автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии последующей цементации горных пород вокруг капитальных выработок

министерство науки, высшей школы и технической политики российской федерации

колштет по высшей школе КУЗБАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи СЫРКИН Петр Серафимович

УДК 622.257.1

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ЦЕМЕНТАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД ВОКРУГ КАПИТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

Специальность 05.15.04 — «Шахтное строительство»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1002

Работа выполнена в комбинате «Кузбассшахтострой» и Кузбасском политехническом институте

Научный руководитель — с. н. с-, канд.техн. наук

В. А. Хямяляйнен

Официальные оппоненты: член-корреспондент Академии

Горных наук Украины, лауреат Государственной премии СССР, проф., докт. техн. наук Э. Я. Кипко, с. н. е., канд. техн. наук В. И. Митраков

Ведущее предприятие — институт «КузНИИшахто-

строй»

Автореферат разослан « 09 » £0 1992 г.

Защита диссертации состоится « ¿(э » II 1992 г. в ¿//££час. на заседании специализированного совета по присуждению ученых степеней Д 063.70 02 при Кузбасском политехническом институте.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского политехнического института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, проспм направлять по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28, КузПИ.

Учений секретарь специализированного совета, доктор технических наук

А. С. ТАШКИНОВ

втгл }

общая характеристика работы

Актуальность работы^ Основными направлениями экономического и социального развития на блихайщуо перспективу предусиатрива-ется дальнейшее развитие угледобывасщея отрасли проиыпленнооти в направления соперсенствования технология, уиеньшения стоимости и трудоемкости добычи угля, обеспечения безопасных условия работы шахтеров. Решение этой задачи в значительной степени определяется уровней развития способов проведения и подцерхания капитальных горних выработок как при реконструкции действупдих, так и строительстве новых шахт. В настоящее вреия при проведении и поддержании капитальных выработок вполне определенно наыетклаоь тенденция макс ¡шального использования физических свойств как естественного, так и искусственно укрепленного массива. Одним из эффективных способов искусственного укрепления горного массива является его упрочнение путей инъектированил растворов на основе вяхущего после проведения выработки.

Анализ существущих способов и опыта последукцего упрочнения горннх пород раствораыи на ойнове цемента показывает, что объёцн его применения пока незначительны и ограничены наличием только _ крупных пустот. Так,в Кузбассе величина коэффициента треяииопатоо-ти (пустотности) на участках последукцего упрочнения составляла 0»03~0,0[3 и более. 'Норма времени и единичные расценки на нагнетание цементных растзороз составлена на 1 и3 растворе и но учитывают проницаемость шъек тируемого массива. Расширение области при-иенеиял упрочнения и повнпэние его качества возиохно только с а счет совершенствования технологии на основе исследования особенностей фильтрации упрегшящого раствора, контроля состояния массива до, в процессе и после иньектирования и разработки с их учо-тоы принципиально новой нормативной базы на нагнетание растворов в зависимости от фильтрационннхсвойств горных пород.

Исследования выполнена в соответствии с координационный" плана* Кянуглепрсш СССР по тейатшёсйиц плшти комбината "Пузбасс-ЕахтостройГ и Кузбасского политохничо ск ого статута.._______________

Цель работа заключается в разработав способов послодупщеа цеиентации, повыпапзих ей качество, снихаодих трудоемкость и стоимость подаерзания капитальных горних выработок.

Идея'работы''-пспользов~ашГе1законга^ нявщих растворов и онт'роля состояния породного пассива при пос-ледущеи цементации;

Задачи иоследовани; :

- разработать исходные данные для создания нормативной базы кз нагнетание цементных растворов в зависииосги от реаииа фильтрации и проницаеиости породного пассива;

- усовершенствовать способы контроля цустотности породного массива вокруг вкработ....;'

- разработать технические решения по совершенствование технологии последующей цементации горных пород вокруг выработок.

.Методы исследования.

Разработка исходных данных для создания новой нормативной базы ш нагнетание раствора осуществлена цутеы аналитических, лабораторных и натургах экспериментальных исследован»! фильтрации раст» воров с использованием методов механики сплооных сред, теории подобия, проведешь численных расчетоз и обработкой результатов эксперимента на 5311. ''

Совершенствование способов контрол состояния породного масок«» ва на различных стадиях цементации осуществлено цутем проведения реометршескш: и электрометрических исследований в натурных и лабораторных условиях методами нагнетания воздуха в кпурн и 4-ех электродного электрокаротажа на постоянном токе.

