксплуатации выработки и нагнетание способом с постоян

259 ным давлением через инъекционный анкер-репер при цементации пород в процессе проведения выработки, нагнетание в тонкие трещины стабильного цементного раствора с предварительным их гидравлическим расширением обеспечивает повышение качества цементации трещин, увеличение прочности формируемого породобетонного свода в кровле пластовых выработок и снижение трудоемкости и стоимости их поддержания.

9. Эффективность разработанных технических и технологических решений подтверждена положительными результатами их опытно-промышленной проверки в горных выработках на четырех шахтах Кузнецкого угольного бассейна и на шахте "Лунко" Китайской Народной Республики. Реальный экономический эффект от внедрения разработанной технологии только в вентиляционном штреке шахты "Березовская" в ценах 1995 г. составил 173,3 млн. руб.

260

1. Хямяляйнен В.А., Бурков Ю.В., Сыркин П.С. Формирование цементационных завес вокруг капитальных горных выработок.- М.: Недра, 1994.- 400 с.

2. Трупак Н.Г. Специальные способы проведения горных выработок.- М.: Недра, 1996.- 376 с.

3. Айтматов И.Т. Кравцов Б.И., Половов БД- Тампонирование обводненных пород в шахтном строительстве.- Мл Недра, 1972.- 141с.

4. Максимов А.П., Евтушенко В.В. Тампонаж горных пород,- М.: Недра, 1978.- 180 с.

5. Цементация горных пород при сооружении стволов шахт / П.П. Гончарук, А.А. Гуль, Ю.Т. Клименко и др.- М.: Недра, 1973.- 128 с.

6. Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки.- М.: Недра, 1973.- 239 е.

7. Укрепление горных пород / В.Ф. Беляев, М.Е. Певзнер, А.В. Пястолов и др.- М.: Недра, 1973.- 97 с.

8. Справочник по сооружению шахтных стволов специальными способами / В.В. Давыдов, Е.Г. Дуда, А.И. Кавешников и др. Под ред. проф. докт. техн. наук Н.Г. Трупака.М.: Недра, 1980.-391 с.

9. Давьщов В.В., Белоусов Ю.И. Химический способ укрепления горных пород.- М.: Недра, 1977.- 228 с.

10. Повышение устойчивости подготовительных выработок угольных шахт/ И.Ю. Заславский, В.Ф. Компанец, А.Г. Файвишенко, В.М. Кле-щенков.- М.: Недра, 1991235 е.

11. Васильев В.В., Левченко В.И. Технология физико-химического упрочнения горных пород.- М.: Недра, 1991.- 267 с.

12. Инъекционное упрочнение горных пород / Ю.З. Заславский, Е.А. Лопухин, Е.Б. Дружко, и др.- М.: Недра, 1984.- 175 с.

13. Заславский Ю.З., Дружко Б.Б. Новые виды крепи горных выработок.- М : Недра, 1989.- 256 с.

14. Технологические схемы упрочнения массивов горных пород цементацией при проведении капитальных горных выработок в зонах геологических нарушений /КузНИИшахтострой.- Кемерово, 1980.- 68с.

15. Руководство по применению крепей, использующих несущую способность упрочненного массива / МакИСИ.- Макеевка, 1984.- 69 с.

16. Руководство по технологии крепления горных выработок с применением опалубки О МП, основанной на использовании несущей способности горных пород / КузНИИшахтострой.- Кемерово, 1989.- 42 с.

17. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт / ЭЛ. Кипко, Ю.А. Полозов, О.Ю. Лушникова, В.А. Логунов.- М.: Недра, 1984.- 280 с.

18. Тампонаж обводненных горных пород: Справочное пособие / ЭЛ. Кипко, Ю.А. Полозов, О.Ю. Лушникова и др.- М.: Недра, 1989.318 с.

19. Строительство горных выработок в сложных горнотехнических условиях: Справочник /Б.А. Картозия, В.А. Пшеничный, И.Г. Косков и др. Под ред. Б.А. Картозия.- М.: Недра, 1992.г 320 с.

20. Хямяляйнен В.А., Митраков В.И., Сыркин П.С. Физико-химическое упрочнение пород при сооружении выработок.- Мл Недра, 1996.352 с.

21. Титков Н.И., Дон Н.С. Технология цементирования нефтяных скважин.- М.: Гостоптехиздат, 1960.-230 с*

22. Бочко Э.А., Никитин В.А. Упрочнение неустойчивых горных пород при бурении скважин.- М.: Недра, 1979.- 168 с.

23. Гамзатов С.М. Применение вяжущих веществ в нефтяных и газовых скважинах .- М.: Недра, 1985.- 220 с.

24. Камбефор А. Инъекция грунтов.- М.: Энергия, 1971.- 333 с.

25. Адамович А.Н. Колтунов Д.В. Цементация оснований гидросооружений.- М.- Л.: Энергия, 1964.- 320 с.

