автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Управление процессом формирования цементационных завес вокруг капитальных горных выработок

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ХЯМЯЛЯМНЕН Вениамин Анатольевич

УДК 622.257.1

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ФОРМИРОВАНИЯ ЦЕМЕНТАЦИОННЫХ ЗАВЕС ВОКРУГ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Специальности:

05.15.11,— «Физические процессы горного производства» 05.15.04 — «Шахтное строительство»

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово 1992

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительства угольных и горно-рудных предприятий (Куз-шшшахтострой) и Кузбасском политехническом институте.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю. Н. Спичак доктор технических наук, профессор П- М. Тютюнник доктор технических наук, профессор Б. Д. Половов

Ведущее предприятие — концерн «Кузбассшахтострон».

Защита диссертации состоится 992 г. в $ час.

на заседании специализированного советй по присуждению ученых степенен 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, просим' направлять по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28, КузПИ. Телефон для справок 23-26-87.

Автореферат разослан

19 кс ^^р

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук,

Д. С. ТАШКИ НОВ

российская '„.1

Btfñ/iriUl lïftA . I

OBI" Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

11

Актуальность работа. В овязи о увеличением глубин горных работ, отработкой легкодоступных w ог-орок )ний полезных мскопр-ешх возрастают объемы проведения капиталышх горных выработок в сложных гидрогеологических и горно-геологичеоких условиях.Наличие водопритоков пг ' проходке вертикальных cr-олов приводит к уве. лчению ороков строительство тхт к его удорожании. При увеличении водопг'.тока о 5 до 100 м3Уч темпы проходки отвода сажаются в 5-10 раз, а стоимооть возраотэет н 3-5 раз. 1'величет*е объемов проведения капитальных горизонта., _,шяс выработок в неустойчивых породах к. утолькых пахтах за последние 10 лет прив -ло к возрастанию трудое- хооти крепления выработок в 3,7 раз« и расхода ьогалла р 2 раза.

Нэ дольных шахтах Кузоаоса более одной треп* отвол з проходится при ог-'дяемых водопритоках. значительно превышавших нор-матив|ше 5 мэ/ч. Около 35$ капитальных гор;::кталышх .орных выработок проводи тол в неустойчивых породах, вна'-чгельная часть кс 'орых ожегодно ;.орикрепляг-оя.

Одним из аф5ек«;лшх способов водоподавлешл и повышения уотойчигтоти трещиноватого породного маосива является его тампонаж и, в чаоыос?и, цементация. Несмотря на определенные уопехи и значительный практический опыт прш?кет:я цементации гсрнил пород, дост;:l'aемая гглотнвсть цементекиомшх завес не всегда обеспечивает норлс.ивкые водопритоки к требуемуи устойчивость породного Mauoi.^a. При пррдварительнсЭ цементации в ря,.л случаев возникает необходимость ее повторения, либо ликвидациг оогаточ«шх сверхнормативных водопритоков путем остановки проходки выработки и пос. ¿дующей цемин-иции. lía практике нередки случаи распространения раствора десятки метров от вырзСптки. Отмеченное оуиеот-венно повидает трудоемкость и стоимость цемент; дионных работ,приводит к перерасходу дефицитно: ) цемента, уврчичешш сроки строи--эльотва и стоимости сооружения выработки.

Слоившееся n<"ioveiffic объясняется отсутствием эф?екдивных методов управления процессом фор'чропшгя це-ентационшо: ?авьо на различичх отадиях еоогоякия цементируемого породного мяооива. Это обуоловло^ отсутстяием 1,<дроляшзмичаг"гас основ .. способов формирования цементационных эарчо, учитывавших физические ооэ-

бенности цементации в виде проявлений с-диментвции цементных чостиц и отфилм{ зыввния жидкой фазь, раствора в пористые породные блоки и по длине поюка в тревинвх.

На основании изложенного представляется акту? -ъной разработка теоретических положений по установлению зак юмерноьгей процесса формирования цементационных завос и научно-обоснованны^ 1ехри-че^.сих решений по ггредЕарктоль' ой и последующей цем^нтаци" трещиноватого поро; юго массива.

Диссертационная работа выполнена в рамках и следовалиЯ в с . ответствии с коордпр-'ционшмй планами Мш1уг.*епрома,Миатраноотроя и Минпетмета СССР по планам научно-исследовательских рпбот Кузныа-шахтостре т и Кузбасского политехнического института,прошедших р -гветраци» в ШЭ-ЛйНтре.

Цель работы заключается в разработке методов управления -роцеооом форгчровакия цементационных заве., обеспечиваших пошлете качеогва, умены&юш трудоемкости и стоимости цеменгаг ли трещиноватых пород вокруг .¡агчтальных горных В1>"эботок.

Идея работы оостпт в нспользовашпг закономерностей отфилът-ровывакия жидкой фаза раствора и оедшентации цементных чаотиц г-^и установлении взатаоо!так параметров нагнетания, физических овойотв цементных раотворов, фильтрационное характеристик массива, геометрии облаотв Фильтрации и разработке опоообов формирования- цомэнта-ционрчх вавео.

Ряряул исследований:

- установить 8Ьконоы8»"юотг ог'тльтровывания жидкой фазы р'о-твора и седиментация цементных чаотиц при фильтрации раствора в трещинах;.

- г -»ределпть параметра формирования цементационных завес?

- р^ Jpaбoтaть способы контроля процесса формирована це"9нтя-ционных заЕес; ,

- разработать способы формирования цемектационп.'Х зав^о вокруг капитальны., выработок при преда ритолыюй я юоледушей цементации.

Уетот'ы исслетшякий. Выг. лненкый комплекс исследований включает ч себя анализ к обобщение лг-ергтурных источников, аналитические исследования с использованием методо--. механики оплоачшх соел, крупномасштабные лабора-^рные экспериментальные исследования о кспольао^анием методов теории по; бия к анализа размерностей, экспе\';чментальйые натурныг исследования, ст;. .мистическую об-

работку результатов акопоримеита, численные расчеты на ЭВМ, тех-1гико-эконшичоскна анализ ¡эффективности разработанных способов цементации и результатов их внедрения.

Нарчнна положения, завышаемые в лиосвутяиум:

- интенсивность отфильтровывать жидкой фазы раствора п порно гы о трещинообразуюшие породные блоки, определяемая безразмер-нш динамическим параметром ^ , вавиоит, в основном, от геометрии области фильтрации, пороьой проницаемости горних пород и незначительно аавионг от перепада давления по длине потока;

- седиментация цементных частиц и отфильтровшзадао жидкой фазы распора по длине потока в трещинах определяются критической (минимальной безооадочной) скоростью 1Гкр , характеризующей тешу минимума завиоимооти гидравличеоких сопротивлений трещины от о ре-дней окорсоги раствора, и учитываются при определении параметров цементации трещиноватых пород путем введения в рассмотрение, фу пи— ции физического состояния системы "породни!! массив - раотвор";

- предельные характеристики основных параметров формирования цементационной завесы не зависят от степени нелинейности уравнения движения раотвора, а определяйте« реодинэмпчаокш комплексом 1Гцр (/I - коэффициент дикамичеоной вязкости раствора ч баэ-осадочнем режиме движения) и деформационным поведением. массива под дейотвкем давления раотвора, оцениваемым бозра уме рига комп-лекоом ( р - комплексный параметр трешиновагооти, &Р -перепад давления по джнв потока);

- параметры формирования цементационной завесы определяйте» но только иоходвым физическим ооотояниеы массива, ко и характером ого изменения в процессе цементации;

- контроль процэооо формирования цементационной завесы при поолбдуюшей цементации геометрическим и электрометрическим методами обестнпшяпг «пределе .<ие смешения неродного контура а измерение удельного электрического сопротивления массива в процессе цементации о .учетом влиянии экранирования выработки;

- требуемую плотность цементационной завесы и уменызднив физических объемов работ по ео созданию при предварительно,') цементации обеспечивают нагнетание ¡яотвора через скважины переменной длины и ориентированные шели флюидороарава, а при последующей - нагнетание рзитяорп в окввжшш переменного гидродинамического сопротивления, прокировшгив жидкой фааы и непрерывный

контроль состояния т/асоива.

Рлучиг'Я г-чбо?и вэклкчаетоя:

- в установлении •.¡акономериоотей «елимоитащш цемонтких чао-ткц, сл\Т:и ль1.грозив* гадкой фаац ряотворо но д-^ши потока и в ь'ориотне трегаияообрээувиие блоки;

• - в разработке нестационарной матомагической пакет процесса ичъзкгпрэвянил цементного раствори в оквйккну, поаволгладЯ оценивать плотность цементационной еаяеоы и радиуо цзыентащш но времени;

- в разработке методики круписшсштябтпс йкешеркмонтлькнх лабораторных иооледопегаК фильтрации цемшгтгих растворов в тра~ шяковатих оредах, учатывашей фьэичоокио особаннооти цементации}

- е обсонопаа'.и и совершекоизавокм опоообов контроля процесса формирования цементационной заве<ш гидродинамическим, рео-мстричвсяим й о л е к трем е три чо с кг м методами;

- в разработке классификации породного моооина покруг прой-дечнах 'выработок по прош'.цаемости, еббопячиватаей разработку новой чорлэткмей базы на ногнегонке аэыекгкых раотиоротн

—■б установлении взаимсевчаи ызвду опооойами формирования ца'гонтациоглшх заяса и иемвтшймоя фпэичеок^ы осотояш'ем породного масоияа, обеспечивающий максимальную плотность канолноквд тревизн цементным мзториялом при минимальных расходах'.

Обоснованность я тодтрАерн^оть. ИЗУЧИТ*. пелоу^ди^^^сдов у. рркомпкттрц-Л подтьортдавтоя:

- применением ппробмрованннх клаооичыоких методов мехйшад спл сигах средь тоорин подобия у анализа размерностей;

- удовлетворительной оходимоотгм рсаупьтпточ шизл'.т'.чспких, бхеяериые шильных лаборатории**, нзтугпых Ф;\и-гр."«циог>;т «• олектро-метрлческих '/оол?;-овсшиЙ;

- поаояитвлъкаии• овзультг.томи !<№&?<'№\й осноьыо« 1к-лг>*.д1гсй диссор'1'-эии?к;;ой райоти прк нролларкмльно« х опомту»и,л1 < ((■•<.«<!!*-тация на аахтяг Кузяев ото к Кэрагацниисдал'о у голыш * С\-.«л)'.-Яиов«

заклочютоя!

- в постановке и решают« задачи по устакоэлэнк» закономерно^ стей проявления физических особенностей цементации;

- в обосновании реоягкпми»деоиого псяхедя к определению основных параметров формирования цеаднтпетонинх зовес:

• - в разработке мятематичосчсй мололи фильтрами ипстзби.шягх цемектннх растворов я тростикояатом маоосве и, п целом, процесса кнъекглреваггил в оквэ*мгу;

- в разработке методики пхепеуимоктплъних иоолелоктгой филь-тра'рш раствора на физ«н<гоких моделях ррмитоиотих орел;

- в обоонеящп'и и разработке способов ¡со tw рол я состояния цементируемого voco:'r,n ;

- в рСЗра<50Ш> v, OWW'T гфк.ХГУППйОГЛ способов ^ЮрммроваКЙЯ цементационных эопоо, ут>шси'лх ^иоячаекпе особенности цементации,

№тноя„, aifmioireg^foTiji взклйвдвт з разработке ггдродкко-мичеоких оонпп цеуэнташп! трдашотт'ого породного массива неота-билькими цс«РНТ1П-г:и роотзороми :i разработке из :•:< основе способов фощщюытп Ш«2ИП>Ц«ОШОДХ мпео.