Совершенствование технологии последующей цементации осуществлено ка основе результатов фильтрационных и электрометрических ис~ следований с использованием проиаводственкого эксперимента по нагнетанию раствора я контролю состояния цементируемого массива»

Научные положения, защищаемые в диссертации и разработанное лично соискателей:

- расход растгора в скгазину в аначительноЯ степени зависит от проницаемости массива, в ыеньией степени - от деформационных свойств пород, давления нагнетания, диаметра сква^ши и концентрации раствора, а распределение давления в еоне седиментации ¡иеет нелинейный характер;

^ в процессе цементации удельное злектретеское сопротивление ' ( УЭС) массива резко уменьшается на-несколько порядков на начальной стадии, затеа стабилизируется и через трое-четверо суток по кере схватывания, твердения раствора происходит резкое увеличение УЭС, причем изменение УЭС цементируемого тссива в пределах контролируемого участка характеризует фронт распространения цеиентного раствора а пространстве и времени;

- "качественную цементации обеспечивает нагнетание раствора

через сквахкны перронного гидродинамического сопротивления в соответствии с разработанной нормативной базой, учитиващеД проницаемость пассива, а такхе непрерывный контроль состояния цементируемого пассива на всех стадиях цементации.

На.учтя новизна работы заключается: _

-в совершенствовании модели фильтрации цементного ¡астиора, учитывающее! физические особенности цементации и устанагшпзаще:: залис.>-кость мехду реологическими характеристикам раствира, физическими ' характеристика!«! породного массива и рехимэм нагнетания;

- в экспериментальном обосновании вовисхности и использовании решетричеокого и электрометрического контроля состояние цементируемого массива;

-в разработке нормативна базы на нагнетание растворя, учитива-шеЯ проницаемость гор!шс пород вокруг выработки,а такхо и рааработ-ко способов цементации, основанных та учете неравномерности цустот-ности и контроле состояния на с ива.

Обоснованность и достоверность научных ползхений, ьиводов и рекомендация подтвзрддастся:

- применением .классических методов механики сплошных сред;

- удовлетворительно!! схо&шостьс результа.лв аналитических, лабораторных и натурних фильтрационных и электрометрических исследовании;

- полохительншш результатами внедрения основных полохений диссертационной работы при последукнея цеиентации на пахтах Кузбасса.

Научное значение работы заклшаетсл в установлена закономерностей влияния различных факторов на ресход раствора в сквахицу и изменения электрофизических сеойств цементируемого массива ш различных стадиях его состояния.

Практаческая ценность. Прошение разработанных технических решения по совершенствовашш технологии цементации позволяет расширить область применения инъекционного упрочнения в тонно-треданова-тых породах, повысить качество цеиентации неоднородных по прошцае-к-ости горных пород, непрерывно контролировать процесс цементации, корректировать параметры технологии нагнетания, уменьшить трудоеи» кость и стоимость поддержания капитальных выработок.

Реализация.выводов и рекомендация работы. Основные положения диссертационной работы реализованы в нормативных руководящих документах: " Каталог единичных расценок на нагнетание цементных'

растворов при последус~ей цементации горных пород в зависим ости от проницаемости пород ( дополнение к сборнику ЕРЬ? Р 35 m горнопроходческие работы, утв. МУП СССР от 29.06.90); "Руководство по технологий крепления горних выработок с применением опалубки ШП, основанной на использовании несуще;! способности упрочненных пород { РД 12.18.038-89 МУП .GCP); н Методические указания по определению коэффициента трещшоватости горного пассива вокруг выработок реометрическим и электрометрическим методами (временные)", "Методические указания по контролю последующего инъекционного упрочнения горних пород вокруг выработок растворами на основа цемента электрометрическим методом". Способ последующей цементации с непрерывным контролем состояния цементируемого массива реализован ■ в Кузбассе на участках вентиляционного ствола ? 2 ш.-им. Дзершн-ского, участков горизонтальных выработок вахт "Краснокаменская", " Киселевская", "Юбилейная". Фактический экономическщ эффект только на двух участках выработок шахт им, Дзержинского и "Юбилейная" составил в ценах 199Э года 103 тьс. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работн докладывались на научно-технической конференции, посвященной 40 летию Kyeffil ( г. Кемерово, 1990), 5-ом научно-техническом семинаре по геодинамическоцу районированию недр ( г. Кемерово, 1992), научно-техническом совете ПО " Спецтампота2£еология" ( п Антрацит, 19S2), горной секции ученого совета Кузншпяахтостроя (г.йемеро-во, 1992), кафедре СПСиШ КузПИ, ваучно-гехяпческш: советах комбината "Кузбассшахтострой" (гг. Новокузнецк, Кемерово, 1957-1990 ),научно-техническом совете комбината "Ростовшахтострой" (г.Нахтн,-19S-).

Публикации. По теме диссертационной работн опубликовано 8 печатных работ и получено 5 авторских свидетельств на изобретения.