26. Безрук В.М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве.- М.: Транспорт, 1992.- 320 с.

27. Волоцкий Д .В. Основы глубинного укрепления грунтов земляного полотна автомобильных дорог.- М.: Транспорт, 1978.- 120 с.28 . Дорман Я .А. Специальные способы работ при строительстве метрополитенов.- М.: Транспорт, 1981.- 302 с.

28. Ивачев Л.М. Промывка и тампонирование геологоразведочных скважин: Справочное пособие.- М.: Недра, 1989.- 247 с.

29. Усиление иреконструкция фундаментов / В.Б. Швец, В.И. Феклин, Л .К. Гинзбург.- М.: Стройиздат, 1985.- 204 с.

30. Борьба с подземными водами при проведении горных выработок / Н.В. Мамонтов, ЮА. Веселов, В А. Рыбачук.- Киев: Техника, 1988.152 с.

31. Черняк ИЛ. Повышение устойчивости подготовительных выработок.- М.: Недра, 1993.- 256 с.

32. Васючков Ю.Ф., Качак В.В. Повышение эффективности ведения горных работ с применением физико-химических способов упрочнения горного массива.- М.: ЦНИЭИуголь, 1986.- 36 с.

33. Давыдов В.В. Белоусов Ю.й, Химический способ упрочнения горных пород.- М.: Недра, 1977.- 221 с.

34. Кипко ЭЛ. Исследование тампонажа трещиноватых горных пород при сооружении капитальных горных выработок: автореф. дисс. докт. техн. наук.- М., 1973.- 28 с.

35. Дуда. Е.Г. Исследование процесса движения цементационных растворов при цементации трещиноватых и трещиновато-пористых горных пород: автореф. дисс. канд. техн. наук.- М., 1976.- 27 с.

36. Литвин А.З., Поляков Н.М. Проходка стволов шахт специальными способами.- М.: Недра, 1974.- 328 с.

37. Корецкий Б.А. Исследование и выбор оптимальных параметров и схем предварительной цементации пород при проходке стволов шахт в условиях Кузбасса: автореф дис . канд. техн. наук.- Кемерово.- 1970.23 с.

38. Комаров Г.И. Исследование и совершенствование предварительной цементации водоносных горных пород при проходке шахтных стволов в условиях Кузбасса: автореф. дис . канд. техн. наук.- Кемерово.-1976.- 22 с.

39. Куликов Ю.Н. Основы проектирования тампонажных растворов Н Строительство шахт, рудников и подземных сооружений: Межвуз, науч.-темат. сб. / Свердловский горный институт.- 1982.- Вып. 6.- С. 83-88.

40. Миликулов АД. Методика расчета параметров тампонажной гидроизоляционной завесы коллекторных тоннелей // Строительство подземных сооружений и шахт.- М.: МГИ, 1978.- С. 84-87.

41. Лагунов В А. Исследование влияния деформационного поведения горного массива на процесс тампонажа трещиноватых горных пород: автореф. дис. канд. техн. наук.- Днепропетровск, 1980.- 28 с.

42. Гальченко П.П. Выбор основных параметров предварительной цементации водоносных горных пород при сооружении вертикальных стволов: Автореф. дис. канд. техн. наук.- М., 1970.- 18 с.

43. Логачев Н.Т. Исследование и совершенствование способа предварительной цементации водоносных пород при проходке шахтных стволов: автореф. дис.» канд. техн. наук.- М.: Недра, 1970.- 18 с.

44. Логачев Н.Т. Максимчук ЮЛ. Влияние потока воды в трещине на цементацию и размыв цементного осадка // Шахтное строительство .-1985.-Н> 4.-С. 28-29.

45. Сыркин П.С. Разработка и обоснование технологии тампонажа горных пород цементацией при строительстве капитальных выработок: автореф. дис. докт. техн. наук.-Кемерово, 1996.- 35 с.

46. Попов. A.B. Разработка тампонажных растворов для водоизоля-ции капитальных горных выработок в сложных горно-геологических условиях: автореф. дис. канд. техн. наук.- Тула, 1984.- 23 с.

47. Спичак Ю .Н. Новая методика расчета процесса упрочнения и тампонажа обводненных тектонических нарушений при ведении проходческих и очистных работ // Шахтное строительство.- 1988.- № 10.- С. 18-20.

48. Литовченко B.H. Предварительный тампонаж крупных карстовых пустот при сооружении вертикальных горных выработок на примере Доб-руджанского угольного месторождения НРБ; автореф. дис. канд. техн. наук.- Днепропетровск, 1984.- 19 с.

49. Вахрамеев И.И. Теоретические основы тампонажа горных пород.- М.: Недра, 1968.- 294 с.

50. Хямяляйнен ВА. Управление процессом формирования цементационных завес вокруг капитальных горных выработок: автореф. дис. докт. техн. наук.- Кемерово, 1992.- 35 с.

51. Баренблатт Т.И. Ентов В.Н., Рыжкин В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа.г М.: Недра, 1972.- 288 с.