11тмк скяц mс^ррг'». Примсн&гое разработанных способов контроля состояния ¡' форшфезгчмп цомонтациог.иих завео позволяет по-ьнсита плотность :тосы, у«енш/тъ обгоми буровых робот ;; расход цемента, яозчеитт. клчеотпо ярмектсюя: неоднородных по преш'иаемо-оги горни), пород, расширить оолоотъ np'vWPiwinîH последующей цемек-тпции в гокко-греккяоватих породах, ¡rcnpepratro контролировать процесс цементация, довосг/ до нотт.-атпвких остаточные водопрмгож t ствол, обеспечить требуемую устойчивость яородкэго массива, сократить трудоемкость и стоимость ироходхи вертикальных стволов г, крепления кяпиталышх горизонталью/х выработок.

Ренл.У!--лц/я.работы. Основное полотеш: диссертационной работы вошлк составной чаотью в следующие нориапюкые руководящие документы.

1. Методические указания по определен»:« параметров технологи к у прочной;1 я цементацией грешиневзт'ик: перед вокруг копи та.пь ¡та горных £црчботок/Куз!П!;:талтос'"со;*..-Кем5ро'зо,19?7.

2. Альбом технологических схеи предварительного тэмпоэтрсБэ-юш водоносшх горных пород при соорукггап' вертикальных стволов шахт (Утв. ГОТ СССР 2У Л 0,78)/Кузжу l'is хт острой.-Кемерово, 1979.

3. Технологически схемы упрочнения маасивов горных пород цементацией прп проведении капитальных горных выработок в аонах геологических нарушении (Утв.МУП СССР 10ЛО,79)/Кудниишзхтоогрой.~ Кемерово, I С'ЬО.

4. Рекомендации по фиэпко-хнмичеокшу упрочнению неуогойчи-вых пород при сооружении тоннелей ЕАМ/ШШС.-М. ,1980.

5. Руководство по производству инъекционных работ при строительстве тоннелей в сложных инженерно-геологических уолокиях (одобрено Мингрячосгроем СССР)Л1НКИС.-М.,1983,

6. Рекомендации по определенно давлений нагнетания и расходв тампошшгсх материалов при предварительной цементации трещиноватых пород вокрух' капитальных горных выработок/Кузгошиахтоогрой.-Кемерово,1984.

7. Методичеакие укйгенил по определению коэффициента трещи-нопатосги горного массиву вокруг выработок реомегрическто и электрометрическим методами (временные )/Кузи№шзхтоотроИ,КузПИ.-Кг)ме;илю,19П8.

8. Гукоьодотпо по технологии кроплошш горных выработок о применен»:«* оиялубкп СЭД, ооксияцпой на использовании иеоушой способности ум-х-чнвнных пород(РД 12.18.036-89 МУН СССР)Дузнии-шахтос V i h;¡; .-Хеме pon о, 1990.

9. Катило11 ;.-:ii¡;w"{iim: ритеонок ни нагнетание вдментних рас-ТО'ЖЮ nj'î! iioo^WWSOÎI «змтэиии Г0Р(Я5Х пород В вопвокыооги ОТ .11'0икц"ска)тя порой :Дсн. к об. ЕРЕР № 36 "Гогно-проходчеокив роботы", yri. СССР 29.ОГ), 90ч/Цеитрогрпрошахт•—fcí. s 1990,

10. Мз-годичеокко ухе «шил по контроле оооладуюшого инъекционного ¿артх порол вокруг выработок раотворами вл основе цемента электрометрическим методсм/Куошшгаахтоотрой, К.уз~ nu.-îCer.tepoBo.I'jôI.

гекомотоютш «о определ'мгич мш цомзктеционных взходок к режгмда ипгветочия цопепукых рооморов воаш а "Справочник по соорукенки) ияхтних стволов опемальнымн способами" под редакцией проф. Н.Г.Трупакп, Технология предварительной цементации заход Kev и переменной длины внедрена в Куэбаоое при проходке июэгп отволо1. в обводненных породгх, технология поолодуюшей укрепительной цементация '-нодрена на огделыктх участках кашп'ллмшх горизонта льнах горных выработок шэх? Кузнецкого к Яарегпклииокого угольных ítocoetitroE. Фактический окогюмичеокяй эффект от к цедре-ния научных разработок v, цетох IS90 г, составил 2 млн.318 тпо.руб.

Апробация работа. Ос кошме соложения работы докладывались и оссуждалиоь: па Всесоюзном научио-тохничвскем семинаре "Проведение к крепление горных выработок в условиях неустойчивых тортах пород"(г.Павлоград, 1375); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Применение новых видов крепей для капитальных горных выработок" (г.Меэдуреченск, 1977); Всесоюзном научно-техническом оеминаре "Нетрадиционные способы крепления горних выработок" (г.Мооквп, 1980); научно-техническом оовете ЦЖИСэ (г.Москеэ,1930): научных семинарах лабораторий рудничной газодинамики, горного давления, нетрадиционных геогехгюлогай ШД СО РАН (г.Новосибирск, 1976, 1963, 1988, 1992 гг.); Ученом оовоте ¡фзниииахтоотрся (г.Кемерово, 1979, 1362, 1905, 191??); научно-практических конференциях "Совершенствование техники, технологии и организации шахтного строительства" (г.Кемерово, 1976, 1977, 1973, 1Э?Э, 1981); екегодной научно-практичеокой конференции КузПИ (г.Кемерово, 1969, 1590, 1991, 1992); 5-ом каучко-гехничеоном оемикаре по гесдинами-чзокому районирование недр (г.Кемерово, £992); научно-техническом оовете ПО "Спецтэмпонажгеология" (г.Лнтрэцит, 1992);'научно-техническом совете комбината "Пуэбаооиахтоотрой" (г.Новокузнецк, 1965, 1987, г.Кемерово, 1990, 1992); научно-техническом оовете комбината "Ростовшахтоотрой" (г.Шахты, 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 42 научные работы, в том число получено 23 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диосертоиия состоит из введения, семи глав, зоключаотя, изложено на 247 страницах машинописного тексти к содержит 81 рисунок , 23 таблиц, описок литературных источников из 155 наименований, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНКЕ ГДШШ

Т. Соотояни? проблемы фсрлиропания цементационных завес

Оуцествонным'п факторами, влгяюшкми на срс:и< строительства и стоимость выработок, яг.лявгоя обводненность м неустойчивость породного мис.сиыз, Tperiywi.nci применении специальных способов проходки. Согласно СМ» 3.02.03-0-1 остйточвдй водопряток в проЙг,с;:~ Hirtt ствол угольной пли рудной шахты глубиной до 800 м не должен пршчы<лп?ъ 5 ч;У'.'. Нлличие протпвофйльграционной завесы вокруг

е

тлела улутшт условия проходки, оокращаот еа продолжительность и oíi.месть, иоключаот дронированио подзомных вод и обоопечииает тип о о мим сохранении запасов водных реоуроов. Уменьшаетгч также '.iíiV(\fi'.uteiuio окружайте!! орали за очаг исключения оброоа шахтных под в открытие т,оцоом. . Соидакие завесы ч вядэ об i л очки иа упрочненного п. роднс-'о массива вокруг пройденной капитальной горизонтальной вщюботки oí рижднет се от прояплвшй горного давления, улучшая тем огшш уоловия чреллония и по,,дорвм|шя.

С^рсмошшй уровень развитии специальных опоообов при проходке вертикальных стврлоа в обводненных пог дах доо1. лгнут благодаря результатам фундпмон' алышх иоо,"' човшп'С! в u6jаоти физико-химичео-кого воздейс 'buíj на маооив и совершенствования технологии Г.И.Ма-нькоьокого, Н.Г.Труппка, И.Л.Иэоонова, Э.Я.Кипко, Ю.А.Полозова,-О.Ю.Лушкикоьой, Ю.Н.Спичакя, В.С.Ямщикова, П.!" Тютюнника, И.И.Вах-римоава, А.Квмбефора, М.Н.Щуплика, И.".Hitaбары, И.Т.Айтматова, Ь,И Л'равцси,' Б.Д.Половова. Большой вклад в совершенствование тех-ниютии тампонажа обводной-их пород в "воль. П. П.Га льнете», М.А.Ся-лгшнт'в, ".П.Калмыков, П.Н.Кулаков, Н.Т.Логачев, Н.Т.Фатеев, В.А, Лигунов, И.В.Попов, Н.Л.Бикив, Г.Ф.Б&иин, А.И.Литвин, Н.М.Поляков, г:Л'.Дуда, Е,А.Кореши;ti, Г.И.Комаров, А.В.УгляиИца и другие.

Гаория и практика инъекционного упрочнения порцдног^ маооила получила равв-гие в трудах ведуигах .пециолистов в облаога махани ли х'орних пород и крег"екия выработок Ю.З.Яеола^окого, Е.Б.Друе-ко, Г,Г,Лмтвинокого, И.О.Булычева, И.Н.ФотиевоП, И.В,Бакланова, Б.л.Кпртоаия А П.Мзкоимова, Л.Ы.Ерофоева, Г.И.Кравченко, В.Л.По-пона, Г.С Лшьковокого, Значительный вг тд в развитие инъекционных способов упрочнения породного маооива внесен ВЕвтушенко, А Б.Кондратовны, Е.ГДуда, Ю.В.Бурковым, И.И.Шг'аксм, д.А.Варягу.«, Н.Н.Волковым, АЛ'.Александрова » друг- ми.

В оуечзогвеьаой и варубоккой пи-кгаке н.чш.п широкое щшоне-íi.'u kci."i .окупай метод '-дми-дюка гардах потоп, разр-ботаиий в ПО • "Опицтгшлонакг" эл.огия" под руководством Э.ЯЛшко и предполагающий i .¡вменение отубю.-лых Тлия1 дементных раоююров о небе, ъикм (до 10%) содержанием цемента. Широкое щ.лменоние urmoiit. ции сдео-а..вас' ¿o>i нсотабильноотьо пминачк^о раогт рл, которая проявляется м интенсивной сегментации цемонтшгх частиц и отфильтровывать жидкой фачи, Недостаточность ин<К>р. щм* о законом рноотяк о. лечеи-unx ф!) шчооемх особенностей цшонгиции на позволяем управлять n¡. >• utiooDAi i«oiiG.)ii¡,'iiwi трешик цемечг.шм мятерч,-. ;ч . Управление пр'.лес-

Оим формирования цементационной пппоон включает гидродинамический рпочет основных параметров цементации, т;о,|?ршг ооотошг.'" цг -монтируемого массива v кепоорэдотпенно иргмонвкио способов формирования цементационной ..лвеси при предварительной и п»'следующей цементации.

Разр богку гидродинамических методов рлочотп "еобходимо производить на основе результатов фукдпмегп'альгых лооледопптШ в области подземной г пр^еханики Л.О.Лойбонзошл, 0.А.Христиана- ячп, Ю.П.&лтова, Г.И.БярэНблптта, И.ЛЛпрчого, И.П.Шелкочева, М.Мпо-кета, С.Coy, и других учоных. Г 'здитивлпдасн перопектигными физк-/еокие представления Л.Кямбофора о мехжгиямо заполнения трошин цет энтным материалом кок гидротранспорте цементных частиц.

Контроль состояния обводноиного породного маосит до и после предварительной цементации целесообразно осуществлять гидродинамически о использованием моtojk.ik и технических средств ПО "Споцтам-понажгеология" и МП1. При последующей цементооти необводнонкых пород необходимы метода контроля, т приводящие к изменению фиаи-чеокого оостоянкя маооква.