Объем_работн. Диссертационная работа состоит из введения,

четнрех глав, заключения, описка литературы из 107 наименований и изложена на 159 страницах, вклшая 13 таблиц, 35 рисунков и 15 страниц приложений»

"ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОГШ

Эффективность поддерасания капитальных горных выработок о использованием инъекционного упрочнения горных пород в значительной степени определяется уровнем его технологии. Значительный вклад в совершенствование технологии упрочнения горных пород растворами на основе вяжущего (как правило цементными) и исследования

взаищдеяствня раствора с упрочняешш иазсивои внесли отечественные исследователи Н.Г. Трупак, И.й. Вахраиеев, З.Я. Кипко,П.А.Полозов, D.H. Спичак, O.D. Лусникова, D.3. Заславский, А.П. Цакси-ыов, Г.Г.1 Литвинскип, Е.Б, Друхко, Б.А.' Картоаил, Б^Д.' Полозов, J1.LU' Ерофеев, Г.И. Кравченко, A.B. Кондратов, П.П. Ге ьчешо, Н.Т. Логачев, ВЛ1.'Иитраков, D.H. Куликов, Е.IV Дуда, Б.А.-КорецкиЯ, D;B. Бурков, Г.И.''Комаров, В.А.' Хямяляйнен и многие другие представители возглавляемых ;ши научных н\пр злешй. Яч e&pjtfcsiu?: исследователе') следует выделить Л. Каибефора.

Ана из суцествущея технологии последувдей цеыентации горнах пор^д показывает, что основный недостатком, сдерхивапщш её широкое пршенение и повышение качества работ, является несовершенство её нормативной базы к отсутствие оперативных иетодов контроля СОСТОЯ1- я угоочнлеиого массива. Прииеняеыые в пахтноц строительстве нормативы С нораш времени и единичные расценки) не учитывает резин движения цеиентных раствороз и особенностей его еззшо-деяствия с упрочняете/ иасснвои, а частости не учитывает прсет-цаеыость пассива. Отссда следует внвод о целесообразности созер-пецствования нормативной базы га основе исследования фильтрации цементных растворов. Выполнение этой работы только на базе достигнутых в этой области результатов не представляется возио.апи.тагк как эти исследования выполнены либо для вязко-пластичных ,'напр'г-••ер, глкноценентиых растворов) либо однородных ньотоновечих жидкостей ( химических раствороз). Отдельные хе результаты исследован.!.! фильтрации цементных растворов, учитнвзпцие рзалкгаэ ггачх— лени я отфильтровивания жидкой фазы раствора, седтгентацпт? heieh^1-ных част;щ, деформации горного иассиЕа,носят либо частный характер описания упконаправленных экспериментов, либо попытку пззтрэ-ения расчетной нодели при определенных ограничениях. В планэ даль-нейиего совершенствования моделирования фильтрации цеггятзл: растворов гаи представляется-перспективным развитие педгед» ::; зг:-цу вопросу, предложенного" Л. Каибефороа и развитого в тострое Е.Г.'Ду,-х и В.Л. Хяиядляненш, согласно noxopeij дкаи-нкэ цеиентных раствороз представляет собоп гидротранспорт тгордых частиц и в безосадочнсм рехгаш нохет рассматриваться па?, течение го^огешio*f хГдаоати с кос венным учетом-влияши еедп'.гп--тации путец изменения коэффициента проницаемости нзееип га потока.

Несовертенство но{Штиеноя базы на практике привело з отяг-

ву от упрочнения тонко-трещиноватых пород. Для анализа использованы результаты инъекционного упрочнения пород на шахтах Куэнец-кого бассейна. По результатом закачек определен средний «соэ^ици» ент трещиноьатости ( трещи, лои г\устотности), величина которюго иэкенлэтся от 0,СЗ до 0,05, что свадетельствует о значительной первоначальной пустотности упрочняемого иассива,

Моделирование фильтрации ценентных раствороз выполнено а к.пользованием уравнений механики сплопшнх сред- Отдельно рассмотрены уравнр'ия неразрывности и уравнения движения для цеиентных частиц и хидкости. Путш введения средних характеристик двухфазной среда - скорости и плотности, зиписана уравнения неразрывности и двихем'я сыеси. Переходя в указанных уравнениях от истинной скорости к скорости фильтрации, отбрасывая кассовые силы, выражая силы трения в соответствии с классический;; представлениями через скорость фильтрации, реологические характеристики раствора и фильтрационные характеристики иассива, а такхе учитывая уравнение изотермического состояния сксои,опродолснасистсма уравнений длл описания нестационарной ¿из ьтрацин.