52. Мишевич В.И. Гидродинамические исследования поглощающих пластов и методы их изоляции.- М.: Недра, 1972.- 288 с.

53. Полозов Ю.А. Методика расчета параметров водоподавления в пористых породах // Шахтное строительство,- 1989.- № 9.- С. 14-16.

54. Лушникова О.Ю. Контроль и управление процессами водоизоля-ции подземных сооружений при тампонажных работах : автореф. дис. докт. техн. наук.- М., 1986.- 29 с.

55. Веригин Н.И, Нагнетание вяжущих растворов в горные породы в целях повышения прочности и водонепроницаемости оснований гидротехнических сооружений//Изв. АН СССР, ОТН.- 1952.-№5,- С. 674-687.

56. Саламатов М.А. Основные закономерности течения тампонажных растворов в трещиноватых горных породах // Изв. Вузов. Горный Журнал.- 1975.-№ 8.- С. 25-30.

57. Попов И .В. Разработка технологии сооружения водоизоляцион-ных завес в трещиновато-пористых горных породах при строительстве шахтных стволов: автореф. дис. канд. техн. наук.- Тула, 1984.- 22 с.

58. Быков Н.Л. Закономерности движения тампонажных растворов в процессе постановки изоляционных завес при сооружении капитальных горных выработок: автореф. дис. канд. техн. наук.- Днепропетровск, 1984.- 18 с.

59. Витке В. Радиус действия укрепления грунтов нагнетанием в трещиноватые скальные породы.- М.: ВИНИТИ. Пер. № 78250/ 9.

60. Markkraf Н. Die zirkulierende Injection langer Bohrlochabschnitte -ein Beitrag zur Leistungs-steigerang beim Herstellen von Dichtungsschleiern im Felsgestein // Neue Bergbautechnik.-Leipzig.-1973, Helf 4.

61. Busch k. Beitrag zur Lozung von Grundwasserstrom gangsproblemen durch physikalisch ähnliche Modellversuche // Bergbautechnik.-Leipzig.- 1968, Helf 2.

62. Reuter F. Injektionen zur Verbesserung von Baugrund und Bauwerk -eine Bewertung des gegenwartigen Entwicklangesstandes // Neue Bergbautechnik.- Leipzig.- 1983, Helf 4.

63. Новый метод предварительного тампонажа обводненных пород околоствольных дворов шахт / ЭЛ. Кипко, Ю А. Полозов, В.А. Логунов и др. // Шахтное строительство.- 1976.- № 4.- С. 20-23.

64. Технологические схемы предварительного тампонирования водоносных горных пород при сооружении вертикальных стволов шахт.- Кемерово / КузНИИшахтострой.-1979.- 77 с.

65. Ii Gongyou. Desing and Application of Cement Grouting and Bolt Support System // Mine Constmction Technologi (China).- 1996.- № 4.-P. 45-48.

66. Han Lijun, Ii Gongyou. Study on Support Test in Mining Roadway With Very Unstable Strata // Coal Science and Technology (China).- 1997.-№ 2.- P. 22-26.

67. Nash W.R. Grouting in Underground Mine Construction // Mining Engineeering.-1984.- M3.- P. 248-250.

68. Lange W. und and. Die Aufnahme der hudraulischen Bohrlochcharakteristik als mögliche Zuterprufmethode bei Eelsiniektionen Ii Neue Bergbautechnik.-Leipzig.-1973, Helf 4.

69. Luthke J. und and. Erfahrungen mit der zirkulierenden Injektion Langer Bohrlochabschnitte aus ingenieurgeologischer Sicht // Neue Bergbautechnik.- Leipzig.-1973, Helf 4.

70. Дуда Е.Г., Бурков Ю.В., Комаров Г.И. Исследование эффективности упрочнения нарушенных горных пород цементацией // Труды КузН И И шахтоетроя,- Кемерово.- 1975,-Вып. 14.- С. 107-122.

71. Бурков Ю.В. Обоснование и разработка технологии крепления капитальных выработок на основе инъекционного упрочнения горных пород: автореф. дис. докт. техн. наук.- Кемерово, 1998.- 34 с.

72. Литвинский Г.Г. Монолитная оболочка выработки из разгруженных и упрочненных пород // Шахтное строительство- 1981.- № 12.- С. 17-20.

73. Кондратов А.Б. Исследование метода повышения устойчивости выработок последующим тампонажем пород: автореф. дис. канд. техн. наук.-Л, 1976.- 20 с.

74. Качан И.В. Исследование и совершенствование способа упрочнения пород с целью повышения устойчивости горных выработок: автореф. дис.канд. техн. наук.- Л., 1980.- 16 с.

75. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкции крепей,- М.: Недра, 1984.- 415 с.

76. Насонов И.Д., Шуплик М.Н., Ресин В.И. Технология строительства горных предприятий: Учебник для вузов.- М.: Недра, 1990.- 351 с,

77. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок.- М.: Недра, 1986.- 287 с.