2. Исследование фиоичеоких особенностей иропеооа цементации породного м/нличш

■ Для оценки интононвноот • отфильтровивя кис чашкой Фазы jm от nova в трепинообразуюиие пористые корпднно блоки построена прибли-нонно-аналитичоская модель линейной установив- 1Йся фильтрации умг-кой фазу в одиночных и параллельных трощии-чх. Наличие твердой .Газы учтено путем введения в рассмотрение коэффициента фазовой про-ицаемооти трещин. В случло глоокоппраллплыюго точения -о одиночной трещине задача оведена к решения ут ibhohth Лапласа для функции давления в трешине

ti + dlí дхг 2г

при оледуюши:. граничнкх условиях: Р А*, а: г £ ]; P>Pk,x*L,

тчв Р - дпгление. ТТз; ос, 2. - прямоугольные кс. "шип.'.тн, ?<; , Р* , Р„ - давления, соответственно, на окрчгин?, контур и га г.г-фяльтровнвашей полооти, Па; 5 - ткригие тр^шг», м; L -•/)!»-ленио жидкой фезы от скважины. м; - л.гнп '^'¡[сцле-'ог < уи^ь-

.» + 57* е 0 <«

га -

ка верхней отенки грешит/, ч; кг - коэффициент поропой проницае-мооти горт;х пород, /<£ - коэффициент фазовой проницаемости трешш, м2; к - толщина фильтрусшего -слоя (расстояние до трещины, не вскрытой скважиной и поглошаюшей отфильтровалшуюся кидкую фагу, или среднее расстояние мевду трещинами), м.

В случае ососиммегркчного течения задача сведена к решению более общего эллиптического уравнения для фушщии давления в трещине

(г, 2 -■ цилиндрические координаты, м) при аналогичных граничных условиях. При этом увеличение интенсивности сегментации вследствие удаления раствора от сквакины учтено изменением фпзоэой про-нкцаемооти трешины по длине потока /у. , где - ко-

эффициент фазовой прсшчулемости на скважине, м^; £« - радиус скважины, м.

Рипегше уравнений (I) к (2) получено методом Фурье в виде ря-дое. Для оценки интенсивности сгфлдъгрувивания введен в рассмотрена) дикампчеокий параметр в вида отношения расхода йидкоЬ фаг« в пористый иородйый блок Ом-Ох к раоходу жидкоЯ фаун на скяич.'.'че

ц - 0« " , г (3)

-« 8 + ж

I п

гд!,о /¡и - коо^р-'цнонта цяда, определяемые путем рошедая бесконечной системы .г.ьойфк алгебраических урльшшй,

Ррд численно« счете огрчничквялись тридцатью слагаемыми ряда. Для контроля схсдуаюоги был зклолнвя расчет для двадцати пяти, традца»и сякого я тридая'«! пят* уравнений. Строго аналитически доказала оходг-хсть порченного реигдал при полиоотья проиицэаьой верхнел станке трскишк Папбодеэ характерные результаты численного очета для ооеогс.ттр»ч«юго уечвяия продогазлаии в графической фОрШ ни рис. I при олздуиикх ксх0гл1чх донных гРск =1 Шй: Рс -А - С; Игк = 0,075 щ =6,076 м; ¡5 - Ы(гЧц Л> 6 = i.

Е одномерной постановке г.о^додсзаио течете в ои.отемо н.чрил-лелышх каод;город|«к по раоктитко ■¡р^.'ли. Дана оценка интенсивности перетока 1а:дкоа фазы кз большей по раскрытию грешин-л в меньшую. При ¡эгом.как чао?яеш случай получены конечные ыхраке'ия для

определения интенсивности отфильтровывакии жидкой фазы из одиночных трвшин. Сопоставление и оходеглость данных решений о более точным и в то же время более сложным решением (3) позволили рэзрзбо-тать инженерной метод раочета интенсивности отфильгровывания в случае плоокоияраллельнога к ооескшотричного течений соответственно

ч. --

цкД* [о,Е(Рк»А«) -Ро ]

(Рсл-Рх) * 2 кг I3 (ар» *2Ь, -5Ро)

(4)

П. - -

где й

о) >г ¥ 0,6

0/1 О?

бАгХк [0,5(4, »Ар - Р, ] И Л« (7>„ -Рк) * (зАд >*Р._-5ро)'

- обаэмная ковденграция жидкой фазы в растворе.

(5)

ч

г

к

к;

/

а

Рио.1. Графики зависимости интенсивности отфнльттюЕывапия жидкой фаза в поры горных, пород от раскрытии треши-ны (о) и проницаемости (б): I - (г =■ 0,2 м; 2-к>-0,5 м; 3- >1. -I м

Для подтверждения правильности построения математической модели выполнены экспериментальные наследовать на модели плооко-па!за;иель>гой трешинч, образованной проницаемыми породами. Длина рабочей части модели составляла 0,63 м, ширина потека в трещине -0,042 м. Сопоставление результатов эксперимента (табл.1) и раочета по форлуло (4) (в условиях эксперимента Рс - 0) пояазнвае-г на их удовлетворительную сходимость.

Вторая физическая особенность ~ седиментация цемент на:: чао-тиц-определяетоя критической (минимальной бечосадочкой) окорость» ■Удр .Критическая спорость определена по аналогии с исследованиями шдротракопер',- • ть рдых матерая«и» В.В.'Срейниса, А.Я.Омслдире-ва, И .А.Силина, Ю.И'.Ьтмжина и других о использованием нотодов

Таблица I

Результату эг.спарнчеата и рзочета по спредалект.м интенсивности отфилъгровываюя «сидкой ¡розы

5 -103,м1 к.10'3,м:,кг- 1012,м2: £ : ,0а: Рк Ла:—&

100

• :экспер. : раоч

1400 0 15,9 10,4

ГООО 340 8,1 П,3

1600 60 6,4 5 1

5600 12 СО 8 3 6 8

4400 яоо 4,1 3,4

3800 540 3 1 4,1

2500 зоо Г>,5 4,8

2500 400 4 С 4 8

2560 440 41 4,0

ПООО 400 15,7 7 3

3000 400 1,2. 1,2

4530 470 т ч А 0 3

13000 500 4 3 3.8

14200 510 4.5 4,0 3,7

1000 100 36

2100 200 12 0 3

2600 200 7,0 е.о

.3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

3,0.

3,0

3,0

1.5

3.0

3,0

т'5 1,0

3,0

3,0

30 00 80 со во во

31 31 31 31 31 31 31 31

оу

37. 31

91,10 48,60 39,70 37,20 19,80 3,23 12,20 11,50 9,20 2,80 2,40 2,00 1,20 • 1,30 10,50 2,75 ВДВ

0,90 0,90 ■0,90 0.90 0,90 0,90 0,90 0,90 0. :э0 0,90 о 76 0,76 0,78 0,76 0,93 .1 СО 1,00

теор-Л подобия и анализа размерностей как точзсэ минимума зависимее; г: г:у;Т\авлмчеок«х сопротивлений трешшга от скорости дзижэния детвора (расхода раствора, отнесенного к площади поперечного сечен;«: грацла;). Гидравлические сопротивления представлены в виде оугл« ссг.'дви»:енпч мдкой фазы и дополнительных, вознк-кагц-.'х -'и счог трэлопоргиройания яэердьх частиц. Для определения крвгк«оской окоросгл получено олемукхвее выражение:

а/7

м/с, (6)

1.15 (3 5)

V2 0РЧ-А)5П

е( а

ускохйкие сп:лн 'елкссти, м/с ; 5 - роокрюте трешиньг.м;

гд ь с

V - пдеровлодок&к крупность докенгшас частиц, м/с ; , р^ -плотность, соогьвтохвйино, д.^еатных частиц ".1 и«пчо!1 фаиы,кг/мэ5 5 - иооооькя когдовдвцея гриечмшх. чист;«», эркогворэ; т

ко-'

цффпщ'гнг редра&лмчел&огс сопрок'мйешш тр:етни дышвюзд воды; '¿ср - оред-ий :гсрз1'.тер'.»гЛ рпй'лор Ц'змент.ж чьсг;;ц,м; ц - оит»-рячзохяЯ коо#1иукшг, зитабулкрозанний 'в за^ончсоги от Ц:В ргэо— газора к раскрытия гргошы.

Для :.нкьнер!«х расчетов .упроцмью« формул

. # 5£>,&" , гдо 0 - оип.1гич»о.й& пршг.вдомый

для рлотксров о Ц:В = 1:1; 1:3 » ] цоотье-готиечко раыда 8,5; 5,1 и 3,1 и0'0.с"1, а для промзксугсчгткх кокц?итрацкй - поляке-

мн!1 пути/ интерполирования.

Величина омпиричеокого ко:5ффпц;'очта П определена путем 'экспериментальных исследований плолкг.т'раллельясЭ фильтрами: ра1; хвора на модели одиночной грескга. При математической'обработка экспериментальных дхчпагх гидравлическую крупнооть V определяли по формуле Сгстссэ, с1ср принимала равным 5-2СТ"°м, а величину { в соответствии с результатами эксператоонга определяли при числе_ РеШюлъдса Не - 50(1.

Уст&нодлегшая закономерность седиментации цементах/, частиц позволила оцепить интенсивность стфи-льтровсгвания м;дкой ф-1?« раствора «о длине потока в трещине. Ллл сценки .гнгзипивчоохи отфиль?-ровьгвзния дащкой фазы при осеол-гдстрпчиом течения введен в рассмотрение безразмерный параметр , опродсленшП клк отношение сбър.ъ'п трещина в пределах эота оедн^ект-эц™ к объему треыпнн в пределах зога седиментации и удаление спЬ'ЛЪТровнвсюшейся жидкой фа иг. Для определения С& получено оледушэе кгражэйие; .

(ям*»+.1)

С6 = --------, (?)

где рх - плотность осевшей твердой фагу раствоте, кг./м3; Я -радиус седагектацьи. ог сквзиикы (радиус граяьцу зону сегментации) ,ч; Лцр - радиус граикш начала зона сйдшентации, определяемый величиной . Ъ"кр , к-.

Влияние .установленных закономерностей физйчеоких особенностей цементации на плотность и прочность зацементяроьеЕисго массива хс-оледовано зкоперпментэльно на физической модели' участка капитальной горизонтально!! выработки со озодчатш перекрытием, и площадью поперечного ое'ччния 12,5 м^ в масштабе 1:5. Б опытах использовали три типа песчаника- и уголь. Режда* нагнетения раствора выбирали о учетом сбдиментагсии цементгшх частиц, а оп^ЕльтрсвыЕЗЭДуюоя жидкую фазу дренировали через специально ул (им гадай вокруг цементируемого, овода дрокгшкуй слой. 'Использовали цемент марки.400 Топхзн-ского заведи. Прочность пео чаинка ий одноосное сжатие в образце составляла от 38 до 90'Ша, прочность' угля - о? 13 до 31 ?.Па, про~ чиоогъ.дакекудого камня - То Ша. Коэффициент пустотнсск? поело укладки кусков породы изменялся от 0,1Р до 0,67. Рз?ул1>лП'ги создания и механического г.сяита№я 26 моделей сводов лз г,ацег.шктирс-

вянних пород показали на возможность качественного '«заполнения пустот цементным кашом и получения зацементированного массива о достаточно высокими прочностными характеристиками. При иже ионии толитлш свода от 0,08 до 0,15 м интенсивность равномерно распределенной вертикальной разрушюшей нагрузки составляла от 11,7 до 74,5 кН/м. На прочность зацементированного маосива существенное влижгие окаэиюли мккротрещкнн, не поддающиеся цементации.Уголь крупностью 1-3'10~8м и менее не цементировался.

3. 01 те дело кие параметров формирования цементационных ейбос

Солирование цементационной завесы вокруг выработки определя-е-. процеосом инхектировония раствора в породный массив. Поетому параметры формирования гавесы включают г себя: давление нагнетания, расход в скважину, режим нагнетгчтя, схему нагнетания, концентрацию растворэ, плотность завесы, радиус пэментеции, время нагнетания, длину в количество окватан. Указанные параметры взаимосвязаны процессом фильтрации раствора г. массиве и завиоят от его фильтрационных характеристик, Отсюда слегает необходимость построения математической модели процесса глгазктирования цементного раотво- . ра е породы.Л мэоойв, учитывающей физические особенности цементации, и оценка ка ее основе прежде, всего основных параметров -плотнооти це.адытацион'лой а>вссы, радиуса цемекгацин к влияния различных факторов.

Б соответствии о теорией течения двухфавннх орал записаны уравнения движения и неразрывности для твердых частиц и кидкой фазы. Путем введения средних характеристик смеси получены ооответ-ствушие уравнения для реотвора, Исключая инерционные составляющие и маосовыо силы,для описштя фильтрации раствори в ярещшоватом массиве записана система уравнений движения, перазшэнооти и оо-стояяил, решение которой сведено к ретеш® оледушого уровне ¡ивд для опт«делекия распределоюш давления Р :

где ^ , Г% , Р5 - главные компонент. функции физичеокого со-? стояния Я системы "породный массив - раствор", о; 3>0 - плотность расгоора при начальном давлении Рд ,кгУм3; р* - коэффициент скимаемости раствора, Па-1.

функция физического сооттшя Р = £ /\) гп , Б о лупе квазикзотропной среди ■■■ Рг ~ Рь - к /\>уп .где к - коэффициент проницаемоото, V - коафрициецт кинематической вязкости ряотвора, м3/о; т - коэффициент треыииной пустотностн.

Рассмотрим плоскорадкальную фяльграетю орг: нагнетании раствора через одиночную скзаг.тну в неоднср«днпй кэазккзстроший массив. Изученные закономерности физических особенностей цоментяцки пока-8ЫТ;нют, что фильтрация есуиествляетсн в трехслойной среде: в первой от сквахт.пы ноне [ , Яцр 7 осуществляется безосадочное движение; во второй зоне [ , Я ] движение осуиизпгвляегся над осевшей твердой фазой; в третьей зоне [Й. , ] осуществляется движение отфильтровавшийоя по длине потока гадкой фазч. Тогда, следуя линейному закону деформирования породного массива под действием давления жидкости К».П.Кзлтоза, функцию физического состоят« системы "породный массив - раствор" можно представить в виде

— Г(Л;3) > *<* *> 2 ;

рВ ^ С9)

У0 г п. о

где { Р ■ /У ) = I + р> {Р - Р., ); р - деформационная характеристика массива (комплексшгй параметр трешиповатости), Пг~'А; т0 - значения А и УП в исходном состоянии массива (до нагнетания); - коэффициент кинематической вязкости о^ильтрошвактаей-оя жидкой фазы, м2/с.

Распределение давления найдено методом пооледовательной ске-нн стационарных состояний, ьолучивишм ишрокоо рас прост рано ни с- в нефтяных фяльтраяионьих задачах. Пр1< этом общиА интеграл соотпет-оттуркего дифферз'.здизльнсго урззвенпя для стационарной фильтрации получен з виде

( с{ ¿5г ?. + Сх , ясл. {, 7. & ;

Н^ЛР-Р«)] (Ш)

------------± л / Съ г + , --- г. £, л ;

зр '

| с?£п.г * се , р. 6 г & ,

С/

1с

где С1 , Сц...., Се - постоянные интегрирования, определяемые из ооотвегствужух граш 1ч;шх условий к условий сопряжения на границах ОПМЧеННЫХ зон.

Гьссмогрека дм режима нагке'^агош: на начальной стадии - о постояжгим расходом- »«"пЛ а персмениш (упелпчинаивимся)

давление« Д, (-¿) кч скв&кане; на ггорой стадии - с постоянна давлением А* = Д* = ипьЪ у, переменным (умоныкакяшмся) раохо-дш 0« Ш на оква:чмо. Соответственно :е пэрвом случао в качества граничного условия се скважине принято' постоянство расхода,во Егором - постоянство давления. В соответствии с принципом последовательной смет стационарных состояний, полагая к = Я ( £ ), записаны уравнения материального баланса для обеих стадий нагнетения • ' „

.

(&■ £ ' '¿Т(£та {(Р.р) г ¿г <П)

С: й - -1 '{1№](И = иг , (12)

£д &« .

гдо ¿1 - х<рэ>',л «игмтаняя раствора «а перзой стадии аегкетання, с; - расход раствора на перосй? стадик нагнетания, м3/с; С -длина мситшы, :»<; »У[А(6),Т] - соо?ветствуюда"е подан-

тогрслыко •й'ккпиа, определяемые обоим ингегрш'да (10); /I - ко-¿^¿•игдош1 динпмячсской вязкости раогоорэ, Па «с.

квотесогь • рэдгудв цементации от врвиечк Я ( ¿.) на первой, с'гуд1ч: ¿жчк'.ъже о-гщте пьтся новооредегнь*о из уравнеш>я (II).

опоед-змигя £ (¿) на схемой огздкч нагнетания произведено даффергкциродонге урввьешюг (-.'2} по времени, разделение переыаь-шп: к литягр!'роаанл« «о ¿ Л , в реоультаге чего получеео

.. = г5г£то\Г.1- ± . (£3)

Полученкяп с1*етомл злгебрч'лзекг.х, гракоцекие'тшх инте-гродпЭД^решийльннх ури<ы;еиай, :ая в ц»>бя ушвнечяя С1: ,

(II) 1; (12), а таких уравнения хлл оп) «дели пая Рс* (£) па первой ОЗДДКК К { Г- ) КО ¿ТОГОЙ СТГ.ГЛ: РР*"Л1ШЮ.-Г,

ддд опр&дедегс:* падкость»-, ок.чл-.'й*» иесггщйончск»'*

арошзео и¡гьэкгиуозг.Iтя с г'.огоит поп.-чч;; паству сквтг/еу до прекращенья ого пг.гкотлжя, 11осг[Х>в>нч.я ^юд^ль цогво^леч1 «чхгде-

• 17

.тать зоо параметра технология ип-ьекг.'рспония раствора а акгета» ну: долледао .гагнетаггит, • размеру -аонк цемечгяцик; иремя наткете-, нот, расход кстдантраиию -реотвора, ргямм «атавтзикя V! установить мстау ними спязь. Чмслешия реализецик модели осуществляется на ЗВМ.

Построенная модель процесса у.нъектиронпкгл раствора в сета-юму позволяла ввести 2 рассмотрение критертй ллотносчги шмзнга- . яиояной завесч и ьире. .

' (1-0 где V,, прпрптэкмв объема пустот в пределах йацеменглрораккой 00101 за счзг деформаций мяссстэ под деЯ'-П'виеч шьекдаояцого давления. определяемое по -формуле Уп а 2ХГ С*10Д )гИг ; К .коэйЗ'1.'Цио1|Т восстановления пе рзэкучялькЬго объема пуогот после снятия инъекционного давления, учитизапмй оста точиле дз-фогмпции маооиеа; 'V» - объем нозаяолненных пуотот поолс прехрз-пои« иагкегапия, м5. " - ' . воля чипа >'„ определяется по формулам

} «) Т?--* Ьхр^Ис* ,

• ( ^

уде Ьк - выход цементного камм.

При цементации обводненного породного масстта плотность це-мактахсиончой. завом моя но оценить по величине остаточного подо-притока в выработку по формула

• : ..'• . - а2 , (15)

где Оц - осузтом'ый;' водспрпток после цементации, м3/о; -Есдопритох кз рэстпоропроводншта тродиа ( 3 > 0,1-0,2.1СГ3м) до цементации, мэ/с;;- - волонриток из'пор и шзермрзатк» не поддающихся цементации, «8/с; -'кээффмциек? укемн&вшш водспрл-тсаегд ип расгворопроводяшпх греняк.*

1'еллчяна- определяется по формула .

, -. (1~д')2 , • (17)

ЗГ2 К Ъг,р УПо 0Ь ^ '

гдз - расход раствора в момент окончания нагнетания, ма/о;

бс - среднее раскрытие трещин,к; I - мощность ьодонэоного горизонт, м.

Качественная цементация нестабильными растворами обеспечивается прк доведении конечного ргсхэда до ну ад. Представ.пяя уравнение дякк'шг-г л виде уравнения схемы линейного гсточга.ка при (2ся~0 получено конечное вдражекка для определения предельного радьуоа цементации в виде

Основное отличав фориулн (18) от формул деля определения радиусе распространения иязкопластмчнюс тампоняжных кндкостей И.И.Вахра-меева, Э.Я.Кияко, В.13«тке•заключается в различии реологических характеристик исследуемой жидкости; реодвнамгаческйй коми лека - характеристике непосредственно движущегося без седиментации раствора к кинетики седиментации цементных частиц, ¡идентичная произведения гр'4 по ль ног о нзпрпкенкя с,дата на характерней линейный раз-* мер трешик:ь Ня основе модели течения вя зкоп ля с тя ч н ой жидкости •• И.И.Вахрампе£к получено аналогичное шраженге для стабильных, растворов о И:1> ^ 1:0,5. - ■

Й случае наклонной системы грешин подучены выражения для определения полуосей эллипса ра спрос ура нения рчетвэрн от с юза таны. В общем случае пи один из фокусов адлипса не аотшадиег о центром окваиипы.

Иоследояано влияние нелинейности, закона движения и деформаций породного массива ня основные параметры фотъ^юЕеш:я завесы. В качестве закона движеняя принято нелинейное урчвненяе 2упера. Установлено, что предельные значения основных параметров не зависят ог степень нелинейности уравнения движения, предельные и.'не-, предо лып,'о значения радиуса цементации незначительно отличаются друг от друга. Последнее свидетельствует о том, что, в основном, радиус цементации набирается на первой стадии нагнетения прк постоянном расходе, ня второй стадии, в основном, происходит уплотнение цомевтвруем.ого массива л пределах образовавшейся зоны осад-кообравовачия,в зона седиментации перемещается к екгоэтке. Влияние деформаций массива но радкуо цементации й '.'и перепад.давле -гая подлине потока ьР отражено на. графитах рис. 2, где Й0 и дро ооогветогеуювше .значения без учета дефосмастй. '

(18)

Мо ¿Я ТГхр /3

Фо

as ср a« oj

\ 1 ■ и 1

\ ,{ j

_— Nal IT

fi tP0 o f г 3 j,

Рис. 2. Графики зависимости кзиешилч радиуса цзчентакк!

и пореяедч давления от безразмерного комплекса /3'¿<°0 I - Ц;В у 1:0,5; 2 - Ц:В ¿ I;J

С целью опенки правильности построения математической модели процесса инъсктирозания раствора в скважину вчиолненн окспержон-талыдав исследования по зэполкзнрц.тревин це^энтн-сл материалом за модели трети нова той деаадрглдуег.ой среди, позволтсъеИ исследовать плсскопарялпелыгсе течение ь трещина га расстоянии 2,5 м от окза-гсины. Принципиальной' отличительной особепносяыо экспериментального лабораторного огенка-модсля. явлюсь энное jitvjpo¡ii',,pye:.:oro блока за пределы фильтрационной кзморн, содержащей сель, i: передача девлет;л раствора на деформируемый блок посредством пуансонов, равномерно распоясавши.« по длине потоке. 3 качестве упрутоднфер-мируемсго блока в соответствии о критерием механического подобия Ньптона была подобрана pésima. Определен!»* каситабнне преобразователи для мошооти деформируемого сЗлскэ, комплексного параметра ■ треп® нова тости, перепада давдешш по длине погода и дополнительных гидравлических сопротивлений.

Мзгодика зкептертаектчлвннх исследований сводилась к нзгна гаки» цементных рзотворов разной концентрации б шель с раскрытием 0,3; 1,0; до изотуплонг'Я у с тз н свпви'ЭГ оск ponva гечыгм.