•. С целы) более полного учета проявлений дз$ор<аций горного иассива под действием давления раствора и сединзитащ-л цементных частиц, в таюсо получения окончательного радения в аналитической форие, рассмотрена стационарная фильтрация. При этом, как частниЛ случая,в соотээтс.зии с записанной сигтшса уравнений коЪташ?онй]1Ко2 фильтрации рассиогрзно слодушоа с5о£>нешю уравнения Лапласа для распрод лония давления:---

+ + — - -(Ш ^ 4 — — + — — УО

ГДО Р - давление раствора; р - скалярная функция, опредедяшая от-ноекзшш коэффициента проницаемости К в праиивздекш иоойициеита трущшоватооти уп но коэффициент кинематической вязкости раствора

V • ОС^ , ,Х5,. - декартовые коордаиатн.'

На основе исследований, выполненных в Кузнкисахтоотрое и

КуеПИ, в случае' пяоскорал.шльнсЯ фильтрации ив одиночной сква-

ими функция Р цоютбыть записана в виде

где а - константа, определяющая начальное состояние трещин. ( начальное раскрытие, извилистость, клиновиднось, шероховатость); Ъ - текупнп радаре,', характеризупция уменьшение проютшемссти массива по длине потока за счет седиментации цементных частиц; р - де^орцащшиксм х ?анториз-..и:- ^«аь.. ( велшина, обратная подуло объемного сгагия); Рк - давление на контуре ( мае з-все давле ю в случае обводненных пород).

.1оеле перехода н полярным координатам и ресения простейпеЯ краевой задачи 1-го рода получено внрагение для определения распределения давления по длине потока Р(г) : 1.

которое показигает, что в отличие от. гесткс'! недефорцируапЛ среды распределение давления з зоне седиментации ( , Я. ) нелшейш.

В стационарной постановке достоверность предложенной £нль-трационнсл модели подтверждена результатами эксперимента н;: дпзи-ческой модели трещиноватого дефоршруеиого массива констру..щш лузшшггахтострол, представлявдей собой радиаль^-ч цель, сбразо~ ь>Н1гуа деформируемой срадоа.

С цель» сценки влияния на расход раствора длины и диаI гетра сквагини, давления нагнетания и фильтрационных характернстл; ™тп»1— няеного массива численно реализована модель плоскорадналшоп фильтрации: При отец фильтрация нестабильных растворов с Ц:3 а 1:1 расснотреш па лювэ построенной подели, а густых неседииентп-ругщих - как обычных вязко-пластихоз без калгаия ядра потопа. Анализ результатов численного счета показывает нэзпачитатьнгз впг.т— 15Ю деформационных озолсто пассива и концектраши раствсгл, несколько больнее пияние дгаиетра с к вагины I: давления натхагля ¡5 очень значительное влияние коэффициента прошцаенсстп ггссигз ( рис.)

3 тту рнюг условиях экспериенталышв исследования ¿згра-шш цементных растворов и хронсметрэзаше иаблидения при^дпп при последупцей цементации горках пород на участке вэнтиг.с^:::о-го ствола С 2 пахты ии.1 Даерзшского НПО " Про к оп ьо в с к гп-рсу гол ь".

„У*

¿'5 Ю

(¡•■¿•и /-Д«.-1! -Ц/« . 4

0-ю,

к>/с

¡а>

■ ¡о

- ФЬ'Ы /¡•о

1 ---

с С£5

■ -

'о,( <55 / ! 10 Я

<У & /

£ а

Рис. Графики зависимости расхода раствора ( й ) от коэффициента проницаемости ( л0), концентрации раствора ( Ц : В ), деформационной характеристики массива ( р ), давления нагнетания (Р) и диаметра (гквахинн ( £ )

Исследования выполнены для значения коэффициента проницаемости К0= 0,022; 0,274; 3,3 дарси. На основе выполненных теоретически ц экспериментальных исследований для всего возыохного диапазона изменения коэффициента проницаемости составлены прогнозные (расчетные) нории зренени на нагнетание цементных растворов в массив, а такзз получены фактические корш времени для трех виЕепрмведе.ч-нах. значения коэ&ициегта проницаемости. Сопоставление прогнозных ^ ри^'.'-Л.»^-., :: .^л.. л Вт.".'.

::ыд коэффициент. 3 целоц, полученные результаты послужили баас-к для -азгл^откк принципиально новых нормативов на нагнетание цэца;-:?-ннх растворов при последуэдеа цементации.

5 оскозу реиения зтопод задачи по соЕергэнстворлгсга сп-зсбов ¡юнтрэяг за состоянием пассива при цеыентацта пояогенн реси-зтр:«.-чести п эле' грометрическиЯ методы. В качестве основного кснтрс-лируомого параметра принят коэффициент цустотности породного сива до цзыентзпии, после окончания цементации и в процесс? £"с-плу атзции в краб он: и.

Методика определения коэффициента треукнолтосш ( п;.зеогзс-c.Tif) породного массива до цементации основывалась на том, что абсолютная э-Иактпеиая пустогнозть определяется нэлотинок ¡г-енгл породного контура посла ароъъ/.чиаа выработки и естествен»'.! цус-тотностью массива до проведения выработка.

РвоиетрипееклЯ нет од предполагал поит&рза.чьноэ нагнетание и гщуры воздуха нлк вод;; и оценку по иэвестшы способам распределг«-1Г!Я псглс^аг?лЕ!1 способности маезнпл. |(и) по скорозта пздз—"; давления воздуха з аккуцулируюдеа еикссти или расходу зодь. этом распределение коэффициента трециносатости п-.(г-) лил удалэ-п:п! от контура заработки прздлозено определять из вырнгешм

ги-1 * и* + то» - г., .

=--^-— ¿СО ,

15 | (г) г ¿г

■ I

»■до - коэффициент• трещиноватости пассива до прэвздеэз'Л ьнработкп; II - относительное ( отнесежое ¡с 'радцуеу де^оргаро-кшнего -участка контура-выработки) -еасденнэ пород на контуре выработки; - относительна1. рад^с_ злиякия выработки; 1 -

относительный текущий радиуо. ■ .....

При патуринх замерах распределение поглощащей способности массива целесообразно аппроксимировать'степенной пли скс

поненциальнои вависимостьЕ.

3 процессе фильтрации цементного раствора в породной массиве происходит его увлажнение, изменяется цустотность вследствие седиментации цементных час.иц. Это приводит к изменение электрических свойств породного массива на разных стадиях его цементации. Путш проведения лабораторного эксперимента установлена зависимость удельного электрического сопротивления £ (УЭС) цементно-песчаной смеси при ее увлажнении мшерализосанными растворами до насыщения, а такхе на стадиях схватывания и твердения цементного камня. После увлахнения УЭС Р смеси сн.нается на 2-3 порядка по относов» к УЗС сухой смеси. Через 50-100 часов начина-

ется повышение в процессе схватывания раствора и твердения цементного камня. Через 300-1000 часов в зависимости от степени минерализации раствора происходит полное химическое связывание ьоди, адахность образца достигает уровня естественной влагности породного массива. В дальнейием происходит висуциваше образца,и величина приближается к еначении $>0 . для раствора, соот-ветствунцого иахтнол воде ( р =3-15 0ы>ц), время стабили-еащш злег^гркческой структура цементного камня и зацементированного массива составляет не более 300-350 часов. По истечении данного срока поело нагнетания зацементированный породни» массив становится не только более монолитнам, но и электрически более однородной средой, дальнейшее изменение которой возмохно только при появлении трещин.

0/..лш та наиболее существенных факторов, влиящих на коэффициент остаточной пустотнооти эацшентировашюго.массива, является глубина проникновения раствора от сквахинн. Имея . лфоршдо о динамике фронта фильтрации, мохно непосредственно в процессе нагнетания своевременно корректировать её раит, концентрацию раствора, расстояние мехду нагнетательными скЕахнсамн. Поскольку раствор представляет собой хидкость с определенней электропроводность», для.контроля процесса фильтрации ъ кеобводаекном массиве представляется перепзктиЕНШм использовать кзЕестнаэ способы обнаружения водоносных горизонтов и высокопроводящгагоалеаеЯ методами электрометрии/ Тогда, используя известное вирахениэ для потенциала точечного источника, представленного в виде ряда через полином Лсхандра, и ограничиваясь первни скагаездш разлохения.для 4-сх глсктрздкой схемы градкент-зонда получено следуодее внрахегаэ ■

для определения радцуса цементации R в зависимости от изме-ненил УЭС ^ массива в процессе фильтрации

где I - расстояние мехду нагнетательной и параллельной ей кснтрсл-.;.:;.; р,- « !*0" у-"^^. до цемента цич ( при

= 0); А - геометрический коэффициент установки электродов; С - коэффициент отф.,льтровнвания хидноп ;}аэя раствора по дл'че потока о- сквахинн (С ¿1 ).

Для оценки остатсмнои пустотности зацементированного породного массива ва основе анализа влияния влажности на УЗС пород предлсяено увлажнять зацементированный массив до насыщения. По величин отнесения сопротивления настенного массива к опоркону значении сог.^отивлегая преддохено определять качество цементедм. В качестве опорных значений сопротивления приняты сопротивления ненаруиениого пассива, естественно:! влаги, бетона ( при налички оетоннсп крепи). Относительная оценка изменения пустотности массива вследствие цементации мохет быть произведена по изысьсшто УЭС без дополнительного его увлажнения ло касыцения.'