78. Повышение устойчивости подготовительных выработок угольных шахт / И.Ю. Заславский, В.Ф. Компанец, А.Г. Файвишенко,

79. B.М. Клещенков.- М.: Недра, 1991.- 235 с.

80. Кравченко ГЛ., Кондратов-; А.Б., Дягилев В.К. исследование укрепления трещиноватых пород методом цементации на шахтах Нижнетагильского металлургического комбината II Горный Журнал.- 1975.- № 10.1. C. 19-21.

81. Методическое обеспечение по оптимизации параметров комбинированной крепи в автоматизированном режиме / ВЛ. Попов, С А. Бачурин П.А. Пилевский, / МГИ.- М., 1987.- 35 с.

82. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А. Повышение надежности крепи горных выработок.- М.: Недра, 1988.- 246 с.

83. Евтушенко В.В. Применение тампонажа закрепного пространства при проведении горных выработок повышает устойчивость крепи II Шахтное строительство.- 1975.-№6.- С. 23-24.

84. Барях А.А. Исследование и расчет геомеханических параметров упрочнения горных пород скрепляющими составами: автореф. дие. канд техн. наук.- Л., 1982.- 17 с.

85. Малинин АХ. Обоснование параметров инъекционного упрочнения рыхлых (несвязных) пород скрепляющими составами: Автореф. дис. канд техн. наук.- Тула., 1986.-17 с.

86. Штепа A.B. Разработка параметров технологии и средств механизации возведения породобетонной крепи для условий слабых вмещающих пород: Автореф. дис. канд техн. наук.- Д непропетровск, 1983.- 18 с.

87. Коробкин С.Г. Разработка технологических параметров способа предотвращения пучения почвы капитальных выработок разгрузкой и упрочнением пород: Автореф. дис. канд техн. наук.- M., 1989.- 13 с.

88. Шмидт КЛ. Упрочнениевмещающих пород раствором и цементным молоком //Глюкауф.г 1966.- № I.- С. 1-9.

89. Шталь Р. Упрочнение горных пород способом цементации // Глюкауф.- 1963.- M 20.- С. 21-26.

90. Шталь Р. Цементация горных пород при проходке выработок на североамериканском руднике // Глюкауф.-1964.- № 14.- С. 31 -39.

91. Штефе Г. Опыт упрочнения горных пород // Глюкауф.- 1969.-№ 2.- С. 8-15.

92. Шуерман Ф. Различные способы закрепления породы в откаточных штреках с целью уменьшения ее смещения / Перевод № 80634/9, ВИНИТИ.- 1970.-5 с.

93. Benda В. Der mechanisierte Itrechenausbau mit gepumpten Mortelversatz in schwierigen Gebirge II Felsmechanik und Ing. Geologie.-1965/- Yupl. 2 -S. 11-15.

94. Аллас Э.Э., Мещеряков А.Н. Укрепление оснований гидротехнических сооружений.- М.: Энергия^ 1966.-115 с.

95. Эристов B.C., Мазур A.M. Подземные работы и улучшение скальных оснований плотин.- Мл Энергия, 1966.- 153 с.

96. Эристов B.C. Об обделках напорных туннелей с глубокой цементацией породы U Гидротехническое строительство.- 1973.- № 7.- С. 28-32.

97. Инъекционные работы в напорных гидротехнических туннелях и водоводах 7 В. Йоксич, Б. Куюнжжич, 3. Родославлиевичидр. перевод с сербохорватского JI. Фурсова.- Л.: Энергия, 1974.- 94с.

98. Хачикян Г.Г. О величине давления укрепительной цементации в напорных туннелях гидротехнического строительства // Гидротехническое строительство.- 1970.-№8.-С. 27-32.

99. Хачикян Г.Г. О глубине укрепительной цементации в напорных гидротехнических туннелях // Гидротехническое строительство.- 1964.-№12.-С. 19-23.

100. Пониматкин П.У. О глубине и давлении укрепительной цементации в напорных туннелях // Гидротехническое строительство.- 1971.-№6.-С. 12-16.

101. Пониматкин П.У. О глубине цементации в напорных туннелях с тонкой обделкой // Гидротехническое строительство.-1973.- № 1.- С. 19-23.

102. Насберг В.М., Илюшин В.Ф. фильтрационные расчеты туннелей и шахт при наличии вокруг них цементации // Гидротехническое строительство.- 1973.-№ П.-С.34-39.

103. Булатов А.И., Уханов Р.Ф. Совершенствование гидравлических методов цементирования скважин.- М.: Недра, 1978.- 240 с.

104. Волков A.C., Тевзадзе Р.Н. Тампонирование геологоразведочных скважин.- М.: Недра, 1986.- 168 с.

105. Данюшевский B.C. Проектирование оптимальных составов там-понажных цементов.- М.: Недра, 1978.- 231 с.