С использованием образцовых мапаиётрс®.фотографированием фиксировали давление по длине потока цементного раствора в кели. Определяли объем накаченного ряствора по ходу л'тецз растворного насоса (домкрата). Определяли объем находящегося в сели цементного осадка. Количество нягнетагпД раствора определенней концентрации в сель заданного раскрытия определено на осново иродзпрйтельнчх йксперрлс-нтоа ряв'да,« 5 с точностью I0?J при уровне достоверности УЧ'й. 'Приготовление роогвг.ря осуществляли путем перемеистания в лабораторном турбулентном смесителе в течеаиг 160 ц, Иопользова--ли портландцемент «арки 400 Тоякикокото заводи.

Проверку получен»их аналитических завиотаоетей мзаду распре-

дележом давления 1/о длине погона, конечным перепадом давления, радиусом цементация, пеформационны'/и, к фильтряциокинми свойства- '. ми хор^шх пород производили путем сопоставления распределения. дзялекия л конеч'их перепадов давления, полученных экспериментально на модели, о теоретическими, гасечктсннкыя для .условий модели. Как чаоччиы^ случай экспериментально исследовали фильтрацию раствора и .род/ е кооткой недеформкруемоЯ тресквоватой среде и .производили сопоставление их результатов с получешиш' теоретическими подсуенияму и результатами фундаментплыи.'х исследований фи- , льтрацпи воды в тзхзлпнах Т.М.йэмизв. Проверку критерия плотности .

. --¡ливни«; трега.н осуществляли путем сопоставления результатов '• замера объема ооею&&11 твердо!! фв:ш с результатами расчета.по критерию, записанному для одиночной у ре ¡дан.-. Максимальное раоховдо- •' ние результатов теоретических и экспериментальных исследований не медалл деформируемой трещиноватой оредк составило 161.

4. Разработка способов контроля яроцеосо формирования' ' «емеитащ'ошюх завес вокруг лкрвооток

При подвари тельной цементации оеводненних горных пород 'контроль оостч;!нпя породного кассира можно осуществлять о поверхности оешы по извеотнкм способам, доиолнеядам получениями нами резуль- ' хатами оценки плотности. фор.шровзгашдеме^ционной завесы. Ксяг-роль процесса формирования цементационных чанео вокруг пройденных. выработок кроме исследованных физических особенностей цементации' характеризуется еые рядом оушчогвениах отличий: на естественную • трешпноззтоеть нэялздываетоя техногенная, рбусловлвглая проведе- . кием заработки к механическими процессами в ее г.'?:рестпоста; породой хасо?в, как правило, нообводпен}. язмерен&в провагдгоя в подземках уоловиях в ирвконтуряой к выработке зон«'' . Разработка способов контроля и объемше экспериментальная .'.я боря тор! те и натур--кие вооледоьашш не. шахтах выполнены совместно с козд<$ияатомпКуэ- • басозахтострой",

С целью разработки электрометрического способа'.котфоля со? стаыик породного массива вокруг пройденной выработки .рассмотрена-, задача о распределении электрического потенциала • II. в трехе ной- ■' кой однородной квазикзотреп'по!* среде: .породный миссии,, крепь, полость вцрабошз. Задача .сведена, к.рстанию 'ур/^недая Лапласа для: ■ ооеот/етричного распределения потенциала И точечного источив-; ■ ка постоянного тока ' ' ' •.'•;.•

+ 12* . Та , о , ■ ■■ сг5) . эг~ г Ъг . . ' -

где г , г - цилиндричеокиз координаты (ооь г направлена перпендикулярно оси выработки).

Реоение уравнения (19) выполнено методе« '¿урье л оведоно к решении двух обыкновенных дифференциальных урзвнетй второго порядка, обешй интеграл которых выражен через функция Бьсоеля нулевого порядка, Немана и экопононту. Полагая удельное ьдек'.-риче-окое сопротивление (УЭС) полости выработки бесконечно белым;/ (р -«.«л ), в УЭС крепи при наличии в ней металла бесконечно малый (ря-» 0 ), получено конечное выражение для определения электрического потенциала в породном масокве (первый слой)

М [. (г*.*')01* 1 (20

и., ------ 4 1-----------мв,

где Д - УЭС породного маомша, Ом-и; ? - величина точа точечного источника, мА; - расстояние от точечного источника до г:г-редноге контура, н.

Анализ получекнего решения показывает, что налич/о васокопро-водяшего экрана в видо крепи выработки приводит к уменьшению УЗО массива. Рассштшшзя распределение потенциала в двухслойной среде без високопроводяшего экрана (незакрепленная выработке или закрепленная монолиткда бетоном), можно сделать вывод, что чалпчпе иолости выработки, наоборот, приводит к узелгче:кю УЭС.,....:>дчого массива.

Для оценки цравильноогл и определения области применения теоретического реныгия Онли проведены экспериментальные электролитические исследования на лабораторной установке. Породный ьсюс/г, имитировали технической кодой ( ^ - 30 0м> и) .залитой в непрово-дяыуо етоо?ь. Для кшенега!я р) в воде растворяли поваренную соль л/ае&> лялоть до насилс-шш раствора. Полоэть (циландркчеокуи выработку) житировзли стекляшим стпкансу, немлльчеокую крепь (пли эриптуру кропи) - медной сеткой. дилере кия проводили о го-мокко пргСорп Ы1-2 конструкции КузПИ сиг-лгатру что,? чзтьгрехгу^ктрод-ним мпкрозснд«тм.

Ныволксигше теоретические и ркссерг.^ч^.ись'кс гселгд-./«",!.. иозг-ол:.':' оЗсс«»с*кгь твс^цу попратс-х:? чадч^^ечто» ьтс: збиглг чЭдс-хтродньгл сосли.; о уп«-г»>* »:•.':••.«лг'.ч

Ус С с^п"! »•. г-х^'ст.осгч с^ глу.'ин!.' угьг: *.»'.• Ч

га.-• т>у : ■ ! • [.г; $ (л

снэченил поправочного коэффициента влияния армированной эцраСоткк

Таблица 2

^ ; г,5

-;-Г

2,5 ; 3,0 î : ;

1,75

î.0

3,5

4,0 : 5,0 : 10,0 :

>30 Г 5-30 г -15 i,o 0,2-2,0 1,28 <0,2 1,55

В

0, г>9 0,6-1 1,0,

1,ть 1,31

,84 0.В-? 0.94 0,96

С, 92: 0,95 О,?? 0,08

1,0 1,0 1,0 1.0

Î 03 1,05 1,03 I,

J.I0 1,11 1.03 I.

0,97 0,88 1,0

0,98 0,99 1,0

1,0 1,0 1,0

1.02 1,0т 1,0

1.03 .1,02 1,0.

процессе нагнетания цементного растьорэ, его схватывания и гьердош!я происходи? форсирован^; новой геоэлйктрмчоакоЙ ovpyit- . тури киссгаа, зякакчйаамг.ес'СЛ через 12-15 суток. Идея предлагаемого способа контроля цементируемого массива заключается б кзме-роши его и'эменяктеегоск УоС на различних стадия* цементации и сспостзв-лош'.я с УЪС массива в исходном состоя ним.

ТЪсс^атривая ойльстъ фильтрации как эиоокопроводжеэ включение в породном даосоте, которое иамевяег сьою геометрию в проот-рг.кутьз и времени, установлена кубическая заьискмость УЭО породного t,:3ccv,L0 от радиуса распространения раствора от сквитаны,подтвердив ¡-.¡rai; лабораторным олектрол^тячеоккм экспериментом.

Ни основе «юлгза влиягая влажности на УЭС пород для оценот остаточной пустотной^ зацементированного массиве предложено его уапажнак!:е до ¡£ясш;е кпл. По .величине отношения с ойрота вле гая на-спаекного waocviua к его опорному значение предложено определять ка честь о цементации.

Ирадлокгнйзя методика определения коэффициента трзаиннок пу~ отогностп породного массива еекцгг пройденной внрг.бсгкК рзосетрине скьм опоообсм основана на идее опроделегая общего объема пустот по величине счетеккя поровпего контура наработки г коэффициент/ еогесгиониой.. треамнаой пуоготной'ги• Нурэйиогм.чми«тг распределения кос$фиаиоига уреаяшной пусгогаостп при удм^и^нги or i-o'.'îyu-t г-ира-беткк определится путем покчтерлальной закочкя i> шур .¡юг<;;уха.

Комплект элаатромотричссной аппаратуры пклочеет в себя электво-каротакний прибор на постоянное 'гаке ICII— 53; конструкции КузПК.идае-рмелытй градиент-зонд, элекеричеокиз датчики к доенлочние ттак-г-л. Комплект piiOMcrpv.njcKcS аппаратуры включает в себя расходную емкость с манометром, соедкннтельнуй ь^аггг г горлетяьируощье устройство с независимым механическим приводом двух уплотнрте-лвнъ'х манжет. При значительно?, пуототности массива, когда величина гидродинамического сопротивления мнеоияя приближается к величине

сопротивления оамого герметизатора, на последнем закрепляется эластичная резиновая манжета с равномерными прорезями, приглашался к отеккам шпура при подаче в него воздуха и искусственно увеличившая гидродинамическое сопротивление мзсоаво.

Натурные электрометрические и реомотрпческке исследования осуществлен1; в Куабассе при последующей цементации на участиях капитальных выработок шахт да, Э.Дзержинского, "Крас нокпмо некая", "Киселевская", "Юбилейная" и показали эффективность предло'кеитпе способов и иверительной аппаратуру.

5. Разработка способов предварительной цементации породного массива

Рэзрнботана схема цементации авходкнми порт-?точной длины. Основная идея предлогенчоЗ охемы заключаете.! в узелччешгл длин цементационных заходок на каждой последующей скважине за счет у?.:о-ньгаешт яротицаемосга массива от действия п{»\!шдушнх скватап. Возможность реализации этой охеда подтверждают результаты натурных замеров проницаемости маосива при цементации пород на вентиляционном , воздухоподатаеы и новом екшовом стволах т."Берозов-екзя" в Кузбассе (рио.З). Цементация реализуется посредством по-

измечеючэ пронд'доемооти 'вдоонвэ в процессе цемента- •

на воздухоподппщем стволе п. "Березовская" (б): • Г-'" - нсморп екзаташ в порядке очередности цементации

Длкна цементационной ззходки определена на основе построенной математической модели ílpoyocas ккъектнровання раствора в сква-<явчу и виракаэтся из уравненад

где ¿ - длине цементационной: заходки, mj ^ , fy - уделькь1* вес. раствора г, вод^, riA.i'J; рм - дпвлега-з ла манометре насоса, Па; h г-° - потер:! давления на преодолела гидравлически сопротивление донге яш раствора на непроницаемом умей® скваквны в Ъ под-водякем к сквакине трубопроводе, ГЪ; ¿Рс< (2 ) - потери давления на проницаемом участке сквокина,. IIa;. h.„ - п.чсотв о? статического уровня подземных еод до отметки у ora ковки насоса, ч; Нл - высота от кровли водоносного горизонта до статического уровня.подземных вод, м; Й« - рисхад раствор} в скыдащ/, м3/с.

