Технология перехода механизированным комплексом геологических нарушений с ослабленным массивом горных пород

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 622. 55. 286
П. Н. Васильев, В. А. Шерстов ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕХОДА МЕХАНИЗИРОВАННЫМ КОМПЛЕКСОМ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ С ОСЛАБЛЕННЫМ МАССИВОМ ГОРНЫХ ПОРОД
Семинар № 11
ш ш ри переходе механизированными
-Ж. -1 комплексами геологических нарушений при наличии неустойчивых горных пород, характерных для многих месторождений основных угольных бассейнов Российской Федерации, а также для подмерзлотных горизонтов в месторождениях, находящихся в условиях многолетней мерзлоты, возникают значительные сложности по укреплению вмещающих пород и управлению кровлей.
Для случая перехода геологических нарушений со слабыми нарушенными вмещающими породами в условиях Крайнего Севера в ИГДС им. Н. В. Черского СО РАН разработан комбинированный способ подготовки зоны нарушения к переходу механизированным способом, сущность которого заключается в следующем: (рис. 1.)
До подхода забоя лавы к геологическому нарушению проходят по нарушению выработку с присечкой боковых пород на пути перехода комплекса. Из выработки в кровлю бурят шпуры длиной 3−4 м с пересечением плоскости сдвига, которые размещают вдоль выработки на расстоянии не более 3−4 м друг от друга. Устье шпуров изолируют герметизаторами, на концы которых навинчены вентили с напорными шлангами с помощью которых подают упрочняющий раствор в породы приамплитудной зоны. В качестве упрочняющего раствора может быть использован состав на основе карбамидофор-мальдегидной малотоксичной смолы КФ-МТ и отвердителя —
Комбинированный способ подготовки зоны геологического нарушения к переходу очистным механизированным комплексом: 1 — забой лавы- 2 — геологическое нарушение- 3 — выработка- 4 -присекаемые породы при проведении выработки- 5 — скважины (шпуры) — 6 -плоскость сдвига
водного раствора кристаллического хлорного железа.
Нагнетание производят циклично с изменением дисперсности состава раствора. С увеличением дисперсности состава снижают давление нагнетания раствора с целью исключения гидроразрыва, которое может привести к образованию дополнительных трещин.
Для определения технологических параметров упрочнения нарушенных пород полимерными материалами необходим расчет расстояния между скважинами и времени нагнетания раствора.
В работе [1] для трещиноватых пород радиус распространения и время нагнетания предложено определять по эмпирическим формулам, полученным по результатам обработки экспериментальных данных методами математической статистики. Однако при этом не учитывается трещиноватость нарушенной зоны, скорость увеличения вязкости раствора и другие важные факторы.
Известно, что в случае точечного нагнетания в изотропный массив имеет место сферически симметричный поток. Такое течение описывается следующей системой уравнений [2]:
(l)
(г)
(3)
(4)
(5)
і (r2 f)= 0
n Ё* =- Kt pr = ?
8t /л dr
P{rot) = Po P{t, t)= 0 Ф) = ro
Изменение вязкости полимерного раствора от времени описывается зависимостью [1]: a'-t
/Л = Цое (б)
где r 0 — радиус скважины, м- Р — давление нагнетания, Па- t — расстояние между скважинами, м- n — пористость нарушенной зоны- t -время нагнетания, с- Кп — коэффициент проницаемости, м2- - начальная вязкость раствора,
H ¦ с
______- ОС — скорость увеличения вязкости рас-
м2 твора, с-1.
Общее решение уравнения (1) следующее
[2]:
p (r, t) = -1 A (t) + B (t) (7)
т
Используя условия (з) и (4), получим систему уравнений:
Зависимость времени гелеобразования
(8)
(9)
--A (t) + B (t) = Р0
*o
— i) A (,)+0
тогда:
AM--T^V
Го К1)
Подставив полученное значение A (t) в уравнение (7) и (2), получим:
______ро_?2 (t)
*})
д? Kп Po
n- = dt
(10)
r
д? _ KnPoro 1
(ll)
Подставляя зависимость (б) в уравнение (11), получим
dt n n (t)({t ({t) — ro]
Подставляя за (11), получим
Jro]of = J----------eat + C
(12)
Von
Дисперсность раствора Соотношение смола- отвердитель Время гелеобразования, мин Время затвердевания, ч.
Тонкая 2:1 7−9 1−2
Средняя 4:1 1з-15 4−5
Крупная б:1 19−21 8−9
1 /з (V)-rr- (t) = - KsILl і + C
w, v «~ (із)
з 4 7 2 nona'
Используя значение і из условия (5), получим:
1 з 1
з, А з — r-----r =-
з 2 '- /uona'-
или после преобразования:
з
C = k n Pj0
і
— r& quot- б
(l4)
(l5)
ц0по.