Контроль состояния зацементированного массива в прсц^сэ эксплуатации выработки предложено оценивать по изменекип УЗС во "реыеш!, которое характеризует изкэнение относительного приращения остаточной пустотности зацементирозашюго массива.

Влияние экранирования выработки на воличшу УЗС перздгзгз ппссиза з соответствии с исследованиями К.усГГЛ учтено папрйзсгёгпГ коэффициентами. Наличие _полости выработки приводит к увзлшипж УЗС, а наличие крепи с металлической арматурой - к уиеньпенйо- УЭС.'Пр удалении от контура выработки вшмютё'озЁраУзфбзашя. У^еньгаеЪслГ

Результаты теоретических ¡теследовать! электроцетр1пес::сгз контроля состояния породного ыассива подтвзрхдены результатами■ лабораторного а натурного экспериментов. Лабораторная представляла собс ; кшрозодлпуп емкость, заполненную злстстрсгл-тех ( технической водоЯ), а который помечалась модель гг.-ра-боткп, ( стальной тонкостенный полый цилиндр). Установлено, что сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований увеличивается о увеличением разноса питает« злезтредэа при 4- ех электродной схсые*- Зто объясняется уыеньпашсы неоднородности электрического поля прк увеличении разноса. Наг/рпй!

1г

эксперимент по электрофизическому контролю при нагнетании цементного ^створа был проведен в капере гадроподьема ш. "Шилейная" НПО "Прокопьевскгидроуголь". 3 борту чаи еры были отбурены параллельные горизонтальные шпу^ы на расстоянии 0,5 и. Нагнетали хцд--кий цементный раствор ( Ц : В « 1 : 5 ).В контрольный щур попе-пали измерительный еонд с максимальный разносом питапцих влек-тродов ( один у устья, другой в забое ппура). фактический радаус Фильтрации составил 0,5 м, " расчетный - 0,4 м, что свидетельствует о пригодности электрометрического метода и вциеприведенной Лорцуды для экспресс - оценки радиуса цементации. Измерения проводили каротажным прибором КП-2 ка постоянной токе конструкции Куе-ПИ.

Проведенные электрометрические исследования в камере гидроподъема и. "Юбилейная" позволили оценить динамику состояния массива вокруг камеры. Отмечена качественная цементация породного мае» оива со стороны эумпфоз. Со сторона камеры цульповодов на незаце-ментированных участках продолжались динамические процессы увеличения коэффициента трзииноватости. На отдельных вацементированных участках вследствие вибрации от работы углесосов такхе начат! проявляться динамические явления по разрушение зацшинированного массива. Били составлены рекомендации и проведены работы по повторному нагнетанию раствора на отмеченных участках.

Результаты ^лполненных исследований фильтрации цементных раот-вороа и совершенствования способов контроля состояния массива вокруг ви^боток позволили равработать технические ресэния по со-вервенствованию технологии последупцоЯ цементации, вклшаицие в ..себя следущее. '

Разработана новая нормативная база на нагнетание цементных растворов ь зависимости от проницаемости породного массива и рехша фильтрации; В таблице приведены норцы времени на нагнетание цементных растворов для базисных условий ( длина сквахиии - 2 и, диаметр -0,0-53 и, давление нагнетания - 2 ИЛа);■ Переход к другац условиям осу ществляется через соответствуйте коэффициенты,'-

Предлохен способ иньектирования через сквахины переменного гидродинамического сопротивления. С^ть способа вакдгчается в учете изменешя коэффициентов трециноватости и; проюща ем ости при удалении от контура выработки путем искусственного увеличения гидродинамического сопротивления двихенип раствора в сквахине на участках массива с большей трединоватоотью. Реализация способа

» «

Таблица

Нормы времени на нагнетание цементных растворов в зависимости от проницаемости породного шссива( чел.-чае, на 100 ма раствора )

Ц : В

0,5 1 2 3 5

' Коэффициент проницаемости, да реи

Коэффициент пр < 0,8! О.б-!^

3 -10 Г10-20

> 20

1850 1800 1760 1740 1730

! 1460

| 1410

! 1370

| 1360

! 1340

1210 1160

! 1120

1110 1090

797 746 710 695 683

I

к !

566 515 478 464 452

I

482 431 394 330 368

возмохна путей неразномерной изоляции стенок сквахина или путей использования специальных инъектороз. Применение способа позволяет регулировать ао^ распространения раствора по длине сквахгаш в соответствии о изменением коэффициента проницаемости.