Подложенная охечя цементации ревлцэуетоя путем применения рядгг раз}),'.-"crjHKfíK технических решний: периодической проверки соответствия 'юглсхкэогсзЧ способности скваамгШ проиэводитзльнооти насоса в npóuocoe сз бурения; регулирования даклдая нагнетания и завискыооти от изменения яротщаемовя» пород; опр$;долзнш радио-кальной области способов уадпьшекия охфкльтровавакия жидкой фазн в поры и мккротрецу^ц торных пород; регулирование количества ХИмических pOOTBOp.ov И способов псдьч!'1 их СООТЗЕЛЯЦИНХ в-породнив -массив при г»рсдаарктв.иао8 хкмкчсской обработке. '

Няуллравоюзе давления изгнетанкя Р ь зависимости от нале-rieния проньиаомэст'и ~к осуществляется в соответствии о формулой

p.-f±C*fi\-Ok-:*](%)*<■ •<«>'

где р0 - давление нагнетания в невацементированшл! массив с яро-цкцоемоотью па первой скважине, рассчитанное без учзт-а деформаций массива, Па; К= 0,27:5 - 0,550 - коэффициент, пр7.;дааеми!{ • в зэвледмэсуи от цемент ¡¡о-в одного отлеявнда • раствора (Н:В) ровным tC=0,275 для 1кг,таб;1.?.ынл растворов о Ц:Ъ ¿ 1:1 и рави-д/. 10=0,550 для стабклышх растворов с Unî î? 1:0,5, а для остяльгах прсмокуто-чнюс койцв.нтраг-лй п^учаошй путем т.атефпмировмшл; ft. = 2-2,5 -

коэффициент, принимаемый в зависимости от Ц;В раотзора равнш 2,6 при Ц:3 5 1:1 и ракит;.» 2 прл Ц:В> 1:0,5, а для остальных про-мемуточгах коЕщснтраций пслучаемкй путем иктерпо..и-ротпкя,

Птедлошжга'е мероприятия по уменьшении огф/лт.тровтазния жидкой фазы раствора при цементации трешинопаго-пористого породггого массива приведены в тибл.З, где - максимально допустимая степень отфнлыровываник иидкой фпзн, получаема« из условия сохранения подвижности раствор;) в завиакшогм от его начальной концентрации (принято, что раствор теряет годвтаность при Ц:Б - 1:0,1),

Таблица 3

и 1 и* : Умению кьч отфильтровнванкя жидко;! фазы из

С ' с • цемектяах растворов

• ---

¿•I Не требуется

1-1,4 Применение растворов с начальной концектрэцкой, рассчитанмои по |орм^ле £

>1,4 Введение добавок, умоньпяших^водоотдачу, пли проведение предварительной химической обработки кемэн-. тируемого масонка.

С целью знбчпгйлъного сокращения объема буретоя тампонпеткх скважин предложена схема цементации, основанная но идее гидродинамической агрэтифккацин горных пород О.М.Чернова.Схема предполагает бурение одной окяежикк в центре сечения вцра^Отки, создание поин-тервалыго по длине скяичи.чц кольцевых цадрезов-иогщентраторов напряжений, ориентированный фликдорэзрыв по надрезам перпендикулярно оел окваинш и гьпппглж через искусственно созданные шелк.

. пестзенння оценка во-гложнооти ориентированного развития шели разриьа осуществлена в рамках плоского нопраженнс-дзформиро-ванногс состояния о использованием результатов лаборнторного эксперимента н-э блоках из цементного камня с различными неоднородао-отями. Установлено, что возможность .пересечения иолы? естественной треванш породного массива, ь основном, зависят от ого деформационных свойств, величин« угла л>езду илоечоотямк ®елг< и грекк-ны, раскрытия треишяу, а тякке давления фдаигз. Пореоечекие щели'-' разрыва границ:-* рззделя двух сред о различиями могйимчеоххлм: свойствами, в ос г юн ног», не зависит от этих свойств, а определяется лоличкной сцепления и сил:>й трския мелит тра!"чгши- «и яоьихг-ностяка' •

Для защ-*пь:по;,?. при аеобходлмссуи ьс-лей рарыьз г,рс-],лоч:ено г.опользоыть лег:'.и;1 дроблении кер^лзит. Шорзторшгс :.:ухоянчг!Ск:.о

и Фильтрационные экспериментальные исследования на модели закрепленной шелн показали на возможность его использования на небольших (до 200 м) глубинах о запел не ш*ем щелей на 25-50$.

В качестве специальных окважшпшх устройств целесообразно использовать ьелеобразовзтели конструкции ИД и СКВ ПГ СО РАН, пакерц - конотрувд'.и ПО "Спецтампонакгеология",

• Натурные экспериментальные исследования по ориентированному флюидоразрнву при цементации породного массива выполнены на участке рязмшовочной езтви полевого штрека гор. 373 ы Нлявинокого рудника йдоюгорского меднс-серного комбината. Вмещавшие породы представлены порфлритами о коэффициентом крепости б-б, олабопроницае-мце. Длина рабочих к контрольных скважин 4,0-6,2 м, диаметр слсва-Kiüí 0,305 м. Давление гидроразрыва 13 Ша. Остаточное раскрытие щели разрыва 0,G5«tC~\f.

В условиях виосконапорних подземных вод предложено создавать двухолсЛную тампонажно-дренажнуи завесу с оставлением ыевду двумя тумпонакнши слоями дренажного слоя для онятия давления под8емних а ид на ва/грошиЛ слой. После проведения выработки дренакннй слой ьокрыюето^ ¡«¡.ураки, через которне иоушеогвляется дренирование води в водоулаьлкышцяе кольца на кропи ствола. Эффективность такой вавеои, очавидно, повышается с увеличением проницаемооти твм-г.онар.ких олоаг.

6. Разработка споссСоа и техничеоких решений по совершенствования последующей цементации породного массива

С использованием результатов моделирования процеооа инъекти-рования раствор:» в скваашну предложена классификация породного массива вокруг пройденной Еыработкь по проницаемости (табл.4),на основ с- которой разработан:; принципиально новая нормьтаеная база на нагнетание цементных растворов при последующей ц^ыеитуции в зависимости от прсапцаемсоа'и ыэсоива.

Таблица 4

Ютссификеция породного массива по прошщаемести

ÍC6.I0I2,m2 i < ü,-8 I 0,0-1,5: I,£>-3,013-10 : 10-20 : >20

____;____;__L_____L__i__._;___

h'i класса Г 2 3 4 Б С

Результат иослада&шШ физических оообон'нкК-П тиеатш'ч покакали на ло&мечшоэтъ полного отфидьтровиюний «т.дкой tfmsti раствора. С цели; повышения плотности и прочности иесбводнонного зн-цемйиг'ир.ованнс.го породного ызеоизо отфнльтрсвивгтк.уяоя жидкую Ф?>-

зу целесообразно удалять из упрочненного юссгза, гбо г;ос.-_с пре-крэшекая нагнетания она полодствае обрзтной ^шлргрядаи способна разуплотнять уплотненную тпэрдуп «Тезу в треарнвх- горккх порол. Удаление отйшгьтроэтяэаюи^ся гидкой <Т.азч в процессе нуг^ет^.п^л необходимо для исключения обрпзо,:йня«- в уплотгяакск мэдогве лодл-нцх "карманов" и "пробок", преплтетвупм-.х заполнение трепля цгт.-ен-тным материалом, а тпгае для уменърйлгля рпгмоклсмостк гор;тю: пород, щчшодяа&И к снижедаг кг прочное?::. Удзлегке тддхей фа ад гз упрочняемого мпсогва предложено осуществлять через дрзигогиче с;кт> у-гют, г/робурокнче вокруг ¡тгмежияхонж:. Качествекюя сценка :>Т-Активности дретаровзотя дога на оссоас ф'лльтрацроннмч расчетов шпурового дрена,'я грунтов;* воя И.М.&с&рго, подтрертдоннля в производственных условиях зк^пер'/л'онтальио.

Найдены условия пр'.слеярл*« груьдарого нягяе?о:п»: рясгяора одною лмзкко и несколько сквягпч. Прч от«*.' получен крпте?«!Л д.пл определения ептгаялыгого кольчествп спвзж/й т» группе.

Совместно с ко:.'б::ч,зтом "Кудбг:сог.'отгоо?рсй"рпзра<5о78п '' роа.т:-зоппк ':иосоо послецуошей цет-'е^лщг':-., 'в себя гогъехтаролз-

н/о раствора четез окраотны порочного 1т.ярод;:кс.«1чзс"'сог,о согро-трвлскуп и :;епреемники контроль сосгэпцгл породного массива до, (V процессе и после окончания нагнетания раствора по гетю!»«:» его У УС. Суть егюсобя з'лшггаатоя в гоалаьаозэпга. зо:-;'5ног.:ср:го-_,тей иекопия коэ'Тнгигснгэд грскшшоЗ а.7о?о*иссте п про'гГ.'адег.юстг. при удалении от контура гырпбо'лс путту гюк-усо таенного увелгчечуя ггд-род!!1!глтчегкого со^р.ахтл.'ичтя ^'.г.'еш п гдспзогр в скв^гпе но учп-о?кзх млес'/м с болтлс'Л Роялизация' способ? зоз-

мок'ш путем 1»эаш?п» стенок акв:к:шш или испа'лзо-

!'!м!1'я опвфмлшк ваюкгемп. 1'п?-мнечт'е солрог,.7>лгп"я дврхегаэ ¡шотг.ора по?голяпг регулировать зо;т/ ого рзепросгрпгоэгпя по д.тане сквзгашк з соогвйтс'зии с гэмочекясм кооЩпил.г-нта тротадеиос-г!1. Непрерывны!-! контроль за состоянием «ясстоа позволяет одет*-пять фронт ртспрс'о-?р:.ше!гия рлс-твегя о? «кляякмг, стяй'/.'лзада) гес-.лохснкческого еоотошга зацеменг/ровтикуго назоглп. качество заполнения тре:";7Н даче,или» глатертплс*.:.

Я&осчргртия поотоду'гадго цементпцлл породного тлгсскь? :'лк ся-'•остсягрлънъх слоооб крсл.'.с:п'л кзр'бото::, прсяюксгя» способ;; цз-иентшпги с ерп-зпепл-етл иерехкягпоа гзолвру»и.ей оболочка. ЕЬгсза?! способ вгяочяет установку пеподя-'йчоЯ опалубки ислод зй подлога ином шр^бот"*: , бог,¡5идо;г..с шугрожгей сблзцоосчко-дас <«ей

оболочки путем нв- югания тгердеших материалов через опалубку, виэведонно внешней оболочки из упрочненных пород через опалубку и обл: юлочнс-нь^ушую оболочку. С целью обеспечения ке"аотвы упрочненного слоя в гонко-трошиновятом маооиве, 'torда вффектив-ность дренирования жидкой фппы раствора через дреяошее скважинн незначительно, предложен опоооб возведения крепи, отличаищийоя от предыдущего яипополокной последовательностью создания внутренней облицовочно-неоущой и внешней оболочек. При этом ,фениро-нание жццкой ^озы в процоооо создании внешней оболоней осуществляема г зоопалубочное пространство. С целью обеспечения подотли-»ооти упрочненного маjoubîi предложен третий ' зриант возведете г хин., отличающийся от нторого разгрузкой маооива за пределами упрочниьлой aoinj коыуфчелил в&риванием до ехптнвашм упрочняющего раствора,

7. Техиико- жоцог..лчсокая вфф«ктивкос'ь и внедрение paupi Мотанных опособов цементации

сЧеЬтктииноогь технолохичсской схема предваритель ой цементации оехедюш порешенной длины при проходке стволов доотигает-он hü очо'I уменнкекня объема буровых работ и раоходе цемента, 'мштнпап, что ирояйнпемооть маосила ушньшаегоя при цемеьлщии ч r>ciкочедую поапедуицую скважину вч очзт влияния предыд, ,их,длины н^ментац. jiimix зал. док но ка,лой пооледукт..!' окватане могут упг.'Л1"!ИН!1'Псп, Это приводит к уменьшению объемов бурения и продо-шич 1ЛМЮ0ТИ работ.- Регулирование peftraa нагнет ния раствора пу-,/м .нп1''|»м,''Ициро}юнцого назначения давления нагнетания на каждой i.if|,"M<:ui 1' ппхедке о учотил прони:ыемос""1 масс ю позволяет упра-I > и ci p/4№M4iv4 цементационной завесы " уменьшать расход цемента, rip^vowatine цяупнтпцни через ориентированные шели флщвдорязрюш Гак но ооНрии'ЯИГ о насколько раз объемы буровых i J бот. Эффективность 1»оав'-з/иЧ111(| тц;и11оно1кио~дрена-йной завесы в условиях выоокопс-пориых псиршшмх год, очг "Идно, мотет* бнть оценена как ра"ч :ть äurpuv на мроч' "'.'су огнолл обычным способом в у о ловлях значительного nniii'iii-HV'iiii ч Bfj'fpoT нл гозпеденпе предложенной завеса.