106. Руководство по упрочнению неустойчивых горных пород и угля нагнетанием полиуретанового состава / В.В. Васильев, H.H. Томашев, В.И. Левченко и др.- М., ИГД им. Скочинского, 1988.- 59 с.

107. Ржаницин Химическое зацепление шунтов в строительстве.- М.: Стройиздат, 1986.- 264 с.

108. Давыдов В .В., Белоусов Ю.И. Химический способ укрепления горных пород.- М.: Недра, 1977.- 288 с.

109. Кузьмин Е.В. Упрочнение горных пород при подземной добыче руд.- М.: Недра, 1991.- 253 с.

110. Маньковский Г.И. Специальные способы сооружения стволов шахт.- М.: Наука.- 1965.- 207 с.

111. Трупак Н.Г. Цементация трещиноватых пород в горном деле.-М.: Металлургиздат, 1956.- 420 с.

112. Проект организации работ по предварительной цементации пород с поверхности земли при проходке вертикальных шахтных стволов.-Харьков: ВНИИОМШС, 1967.- 105 с.

113. Покровский Н.М. Сооружение и реконструкция горных выработок. Часть III.- М.: Госгортехиздат, 1963.- 313 с.

114. Поляков Н.М., Чижиков Н.И. проведение горных выработок специальными способами.-М.: Госгортехиздат, 1962.-373 с.

115. Шкабара М.Н. Обобщение опыта тампонажа горных пород,-М.: Госгортехиздат, i960.-143 с.

116. Дуда Е.Г. Выбор способа нагнетания при цементации трещиноватых горных пород // Шахтное строительство.- 1979.- № 9.- С. 15-19.

117. Желгов Ю.П. О движении однофазной жидкости в деформируемых трещиноватых породах с чисто трещинной пористостью // ПМТФ,-1961.- № б.г- С. 187-189.

118. Котяхов Ф.И. Физика нефтяных и газовых коллекторов.- М.: Недра, 1977.-283 с.

119. Николаевский B.M. Механика насыщенных пористых сред.- М.: Недра, 1970.- 335 с.

120. Лагунов В.А. Исследование влияния деформационного поведения горного массива на процесс тампонажа трещиноватых горных пород: Дис. канд. техн. наук.- Днепропетровск, 1980.- 211 с.

121. Хямяляйнен В.А., Угляница A.B. Влияние деформаций массива на процесс инъектирования цементными растворами // ФТПРПИ.- 1987.-№3.-С. 35-41.

122. Угляница A.B. Определение параметров технологии цементации трещиноватых горных пород с учетом их деформируемости: Автореф. дис. канд. техн. наук.- М., 1986.-14 с.

123. Адамович А.Н. К вопросу о методе расчета радиуса действия цементации // Гидротехническое строительство.- 1944.- № 4.- С. 36.

124. Каранфклов T.G. Определение величины радиуса закрепления грунтов при постоянном коэффициенте фильтрации II Гидротехническое строительство.- 1951,- № 1С. 24-25.

125. Луговской В.В. К вопросу теории цементации горных пород // Изв. Вузов. Горный журнал.- 1959.-№8.- С. 13-21.

126. Чупрунов Г.Д. Основы упрочнения горных пород,- М.: Недра, 1965.- 186 с.

127. Жук В.В. Исследование по цементации // Труды УкрНЙ-ИОМШСа.- 1959.-Вып. 9.-С. 46-66.

128. Хямяляйнен В А. О гищ»авлических расчетах параметров цементации трещиноватых горных пород нестабильными цементационными суспензиями // Шахтное строительство.- 1977.-№8.- С. 14-17.

129. Гальченко H.H. О ламинарном режиме движения цементного раствора в трещинах горных пород // Вопросы сооружения горных выработок.- М.: Недра, С. 53-59.

130. Хямяляйнен В.А~, Угляница A.B. Фильтрация цементных растворов в деформируемых трещиноватых породах // ФТПРПИ.- 1983.- №2.- С. 89-92.

131. A.c. 1035216 СССР, МКИ Е 21 С 39/00. Модель трещиноватого горного массива / В А. Хямяляйнен, A.B. Угляница (СССР).-№ 3412403/22-03; Заявл.24.(Ш2; Опубл. 15.08.83; Бюл.№ 30.- С. 105.

132. Структурные модели горного массива в механизме геомеханических процессов / Вылетжанин В.Н., Егоров П.В., Мурашов В.И.- Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние.- 1990.- 295 с.

133. Луганцев Б.Б. Исследование процесса образования трещин в породах, вмещающих выемочные выработки, с использованием фрактальных моделей // Уголь.- 1996.- № 12.- С. 54-56.

134. Черняк И.Л., Бурчаков Ю.И. Управление горным давлением в подготовительных выработкахглубоких шахт,- М.: Недра, 1984.- 235 с.

135. Масаев Ю.А., Угляница A.B., Сурков A.B. Анализ смертельного травматизма от обрушений на шахтах Кузбасса // Безопасность труда в промышленности.- 1992.- № 9.- С. 66-68.