Разработан способ последусщеи цементации с непрерывным контролем состояния породного массива до, в процессе и после окончания нагнетания раствора по изменению ого УЭи. ____

Предлахенные технические решения "внедрены в Кузбассе при последующей цементации горных пород на участках грузовой ветви скипового ствола гор. + 100 и ш. " Краснокаменская", околостсоль-ного двора гор, + 40 ы и. "Киселевская", вентиляционного ствола Я 2 и. им. дзерхинского, камеры гидроподьёма и. "Юбилейная". Качество цементации контролировалось путем оборудования замерных станций п бурением пцуров до 3 и и проведением в геи рео-и электрометрических исследовании до, в процессе и после окончания нагнетания раствора. Фактический экономический эффект только на двух последних укаеанныг участках 8а-счет уменьшения физических объёмов работ составил в ценах 1990 года 103 тес. рублей.

__ ЗШЩЕШ2_______________________

В диссертационной работе дано новое"решение актуальной научной задачи по совэриенствовашп технологи: последующей цементации на основе исследования фильтрации цементных растворов и совершенствования методов контроля состояния цементируемого породного массива. Это позволяет перейти на принципиально новуд нормативов бав.у га стадии проектирования, повысить качество цементации, .расвирить облить её приме нения в токко-грезиноватнх породах,

уменьшить трудоемкость и стоимость поддерханйя~кзпитальншс выработок.

Основные выводи, полученные в работе, заключаются в следующем.

1.' Выявлено, что несмотря на перспективность инъекционного упрочнения породного ' ссива цементацией при креплшии капитальных зыработок, объемы его применения незначительна. Это обусловлено ; несовершенством технологии и методов контроля процесса цементации;'

2. С использованием общих уравнений механики сплошной среды получено реьение о распределении давления ¿потоке при плоскорадиаль-* ней фильтрации раствора. Установлен его нелинейный характер. Вняа-дено, что на расход раствора в сквахину наибольшее влияние оказывает проницаемость массива, в несколько меньшей степени г давление нагнетания, диаметр сквахинн и концентрация раствора.

3»' Лредлохен реометрический способ оценки коэффициента треди-новатости горных пород вокруг выработки, заключавшийся в определении смедений породного контура и лоинтервальном гидродинамическом опробовании цементируемого массива. Показана возмозность аппроксимации распределения к оэффициента трединозатости ,цо цементации степенней или экспоненциальной зависимость!!.

4. Обоснована воемсинооть использования электрометрических методов дая контроля состояния породного массива при его цементаци::? Установлено, что изменение УЭС цементируемого массива в процессе нагнетания характеризует распространение цементного раствора от сквахинн, после окончания нагнетания характеризует процесс твердения цементного камня и механические процессы тркдинообразования ь зацементированном породном массиве^ Стабилизация УЭС в процессе твердения цементного камня тбладается в течении 3-1 суток.1

5. Разработан способ цементации с непрерывным контролем состояния цементируемого массива по изменению ого УЭС, псо золящий оценивать коэффициент трединоватости пород до цементации, размеры вот распространения раствора в процессе нагнетания, качество заполнения трещин цементным материале« и иамшениз состояния массива а процессе эксплуатации выработки, что сокращает1 объем бурения и расход цемента до ЗСЙ?

б;1 Разработан способ даъектирования через сквахинн переменного гидродинамического сопротивлений-! основанный на учете изменения коэффициента трэщиноватости и проницаемости от контура выработки путем искусственного увеличения гидродинамического сопротивления

двихению раствора a ск вагине на участках массива "с больпеП трот.и-новатостми Пршенение способа позволяет обеспечить качеотво цоиен-_тации_за счет возможности регулирования распространения -астиора.

7.: Разработана нормативная база на нагнетание ципснтннх растворов в зависимости от проницаемости породного массива и рехит фильтрации раствора в сквахину, поз вопящая раскирпть область цементации в тонко-трещиноватых породах.

Применение предледенных способов последующей цем оптации и раз-»., работанноя нормативно:! базы in нагнетание цементных рас~вороз позволяет сократить расход цемента, трудоемкость и стоимость работ по поддерганип выработок са счет нсплотрния перок^епления до Непосредстэенноэ внедрение разработанных способов цемент- на участках кахт mi.' Ф.Э. Дзерхинсного и "Юбилейная" позволило получить фактический эксношнесхий зй-сит в ценах 1090г в сулю 103 тис. ¡jydi

OCHO'jHliE ПОЛОНЯЩ ДИССЕРТАЦИИ 0ПУБШ03АНН ______В СКЕ&УЩИХ РАБОТАХ_______________________

1. Методдаёсйиэ укаваиия~по определение коаффвдиента традино-ватости горюго массива вокруг выработок рэоие' -даескии и злоктро-цетрическии методами ( врзиеннио) / ХямяляПнен В.Д., Бурков 1:, S., Простов C.'i., Сырк;н П.С., Макаров Е.Я. - Кемерово: Кузниииахто-строи, 1988.- 35 с.