Тс мопг питч ,я «xtMM цементации ээходкви переменной длины, lui.;"iwi'Mii',:Iч и |цч»| комилоко технических реьк. лий,- внедрена при :ро-V. ,к.(> р. ( -ПН-лип •* Кузбассе иэбл.Ь). Пр" этом приведенный в i'.i.müx I-O'-it г. î|i"uct4<-"hî!iî1 'iKOHOtw'iivecKnit ^ получен только sa •¡'•г пин............ Toxiifwnr.i цемтзот':: путе; управления

1 ;ч;,г» о «4 ф-'рШЧГФ-Ш'Я ^НМОНТЯЩ'ОЯНих ВРВСО.

29 » .

Тп лnun Ь

Результаты внедрена предварительной цементации при прохода© ввргикалышх отводов в Кузбассе

-т-

0Ш1ТУ 101 90 4 126,0

ИР 208 5 30,8

ШСУ 70 175 G I01,1

291 175 5 .Ш5.4

134 175 3 149,6

ОШПУ . UÖ 127 10 ILJ.8

Шахтл, ; Наименование :Внодрято~ 5Длинь [0кидае-~0отнго- ;.,koiiowi • объединение . выработки ,'шее сяхто-Jучпс тка j мый ло~чкиИ во-ущакМ ; :отроитол, ;цемен- ;допри-,донриток;иМ«гкт,

. ; ;упрпвледав;тоцпч.м|го^. | мз/ч ;Т( ,iJ)y6<

ш."г'аопадокач"5-Й 'лочный ''Юккузбаос- чтвол •

Уголь" Вент , отвол

бло'са # 4

ш."Бэрезово- Бэнт.о-'бол кая"'дуэбаоо- Боздухопо-уголь" давший от1 эл

Новый скиповой отвол

и.им.В.И.ле- Новый клэте-тща,"Южкуз- •'»ой отвол баосуголь'

Эффективность разработанных способов поскэдусшеЯ цементации вокруг пройдент'^ . irpadow дооть.яетоя m очот увеличения прочности упрочненного наооим, ум&1тт.швшщ обгемов бурония и нагнетания, обеспечения возможности поддертания вирайоток о использованием облегченных конструкций срапей, наключягчя их Порекреплония.

Эффективность продлокс шой кла. оийиищии породного маи01 а и разработанной на е oqiiobp норматпной бпеы на нагнетание раствора при пооледуюгей цементации опродолона на очот раошрения обллот , примеыт л инъокциопиого упрочнения в однбопроничаемых породах,

О целью оценки оффективнооти применения по<да дувшего упрочнены в сочетают о облегченными типами к^юпоС в рамках классической S' та* и матемь .'и .какого программирования построена ок щомт<г>~ ' математическая модель крепления выработг.:!', В качестве целевых функций риняты отошость и трудоемкость крап..энин.

Разработаннно способы фгрмировяния цементационных ..ляео при последующей цементации ¿недрены в различных 061 :мах на отдельных участках капитальных, горизонтальных горных выработок нздт пм.Ло-рошилова, "Коксовая","Краоиокамрчокая" "Гклг-овшюа","'"ут'угюка .", "Красногорская", им. Даопяннокого, "Ягуновокял", "Г<бнлойшш" ь Ki збасое, км. 5С>-летия Октяс^ьокой релолк и "МчПпудукиюш" н Карага.лииоксм угол: не . бассейне. При ятом;. экономическая ¡Фиктивность определена, в cohc-ihom, пут* .л о гашении •* Vi-puf. на и.-»«!-кренленне и у прочие mie п'-ротчато w:.coi ja.

Г^слН) производственных объектов, ссноздао результату ио'лс-дсвг'П:1:й внедрен в 10 корг/атеиних и руководящих документах с представление-:.! г них ааучшос разработок а виде графиков, номограмм, '¿игекершсг фо]7,1ул, алгоритмов и таблиц с результатами численного . (¡чстз. Петь документов утвзр'счена-в бывккх отраслевое министерствах.

'&ктнческэя экономия за счет ос^ертенстволанзя технологии предварительной цементации при пгочодке вертикальных-стволов в сбводк.еккн:: лорсдах у искличотая перекреллепля участков капитальных горизонтальных горных Еырзботок составила 2,318 млн руб.

ЗАКЛЮЧЕНИИ

В диссертационной работе разработаны теоретические положения по установлению закономерностей'процесса формирования поментаци-оннн:с завес, совокупность которих можно квалифицировать как новое г.рупдо& достижение в развитии ого гидродинамических осноз и методов контроля, а также изложены научно-обоснованные тохничэокке решения пс предварительной и поснедуодой цементации, обеспечивающие улучванке условий проходки и поддержания капитальных выработок в объеднонках в неусюйчиЕЫх горных породах. .

Основное каучнме результаты, выводы к рекомендации сводятся к следующему.

Т. Ра забота га гидродинамические основы процзооь формирования цемвнто;дйокЕцх "завео кесх'аблльними иечентетпм растворами, ислючааздов: метод расчото интенсивности отфялм рошватш хлдкой фазы раствора при цемечтзцгм трещиновато-пористых горних пород; метод определения критической (ыгптмл&кой безоолдочяой) скорости двкленхя раствора в трекксах; мзт'емптичеокую модель процесса ккъ-' рнтйроззнчя раствора в ттсгглювотий породный массив} метод оценки оековных параметров формпрэтнгся цгмеет ¡ционяой заэеоы.

Б реиулъгате роалс-ааоии раэроботчншх э-чдродлш^чкчес^их основ усыновлено, что при плоскозарпллелшом течь кии о^оильтровыза-чу..-. ухдк-ч.-й раствора необходимо учитиыть при рускритуи трещин О.З-О.З.ЦГЧ*, еря осеоилметрЕчнсм - 6-8-]:0"ьг.' и мел,-«. В случае г.'.гр%!шгг:1,чг5ского взак/одейатзгя неод!гл>у.пш>: по риохрк-У'.'.« ;'(":5вдцг яэх.:о;.',ен процесс огл орегулгроипн:* а уд:-.мт>п р-псть»!» о? счет ст&ильтрсвуга'.п.л одкой 'рпои из бешдах г

о'з л г<<-мг,'.т!:е си рппк-ил;;" грект«. Пи'.тж-х огДлм'Ьг-

ро::ш'у|Ч'.к по д^е потока и *ре«л»:нх закгс.'т от к]ч гг'чгско?! ско-

■£ГЛ:'.'У- , • 1Ч!К»С.ССВ 1.01"-' СОД№СНТй№'И П ПЖ/ТНОШЬ . ЬОвГЩП ТЖ'Г.Ч'.'Й

Прс.адлц гз\<окен>л лоеф&пзчштл от^чят-чс-гл»!' .пш )/

3t

** Св i t .Покязпгп яооуокность р/асскотретея тсчсшя нестабильного роотпори в беаооэдочном резтае кся гомогенной кпд-. кооти и утотп оечямомгада« путем ит<о,",б1П1я d рассмотрение Фушгаш фмзгчеокого состояния оаохеглч "породянй мпоопв - иаствор".Оология ДВИ^УГЯГОСЯ pnOTCOprt v(ipDi',Ti?pP3.yoro4 \Х)0ДГ.НР:*;)-.ЧС0К1Ч.1 ТССМПЛСК-

ооч ju ЯЗкр . Ил'.иппю дг'форвдциг! маоотдап определяйся бозрззпэрным ксмплекосм уз-дР . Пиклон тр№,шг необходима учктывнть при аР л . 0,15-0,25 Win и монсо.

2. Предложены способа контроля протопоп Фю{».:урог.-ш>я m,-en-тмшонней ышееи, пкл-и'чмччаяо тяродшодгчеокиЯ, злсктрог.'отрнчро-иий и реомотрнчеокнП мотеля.

В связи о wv установлено, что ввепетше гс.тгродол'илгчоокде критерии позволяют осуи;оствлять контроль пяотноотн заполисетя тта-шин цемеитямч материалов но ¡»жму н&гиогонкя рпотясря. Электро-мегричбокиЯ у poovGTfi-iooK'.'il контроль «злосообраэио соукеотадятз» только при соплелуш'.еМ lewoirwwv нсобгояилиного породного мооог.-во. элркт ромотрптош»а счосои оо;to»nн на уеглгсаденннх '.v^kouov-stv-HOCTirx распределения моктргчо окота потепцмлга в окре.тгноог' наработки и куб.гк.скс'; 'гав/опюстч УХ ««сопле ст размеров фронт-:) фильтрация раотяогп, Наличия »/отолпа в гглли пптводит к ут.:е кыда-нгк> УХ мяссив!>, п полооти ntrpn лотки - к ого утюли'^ипк. Предельная глубина этого ядиянпн опрздолнртпч отроке¡г:ем раоотоятел "очки зимэра к д.чу не бпм» HJi.!C'pi"!-'?'/].uo?c г^якект-зсгут £ ¡6 -10. Формирования Hor-f>it veоэдсктркчосn*cit структура мпсеявэ зйчаи'-тм-етоя троп 12-15 суток нослг п.'аж'тппгя рчотзор-j. Контроль состояния погодного t.noovr.a до г поело ц^мс глп эти рох-отричеок'-т:! методой ootnt-HH ип очпглояснт еЛоого объема пустот по величине смссен'.чт породного контурч v vwitorbb расггед5.''еш'я роглр«в»и88 способности r.inoovmi, няпч'.'зп, по скорости падшг.'.ч давления воздуха В рГСХОЛНОЛ fVKOOVU,

3. рогралотопн способа fojswpoervro* вгисчтяпугсчных зэицс при предварительной цегептадчг обчодночнкх пород, обесшч'двята/из требуемую водонепроницаемость в гмотмплыпю трудозатрат», вкйо-чп»'штю; «рмзнтпцк« зпходкпми переменной длины; цемент'зид'-о через оркентпровяннин ¡соли флт'лорпэ\>т»з, ооздсткзомче поннторпальпо по длите центральной окв'гтчы; возведет:? двухслойной тт-'онаяко-дреяагно!! злвеш: ь .условиях вкоококлпоркпх no;t,oo'tmix вод.

Показана жтюяиость управления процьсгоом фоутгрсьигаиг се-кенташ:с-шИ1 »»вгон регуи'роппикси ,тугчш ьемс нтяп?,ояню; at ходок

в режимом нагнетания в зависимости от уменьшения проницаемости мпсопв-1 на каждой последующей цементационной оквзтпне, в также проведением при >2 >1,4 предварительной химической обработки трошиновато-пориотого маооява. Выявлены условия развития 1гелей разрнвп в неоднородной среде. Уота нов лоно повышение эффективности многослойной аявеои при ош'жзтп' нечеотвп тампонирования отдельных слоев.

4. Разрпботжш способы формиролшшя цемент,этюнннх завес при последующей цементация квойводненних пород, обелпзчившдаие повыше нке прочности и устойчивости упрочненного массива и включэгеие: цементация о дренированием жидкой фазы р?отоора; цементацию чоро8 оквошш переменного гидродинамичэокото сопротивления о непрерив-нш контролем состояния породного.массива; цементацию о ярлгионз-кием нередг.икнои Нйолпрутег.еЙ оболочки вслед за подвигяш:ом по боя выработки.