136. Дуда Е.Г. О проникающей способности цементационных растворов // Труды КузНИИшахтостроя.- Кемерово, 1974.- Вып. 12.- С. 41-45.

137. Угляница A.B. О повышении качества последующего упрочнения горных пород цементными растворами // Научно-технические проблемы подземного и наземного строительства: Сб. науч. тр. / Редкол.

138. B.В. Першин (отв. ред.) и др.: Кузбас. гос. техн. ун-т.- Кемерово, 1995.1. C. 14-19.

139. A.c. 987108 СССР, МКИ Е 2100 Д 20/00. Способ крепления горных выработок / Б.З. Амусин, Ю.М. Басинский, А.Ф. МЬрозов. (СССР).-№3330599/22-03; Заявл. 29.07.81; Опубл. 17.01.83; Бюл. №1.- С. 106.

140. Ковшов В.В., Шарабарин А.Г., Лунев С.Г. Тампонаж закрепно-го пространства и инъекционное упрочнение пород в выработках угольных шахт // Шахтное строительство.- 1987.- № 5.- С. 22-24.

141. Анкерная крепь: Справочник / А.П. Широков, ВА. Лидер, МА. Дзауров и др,- М.: Недра, 1990.- 205 с.

142. Руководство по проектированию подземных выработок и расчету крепи / ВНИМИ, ВНИИОМШе Мйнуглепрома СССР.- М.: Стройиз-дат, 1983.- 272 с.

143. Кузмичев Д Л. Уравнение притока жидкости в скважину из трещиноватого коллектора // Вопросы бурения скважины и добычи нефти / Труды ГрозНИИ.- Вып.10.- М.: Гостоптехиздат.-1961.- С. 68-77.

144. Котяхов Ф.И. Определение полной трещиноватости пористо-каверно-трещиноватых пород // Нефтяное хозяйство.- 1973.- № 5.- С. 27-34.

145. Исаев Г.Г. О притоке сжимаемой жидкости в скважину из трещиноватого коллектора // Изв. вузов. Нефть и газ.- 1963.- № 6.- С. 43-48.

146. Угляница А.В., Понасенко Л.П. Последующая цементация трещиноватых пород без изоляции поверхности выработки // Актуальные вопросы подземного и наземного строительства: Сб. науч. тр. / Редкол.

147. B.В. Першин (отв. ред.) и др.: Кузбас. гос. техн.ун-т.- Кемерово^ 1996.1. C. 10-15.

148. Дуда Е.Г., Бурков Ю.В., Курапатов А.Ф. Исследование физико-механических свойств горных пород, упрочненных цементацией II Труды КузНИИшахтостроя,- Кемерово.-1975.- Вып. 14.- С. 123-131.

149. Об особенностях крепления подготовительных горных выработок в Китайской народной республике и Кузнецком угольном бассейне / Першин В.В., Угляница А.В., Ван Мин-Юань, Ван Цзу Хэ, Цзяо Ви Го II Уголь.- 1998.- № 5.-С. 27-29.

150. Рекомендации по технологии последующего упрочнения горных пород цементацией без нанесения на поверхность выработки сплошногоизолирующего покрытия / Кузбасс, гос. техн. ун-т; Сост.: В.В. Першин, A.B. Угляница.- М.- Кемерово, 1997.- 42 с.

151. Технологические схемы упрочнения неустойчивого горного массива нагнетанием фенолформальдегидного скрепляющего состава на шахтах Кузбасса / КузНИУИ.- Прокопьевск, 1991.- 36 с.

152. Технология и механизация подготовительных выработок : Справочник / П.В. Егоров, Г.Г. Штумпф, А.И. Петров и др. М.: Недра, 1994.368 с.

153. A.c. 1035229 СССР, МКИ Б 21 Д 1/16. Способ цементации горных пород / В. А. Хямяляйнен, A.B. Угляница (СССР).-№ 3234759/22-03; Заявл. 12.01.81; Опубл. 15.08.83; Бюл. 30.- С. 107.

154. A.c. 1770574 СССР, МКИ Б 21 Д 11 /00. Способ вшведения на-брызгбетонной крепи /ЮА. Масаев, A.B. Угляница, А.И. Петров,

155. A.Ф. Агафонов (СССР).- JMb 4822595 / 03; Заявл. 04.05.90; Опубл. 23.10.92.; Бюл. № 39.- С. 135.

156. Патент № 2112881 Cl(RU), МКИ Е 21 Д 1/16, Е 21 Д 11/10. Способ упрочнения горных пород / A.B. Угляница, В А. Хямяляйнен, В.В. Першин, СЛ. Поиасенко № 96114749/03; Заявл. 19.07.96; Опубл. 10.06.98; Бюл. № 16.-С. 102.