2. Бурков D.3., Хяияляпнок S.A., Снркии П.С. Капраш1ск:ш совершенствования аезенологки ннъеиционного упрощения горных пород вокруг выработок // Иахтное строительство»- 1989;- 3 4. » с.17-20.'

3. Хяцяллпнс:; ЗЛи, Бурков Ю.В., Снрккн П*,С. Соверпспствопа-ше Hopí времени нз нагнетание цементных растворов при последущсл упрочнении ropjax пород//' Подземное и глхгноо строительство.-^;)!«-SS 1. - с. 20-51.

4. Моделирование фильтрации ташокахных рзотворов / Хяняляй-нен З.А., Макаров Е.Я., Простов С.М», Снрзкн П.С. // Изв. вузов. Горный журнал.- 1991. -> Í? 2. - с. 4-7i

5. Руководство по технологии крепления горных выработок с при-мекениэи опалубки СУП» основанной на нэсуцеп способности упрочненных пород/ Бурков D.B., Хямяляйнеи З.А., Саркин П.С. и др. - Кемерово: Пузниииахтострой, 1990v- 80 с.

6.- Хямяляйнен Б.А. , Сыркш П.С. Совершенствование технология инъекционного упрочнения горик пород иа основе исследования фильтрации цементных рае, ¿воров // Тезисн докладов научно-практической конференции, посвященной 40 летио К.узПЙ.- Кеггсрозо í КувПИ»1591.-с. 43 - 44.

7. ЭлектрометричЕ с кий контроль состояния упрочненного массива на ш. "Юбилейная" / X/ яляйнен В.А., Простов С.М., Макаров Е.Я., Снркин П.Ci, Агафонов А.Ф.// Подземное и шахтное строительство.-1991.- Ш 5.- с. 7-10.

8. Методические указания по контроле последующего иньекцион» ного упрочнения горш - пород вокруг выработок растворами на основе цемента электрометрическим методом / Хяыяляйнен З.А., Проотов С.М»> Бурков В.В., Удовиченко В.П., Деревнин U.C., Снркин П.С. - Кемерово: Кузнишах то строй, КузГЫ, 1991.- 32 с.

9. A.c. 1460290 СССР. ШШ3 Е21Д 1/16. Способ тампонирования "горных порол' В.А.Хяияляйнен, E.flitîaKapoB, С.М.Простов, П.С.Снр-» кин (СССР).4271661/23-03; Заяз. 30.С6.87; Опубл. 23.02.89., Бел. ß 7.

10. A.c. 1490285 СССР, !'КИа Е21Д 1/16. Способ создания проти-ворильтрациенной завесы вертикальной выработки/ Б.А.ХямяляЙкен, Б.В.Дьяков,' О.И.Чертов, А.Й.Петров, П.С.Снркин (СССР).- Р 4279979/ /23-03; Заяв. 07.07.87; Опубл. 30.06.8ь., Бш. Р 24,

11. A.c. 1532714 СССР, НКИа Е21Д 11/10. Способ упрочнения горных пороУ В.А.Хямяляйнен, С.М*Прсстов, П.С.Сирккн, Е.Я.Иакаров (СССР).- F 4272288/23-03; Заяв. 30.06.87; Оцубл. 30.12.89, Бш.

F 48.

12. AiC. 1555493 СССР, • 'ЖИЭ Е21Д 1/16, Е21В 33/12. Способ цементации горных пород/.А.В.Угляшща, J. Д, Хямяляйисн, С. В. ЕуР!!°в».......

А.Я.Петров., П.С.Снрккн (СССР).- Р 4330727/23-03; Заяв.' 23.11 ¿87; Опубл. 07.04<90, Бш. В 13.

13. A.c. 1694912 СССР, ШШ3 Е21Д 11/1С, Е21С 39/00, Спосо., оценки качества упрочнённых горных пород скреплксциии растворами/ С.а.Простов, В.А.Хямяляйнен, П.С.Сырвик, Б.И .Удовиченко (СССР).-

lï 4717232/03; Баяв. 04.07.89; Оцубл. 30.il.9U Бш. Р 44.

Подписанб в печать 05.10.32. Заказ é/2>, тарах 100 eus. Яечать офсетная'. uch.eu 1 п.л. формат 60x64/16. Типогрсфш кузбасского иолшехкцчсиого института. 6;")002о, Кеизрозо, Краспоармв^окпя, 115.