Пгимзконжз предлотешмх способов помигает прочность упрочненного эдссиво в два рана, позволяет уменьши» глубину оо<ш уп-ро"Цк;.ri.fi г 1,!>2,0 раза. уменьшает трудоемкость и стоимость ргз— бот из Д.'/•'*»?;?, оо;<днп' пое л]Х>диооалкй для лодщержпнгя гирцбот-.чк :<н счлг упрочнения породного шоеква. Комбинированное

кгсм.м(,ч;:е »^.'««со^лглпию уодко в небольших диапазонах изменения

кустотаоати.

о. йродложонч ;-'Л':ил;;'Гикоция породного маоокво вокруг прой-дсс»л.>. ''■•-•г 'бсюк й--) •¡рогпигл^ооти и но ее основе рларчбогшю иор-¡л »их-!кпм««в аембктдах растворов. В слабоярокиия-ьунх г-ч-тодгл тр/,:; г^.оме;.:» т «шютянве увеличены я чотнро ра-^П, Ч7'3 Г':01;';-р:л/ «ЙАРОП П£.№«ШоНКЯ иншецкокиого уярочноикя. г&онадачсскоя оФТ'Скти ьцед;;. ерпвкышк упрочнения о перекгоп-лекаея и ц-за-« 2»:.С г. составляет 20 руй. я Оааее на

I \<а лжутс^ породи в опггу.

6. Эйрсетишигл/ т:>ирэйогаи>.ги методов улрявлот'я, матао-шп:-: «стод-г рясчетп п^ри/с^иа я способ« фор/крове юд адиоотяцвоя-кчх з?вес, подгворЕЦс^. иоя<тгелш«1В результатами мх внедрения не огдзльнях учаот;«* выработок 12 ¡-яхт Кузнецкого и двух иахт Короток .г.нокох-чэ угольгапс бассейнов, » том чясле при проходке оти стволом г. обг-'ч?.цон;:«г. перод'.к а получением нордатявного оо-титочного водопрпгогсл. Фактический окочомкческий э<Т»1'Скт за счет совзрцг асгсоьанил технологий пргдвярязчзлъной цемектадая >ч обвод-пенни;; породах и применения ноолек^акой укрепитепьноИ ивмоктацаи в ценах 1230 и. соотлв!';; 2 »и: руб.

Оо нов нон оодершпю длооиртации опубликовано в аледуюших работах.

1. Дуда В.Г., Пурагол ¡0.3., ШишМпеш В.А. '/прочтите горних пород цементацией на шахтах КузГ'Мсоп//Проводе1п,е к отопление горних выработок в условиях uovOToihmur/ горних пород: Тоз.докл. Есео. науч.семинара .-Павлоград, rJVO,-С.44-46.

2. Дуда Е.Г., Бурков П.Й., Уямяляйнаи H.A. К пчбору потомет-ров технологии упрочнения готзных пород пшонтяцией/ЛIpoofän«мп"о и крепление гооких ш^иботск в условиях иеустсНчишх горных пород: Теэ.докл. Всёс, ггауч,семинара-Павлоград, 1976.--С.4'5-49.

3. Хячяляйнен В.А. О гидравлических расчетах папяметсов цементации грешмовагых горных пород нестабильными немэчтрцйошпгии оуйпзнэиями//11!0утно0 строительство.-1977.8.-С.14-17.

4. Дуда В.Г., Хт,шляйпо/г H.A. Особенности цэментшши трешл-новато-порисгых горних пород//!11ахтнс<з строительство.-19777,-С. 17-19."

5. Упрочнение готлшх пород цементацией (обзор)/Курког, Ю.В., Дуда Е.Г.. ЗйзребцоЕ Б.А., Понясешео Л.П. .Госстальной ]•'.!>. ,Хямя-ляйнен В.Д./ Стр-во предпр. уголья. промцишнноом/ЦШЗКуголь.-М.,i960.-45 с.

6. Хчмяляйнен В.А.,Дуда Е.Г., Углятеца A.I3. Фнльпчюцмя цементных растворов в доФормвруемнх трешнновятых породах/'/$1'ИКГ..-

X »»-J^ 2 С • 89^* •

7. Хямлляйнеи D.A. Плоскораднельноо течение нестабильных тач-попаттх растворов при нелинейном законе Фильтрации// Изэ.вузов. Горный журнал.-19ЙЗИ 12.- С. 20-23.

Я. Дуда Е.Г., Бурков ЭТ.В., ХлмялнЯнек ¡¡.А. Технологические охпмн упрочнения кпсогвов горних потэону Огью предпр.угольн.про-мыпшенносгл/ ЦН1Шуголь.-М., ISQ0.-:b 10.-0". 20-2!..

9. лямяляЯнен H.A., Угляшща A.B. Спит определения давлений нагнетания м расхода тампонаидах мате um лог. при предварительно;) цоменташл 'fouiVHßfoUTUX потюд вокруг капитплышх горних внпабо-ток/ Стр—во псодпр.уголь.птошиленности/ ЦШЭИуголъ.-М., 1085,).- 2,- Корта }а 104.

ТО. ХямчллЙчен В.А., Угляннш A.B. Влияние дэФорммвдП горного f.UiOOüBii Hi! процесс инхекгняозппгя цементными ря створа ми//ФТПШП.-19«.- № П.- С. 3fj-42.

II. Чорноь О,П., Утеяляйнен H.A. №»тол«ко и резулм-ети лпбо-рмгошзй «мч:« пттлнитоля »-.ели, ог.апонной п хчлжом mucckb«-v / Изи.чву?пв. гг-рнмй 'гурччл,- V'jOÖ.- * :з,-

Т2. H.A., Чернов О.И., Дьякои Б.К. tomnoimi)civiinie

т'этшчх пор1:! чсгйя стеиентирошшшо треинки флмторззрню// фши:и.~ I9d9.~ « с. па-т.

13. fviw>m ?Ж'ЯЛПЙ1М1Г В А., Cur»«'« П.С. Пппрчэленкя оо~

ВС рР'МиП "'.Л'/. i'v'ri ТвХНнЛОГ'Н КИ^КЦГОКЙОХ-О упиочнет'Я горних пооог. «ог.руг Ip'tc.'f): i'.tt/'/ ¡'Ь'хтнпе строительство.- ISA!;.- 4.~ 0. С7-2 J.

¡•1. Д(МЯЛ)Г]|ШН H.A., Б"тжоп П.В., (Тчрккн П.С. Оо^ртеногвозь-и;ч. |!сн.-1 щ«-ке1П1 из ногнотапие цементных дастнорои при пооледуо-о;.".! у:,фоч|101Г-:н горних- гкфопЛ'Иодземное и тчч'Кое строительство j;rjf._ f?. I,- с. i>i> 21. '

[г-,, .vrwM'.iie'.r В.Л., Ечкагкг.! i.H Ifcc«нu'otmr-ггя фк.'^r.nm-я ¡.»•'rorfcbw::-: "nrUiOitr.v'na v..ntxr< •:!//'i ,-0. .•-'.--

Ii<, Зйчвляйиен B.A., Прост ja С.М., Яванов Б,В. Елшпме экш-нирог.шшя sujxiöotkii на релулвтити электрометрического контроля* качества тамионакнах табст// Иоп.вуеон. ГошиЙ ayptKui.~199l.~ & 9,- 0.42-43.

1?. äo.ue.'i'/pobthiue фхльтроцки томоона киих растворов/ йзмяляй-ii.jii ii.a., Дйкороп к.я., г! ростов с.и., Сыпям i П.С.//Изв. вузов. ropiwS куриал,- 1991.- я 2,- с. -4-v.

16. Электрометрический контроль состояния упрочненного массива кз «¡."^йльйняя'уХчмя.р^Нюи В,Л.., Проотов С.Г.1., Мекаров й. п., Снрккк П.С., Ат-Ыюнов Л.ф.//Пода(!мноо .« пах тисе строительство.-ISSI.- й 5.- С. 7-10.

19. Х-адялгЛген В.Л. Моделировот'.е пвопосов инъекпфояэдап цементных реогБоров в порода!! t.'accüb// О'ШНТИ,- 1992.- й 5.-0,37-44

20. A.c. СШ'>30 СССР, И. Ко2 й 21 Д I/I6, Способ цементации говш;х пород стдольинми ьяходкими/ М.Г.Дупг». Г.V.Комаров, И.В.Федосов, вД.Йгокяйюи (СССР).- 11 252I32Ö/22-03; Заявл. 16.08.77; Опуол.. 30.03,70, Бллл. К 36.- J09 с.

2U. A.c. 760930 СССР, М, Клэ В 21 Д I/I6. Способ упрочнения горикх пород'Г.И.Ковров, Е.Г.Дудо. P.li. Бурков, П.А.Хпмяляйнвк (СССР).- У 2IM0SR/22-Ü0; Паям. Дь. 10.75; Опубл. 07.10,00, Билл. № 37.- 127 о. '

22. A.c. ?57VI4 СССР, М. joT3. Е 21 Д I/IG. Способ проходки

гордау.выработок/ Е. Г.Дудя, Г.И.Ксмзпои, H.H.Федоров, ß.А.Хкмяляй-нен (СССР).- № 2663061722-03; Занв. 12.69.78; Опубл. 23.08.60; Бюлл. 31.~ 131 с.

23. A.c. 625977 СССР, М. Клч, Е 21 Д I/IG.I3 02 К 3/Т2.Способ иоменгяпии тг'гш1нсшто--пор:1стнх горных пород/ Е.Г.Дуда, Г.К.Ксш-1>ое,-Н.В.Здоров, Л.Л.Хямнлдйксн (СССР) .-л 2694751/^2-03; ¡Зпдв. bf3.I2.78j-Опубл. 30.04.ei, Балл, № 16.- 160 с.

24. A.ü. 627755 СССР, М. Юл3. 1? 21 Д Г/16. Способ цементации трещи нова то-погшотих rop::ux пород/ Е.Г.Куда. В.А.Хямяляйнен. Г ,11. Комаров, Н.В.Яёпоооь (СССР).- I 2705061/22-03; Эвяв. 22.03.79; Опубл. 07.05.61, ttoi. Ä 17,-142 о.

25. A.c. 098003 СССР', U. Кл3. F. 21 Д П/00. Способ возведения креп« горних внработок/ ГмКЕутжов. В.Г.Дуда. Г .К. Комаров. Б.А.Хя-мяляйсен (СССР)2923275/22-03; Паяв; 12.05.Й0; Опубл. 15.01.02, 'Бюлл. й 2,-159 с.

20.'A.c. 983599 ССОР, Ы.Кл3. £ 21 С 39/ОП. Споооб определения трошааоплтооти горнах пород вокр'.'г supoСоток/ Р.А.Хямллвйгет. Е.ГДуда,- К.'Е.РосстальноЯ (СССР).- Г2924154/22-Ш; Здяв.07,04.У0; Спубл'. 07.06.ач, Вда. i 21.- 153 с.

27. A.c.- 977783 СССР, М. Кл3.'Б 21 Д 1/10. Способ тампоюпю-Bflvß'.n торных- порог./ В.А.З&кяляЯнрп, E.rjto.oa, О.К Лешон (СССР).-Я 3303972/22-03; Заязв. 28.04,61; Опубл. 30.П.йГ;, Вплл. I" 44.-с.

2(3. A.c. 905304 СССР, М. Кл3. Е 21 Д IT/IO.'Способ ио-лвепения квоте гсюиих виработок/ .В.А.Хяыяляйнен, S.rj.vna, Р.У.гурков.Г.П. КЫеров ТСССР) 2953033/22-03; Зала. «2.07.80; Опубл. 30.TS.R2, Балл. » 4й.~ 13с о,

29. А.о. 987076'СССР М.Кл3. В 21 В 33/12. Г/птр^Йство ют то-лшг»*и оэсобузиого интервале ркьашга/ В.А.ХямяляЙнэн, Е.Т'.Дуда, Е.Е.Роост&льной (СССР).-^ 33i395t!/22-03; Г«пяь. 09.07.81; Опубл. G7.0I.a3, Ew. Я 129 о.