157. A.c. 1537818 СССР, МКИ Е 21 Д 1/16. Способ^крешюния горг ных выработок / A.B. Угляница, П.М. Гоголев, А.И. Петров, Ю.В. Бурков (СССР).- № 4396156/23-03; Заявл. 23.03.88; Опубл. 23.09.90; Бюл. № 3.- С. 149.

158. Патент .Ne 2018675 С1 (RU), МКИ Е 21 Д 1/16. Способ упрочнения горных пород вокруг горной выработки / А.В.Угляница, А.И.Петров,

159. B.М. Удовиченко, Ю.А. Масаев, НА. Серякова.-№ 4812502/03; Заявл. 29.01.90; Опубл. 30.08.94; Бюл. № 16.-С. 136.

160. A.c. 1555493 СССР, МКИ Е 21Д 1/16, Б 21В 33/12. Способ цементации горных пород / A.B. Угляница, В.А. Хямяляйнен, Ю.В. Бурков,

161. А.И. Петров, П.С. Сыркин (СССР).- № 4330727 / 23-03; Заявл. 23.11.87; Опубл. 07.04.90; Бюл. № 13.- С. 154.

162. A.c. 1456585 СССР, МКИ 21 Д 1/16, 20/00. Способ тампонажа горных пород с неоднородной трещиноватостью / A.B. Угляница, Е.Г. Дуда, В.А. Хямяляйнещ Ю.В. Бурков (СССР).- № 3429683/22-03; Заявл. 12.03.87; Опубл. 07.G6J9; Бюл. М5- С. 144.

163. A.c. 1642035 СССР, МКИ Е 21 Д 20/00. Способ крепления горных выработок / A.B. Угляница, А.И. Петров, В.М. Удовиченко, НА. Се-рякова. (СССР).- № 4674431 / 03; Заявл. 0,5.04.89; Опубл. 15.04.91; Бюл. № 14.- С. 123.

164. Угляница A.B. Влияние деформируемости горного массива на выбор параметров технологии адеменшции // Вопросы техники и технологии строительства шахт и разрезов: Научн. тр. / КузН И Ишахтостой-Кемерово, 1983, С. 96-104.

165. Насонов И.Д. Моделирование горных процессов.- М.: Недра, 1978.-253 с.

166. Штумпф Г.Г., Рыжков Ю.А., Шаламанов ВА., Петров А.И. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна: Справочника М.: Недра, 1994.- 447 с.

167. Ашмарин И.П., Васильев И.Н., АмбросовВ А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов.- Л.: ЛГУ, 1975.76 с.

168. Бетоны и растворы дам подземного шахтного строительства: Справочное пособие / О.С. Докукин, И.Г. Косков, В.П. Друцко, С.А. Бернштейн,- М.: Недра, 1989.- 211 с.

169. Пыхачев Г.Б., Исаев Р.Г. Подземная гидравликам М.: Недра, 1973- 359 с.

170. Ромм Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород- М.: Недра, 1966- 283 с.

171. Алабужев П.М., Геронимус В.Б. Теория подобия и размерностей. Моделирование.- М.: Высш. школа, 1968.- 206 с.

172. Шуп Т. Прикладные численные методы в физике и технике: Пер. с англ. С. Ю. Славянова / Под. ред. С.П. Меркурьева.- М.: Высш. школа, 1990.- 255 с.

173. Максимов А.П. Горное давление и крепь выработок.- М.: Недра, 1973^ 288«.

174. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород.- М.: Недра, 1975.- 223 с.

175. Першин В.В., Угляница A.B. Упрочнение тонкотрещиноватых горных пород цементными растворами // Изв. Вузов. Горный журнал.-1998.- № 1-2.- С. 82-87.

176. Баранников П.И. Определение величины нагрузки на временную крепь для условий шахт Кузбасса //1Шхт. стр-во.- 1972.- № 11.-С. 13-15.

177. Костырин В .И. Тампонажные материалы и химреагенты: Справочное пособие.- М.: Недра, 1989.- 144 с.

178. Угляница A.B., Першин В.В. Разработка технологии упрочнения кровли подготовительных выработок инъекционными анкер-реперами // Вести. КузГТУ.-, 1998.- № 2.- С. 43-46.

179. Логачев Н.Т. Определение параметров трещиноватости горных пород при проектировании тампонажных завес // Шахтное строительство,-1982.-№11.-С. 17-19.

180. Хохлов И.В. Комплексное исследование массива горных пород.-М.: Недра, 1986.-286 с.

181. Бузинов С.Н., Умрихин ИД. Гидродинамические методы исследования скважин и пластов.- М.: Недра, 1973.- 245 с.

182. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования контроля горных пород и процессов.- М.: Недра, 1982.- 232 с.

183. Хямяляйнен B.A., Простов С.М., Сыркин П.С. Геоэлектрический контроль разрушения и инъекционногоупрочнения горных пород.- М.: Недра, 1986.- 288 с,

184. Методические указания по определению коэффициента трещино-ватости горного массива вокруг выработок реометрическим ^электрометрическим методами (временное) / КузН И Ишахтострой; КузГТУКемерово, 1988.-35 с.

185. Крепление и поддержание подготовительных выработок на шахтах Кузбасса I Егоров П.В., Андрианов А.П., Кухаренко Е.В., Баранов В.А., Егошин В.В., Лудзиш В.В.- Кемерово: Притомское, 1991.140 с.

186. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР.- Л.: ВНИМИ, 1985.222 с.

187. Проведение и поддержание выработок в неустойчивых породах / В.А. Потапенко, Ю.В. Казанский, Б.В. Цыплаков и др.- М.: Недра, 1990.336 с.

188. Claesmann О. VerFahren zum Einbringen von Poliurethan Ii GluckaufU 1972.-Jsfel2.rs. 5-8.

189. Lens T. Verfestigen des Kohlenstobes mit Poliurethan // Gluckauf.-1972.-№17.- s. 8-10.

190. Методическое руководство по упрочнению неустойчивых горных пород нагнетанием карбомидного состава / B.B. Васильев, В.И. Левченко, П.М. Канцан и др.- М., ИГД им. A.A. Скочинекого, 1985.- 76 с.

191. Руководство по упрочнению неустойчивых горных пород и угля нагнетанием пенопошуретанового состава / В.В. Васильеву H.H, Томашев, В.И. Левченко и др.- М., ИГД им. A.A. Скочинского, 1988.-93 с.

192. Егоров П.В., Андрианов АЛ., Бгошин В.В. Охрана и поддержание подготовительных выработок на шахтах Кузбасса. Кемерово, 1987.90 с.

193. А.с.14Ш290 СССР, МКИ Е 21 Д 1/16. Способ тампонирования горных пород / ВА. Хямяляйнен; EJL Макаров* СJM^^n^ П.С. Сыркин (СССР).- № 427166 ШЗ-03; Заявл, 30.06.87; Опубл. 23.02.89; Бюл. № 7.- С. 155.

194. Ах. 1807211 СССР, МКИ Е 21 Д 1/10, 1/16. Способ тампонирования горных пород / В А. Хямяляйнен, С.М. Просто®, П.С. Сыркин (СС5СР),-.1. С. 107.

195. Широков А.П., Писляков Б.Г. Расчет и выбор крепи сопряжения горных выработок.-. М.: Недра, 1978.- 304 с.

196. Угляница А.В., Першин В.В. Цементация трещиноватых пород в условиях подготовительных горных выработок / Кузбас. гос. техн. ун-т.- Кемерово, 1998.- 220 с.

197. Qiao Weiguo, Ouglianitsa A.V. Grouting-folts with Controllable Grout Density for Reinforcing the Strata Surrounding Tunnds // Journal of Shandons Mining Institute(Chma).-1998.rJ^ 3.- P. 295-298;

198. Pershin V.V.,- Ougtianitsa AM. Exfended with compressed water It Technology for chemical mines (China).-1998.- № 3.- P. 45-48.

199. Горное давление ж подготовительных выработках угольных шахт / Штумпф Г.Г„ Егоров П-В., Петров А.И., Красильников Б.В.- М.: Недра, 1996,-352 с,

200. Молодич P.M., Кабокин А.Н. Прогноз расслоения и устойчивости пород в горных выработках шахт по геофизическим данным // Уголь.-1976.- № 6.- С.68-71.

201. Черняк ИЛ., Бурчаков Ю.И., Берман Д.В. Разрушение пород в кровле подготовительных выработок глубоких шахт // Уголь.- 1981.-№11.-С.20-23.

202. Орлов А.А., Баранов С.Г., Сетков В.Ю. Поведение пород кровли в массиве надочистной выработкой#Уголь.^ 1977.- № 7.- С.19-23.

203. Строительство выработок в сложных горнотехнических условиях: Справочник / Б.А. Картозия, В.А. Пшеничный, ИХ« Косков и др.; Под ред. Б А. Картшия.-М:: Недра, 1992.« 320 с.

204. Временное руководство по проектированию крепи регулируемого сопротивления капитальных горных выработок на шахтах Донбасса- М.: МШ.- 1987.-36 с.

205. Шахты Кузбасса: Справочник / В.Е. Брагин, П.В. Егоров, Е.А. Бобер и др. Под ред. П.В. Егорова и Е.А. Бобера.- М.: Недра, 1994.352 с.

206. Руководство по технологии возведения крепи инъекционными методами и противофильтрационных завес при пересечении пожароопасных угольных пластов Кемерово: Кузниишахтострой.- 1999- 81 с.

207. Сборник № 35 единых районных единичных расценок на горнопроходческие работы, привязанных к местным условиям Кемеровской области.- Сибгипрошахт: Кемерово, 1984.- 800 с.

208. Сборник единичных расценок на ремонт и поддержание горных выработок в период строительства, привязанных к местным условиям Кемеровской области.- Сибгипрошахт: Новосибирск, 1986.- 287 с.