Подставим формулу (15) в формулу (13), получим:
3 ^ (О& quot--2 г/1 (0 = - е-«'-'-)-1 Го3 (16)
3 2 №опа 6
Выражение (16) связывает радиус распространения упрочняющего раствора с фильтрационными свойствами среды, параметрами твердения раствора и давления нагнетания.
Для практического использования выражение (16) упрощается, при этом предельный радиус распространения раствора составит:
^& quot- 1& gt-о'-]' (17)
ц^а'-
Тогда расстояние между скважинами можно будет определить по выражению:
/ = K
M.C. H
зк п Poro
(l8)
/л^а
где Кн — коэффициент, учитывающий трещиноватость нарушенной зоны.
При нагнетании растворов по скважинам, пробуренным с пересечением смесителя Кн = 1,8, а при параллельном расположении скважин Кн зависит от количества трещин на 1 пог.м. и с увеличением их от 1 до 10 уменьшается от 1,8 до 1,4.
Время твердения упрочняющего раствора выбирается из условия повышения вязкости в 10 раз, т. е.
= Ш (19)
Следовательно:
Определим расстояние между шпурами при следующих параметрах среды и процесса нагнетания упрочняющего раствора:
Кн = 1. 8, Кп = 10'-14м2, Р = 21−106Па, г0 = 0. 02 м-
^0=2−10'-3 Н '-- п=1. 510−2- а=0. 4−10'-3с'-1
M2
При этих условиях расстояние между шпурами составит 1,3 м, а при Кн = 1,4 -1 м.
В качестве упрочняющего раствора рекомендуется состав на основе карбамидоформальде-гидной малотоксичной смолы КФ-МТ (ГОСТ 14 231−78) с отвердителем — водным раствором кристаллического хлорного железа.
Соотношение между смолой и отвердителем в упрочняющем растворе в зависимости от дисперсности состава приведено в таблице. Нагнетание упрочняющего раствора, целесообразно осуществлять циклично с изменением дисперсности состава раствора. Дисперсность скрепляющего состава зависит от соотношения смолы и отвер-дителя.
В связи с тем, что горные породы имеют различную экзогенную трещиноватость от 1 до 100 трещин на 1 пог. м, а также различную величину раскрытия трещин от 0,1 до 10 см [3], рекомендуется использовать все три состава раствора. Первоначально нагнетается тонкодисперсный раствор, который обладает наибольшей скоростью процесса гелеобразования и твердения. При этом происходит более полное заполнение мелких пустот и трещин. Затем давление нагнетания сбрасывают и в скважину подают средне-дисперсный
1. Давыдов В. В., Белоусов Ю. И Химический способ укрепления горных пород. — М.: Недра, 1977. -228 с.
2. Веригин Н. Н. Нагнетание вяжущих растворов в горные породы в целях повышения прочности и водонепроницаемости оснований горнотехнических соору-
раствор под давлением, меньшим первоначального значения, с целью исключения гидроразрыва, который может привести к образованию дополнительных трещин. При подаче наиболее крупного по дисперсности раствора происходит полное схватывание нагнетаемой массы с нарушенными горными породами, кратность подачи раствора с изменением дисперсности состава зависит от степени трещиноватости массива и расстояния между трещинами.
Первая стадия обеспечивает выполнение подготовки зоны нарушения к переходу очистными работами в максимально короткие сроки — 1−2 часа. Количество стадий зависит от расстояния забоя лавы до нарушения. При подготовке зоны нарушения в три стадии продолжительность подготовки составит около суток. Использование предложенного способа имеет следующие преимущества:
— происходит более эффективное внедрение раствора в микротрещины и пустоты массива нарушенных горных пород-
— расширяется область распространения упрочняющего раствора в массиве.
Использование предлагаемого способа подготовки зоны геологического нарушения обеспечивает беспрепятственный и безостановочный переход очистных механизированных комплексов по сложным нарушениям непрямолинейной формы в условиях многолетней мерзлоты. Способ защищен авторским свидетельством СССР № 1 182 175.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
жений. // Известия А Н СССР. ОТН. — 1952. — № 5. — С. 674−687.
3. Слепцов А. Е., Киржнер Ф. М., Скуба В. Н. Влияние льдистости массива на устойчивость выработок, расположенных в зоне многолетней мерзлоты: ОИ. Технология добычи угля подземным способом. ЦНИЭИ-уголь.- 1974. — № 11. — С. 19−20.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------
Васильев П. Н — старший научный сотрудник,
Шерстов В. А. — доктор технических наук, главный научный сотрудник,
Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского Сибирского отделения РАН.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой