Способ цементации горных пород
Патент 1035229
Авторы
Классы МПК
Способ цементации горных пород
Иллюстрации
Реферат
СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий поочередное нагнетание, цементаиионного раствора в скважины под давлением, назначаемым в зависимости от свойств раствора, характере трещиноватости и физико-механических свойств пород в кровле цементируемой зоны, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода цементационного раствора при цементации, , трещиноватых деформируемых пород, после цементации каждой прешыдущей скважины в последующей дополнительно измеряют модуль Юнга и коэффициент Пуассона, по которым определяют коэффициент увеличения раскрытия незацементированных трещин f) по формуле ъ{.ЧМ . Р-Е W где Ей t| - измеренные модуль Юнга (МПа) и коэффициент Пуассона частично зацементированных горных пород; УЯ -начальное (до нагнетания раствора) значение коэффициента трещиноватости частично зацементированных горных пород, нагнетание раствора прекращают при Давлении Р, определяемом из формулы Р (Кр Ро4-1) (РО где Р - конечное далекие нагнетания не с учетом деформаций пород в зоне цементации, МПа; Р - конечное давление нагнетания, определенное для первоначапьной .трещиновдтости и физикомеханических свойств пород в кровле цементируемой зоны, МПа; оо ,5 - коэффициент, зависящий от СП цементно-водного отношения to го раствора; л - коэффициент увеличения рассо крытия незацементированных трещин при нагнетании раствора , 1/МПа.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦЮЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН у у E 21Ь 1/16
ОПИСАНИЕ, ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ,/ ъО-9p)
Е т о) ! с по
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 32 34759/22-03 (22) 12.01.81, (46) 15.08.83. Бюл. № 30 (72) В. А. Хямяляйнен и A. В. Угляница (71) Научно-исследовательский институт строительства угольных и горнорудных предприятий (53} 622.257. 1 (088.8) (56) 1. Трупак Н. Г, Специальные способы проведения горных выработок, М., "Недра, 1976, с. 120-121, 2. Справочник по сооружению шахтных стволов специальными способами. Под реп.
H. Ã. Трупака .. M., "Недра", 1 980, с. l 95 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ЦЕМЕНТА)ЛИИ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий поочередное нагнетание. цементационного раствора в скважины под давлением, назначаемым в зависимости от свойств раствора, характера трещиноватости и физико-механических свойств пород в кровле цементируемой зоны, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода цементационного раствора при цементации, трешиноватых деформируемых пород, после цементации каждой предыдущей скважины в последующей дополнительно измеряют модуль Юнга и коэффициент Пуассона, по которым определяют коэффициент увеличения раскрытия незацементированных трещин р по формуле
„.SU„„103522 A где Е и ф - измеренные модуль Юнга (МПа} и коэффициент Пуассона частично зацементированных горных пород, - начальное (до нагнетания о раствора) значение коэффициент& трещиноватости частично зацементированных горных пород, нагнетание раствора прекращают при давлении Р, определяемом из Формулы. р (рр )
1g о
Я где Р - конечное даление нагнетания с учетом деформаций пород в зоне цементации, МПа;
Р— конечное давление нагнетания, определенное для первоначаль- Я нойтрешиноватости и физикомеханических свойств пород в кровле цементируемой зоны, МПа;
К=2-2,5 — коэффициент, зависящий от цементно-водного отношения раствора; ф 3 - коэффициент увеличения раскрытия незацементированных CO трещин при нагнетании раствора, 1/МПа.
1 10352
Изобретение относится к проведению и креплению горных выработок с применением цементации горных пород.
Известен способ цементации горных пород нагнетанием цементационных растворов под давлением, назначенным в зависимости от свойств раствора и характера трешиноватости $ 1) .
Недостаток такого способа заключается в неучете физико»механических свойств10 горных пород, что может привести к гид» рораэрыву горного массива и перерасходу цемента.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изоб- 15 ретению является способ цементации горных пород, вктпочающий поочередное нагнетание цементационного раствора в скважины под давлением, назначаемым в зависимости от свойств раствора, ха- 20 рактера трешиноватости и физико-механических свойств пород в кровле цементируемой зоны(2) .
Недостаток известного способа заключаетси в неучете физико-механических 25 свойств пород в непосредственно цементируемой зоне. Указанный способ исключает только гидроразрыв, но не учитывает увеличения раскрытия трещин за счет деформирования массива в зоне цементации. Это приводит к увеличению радиуса распространения раствора и перерасходу цемента.
Цель изобретения — уменьшение расхода цементационного раствора при це35 ментации трешиноватых деформируемых пород.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу цементации горных пород, включающему поочередное нагие- 4 тание цементационного раствора в скважины под давлением, назначенным в зависимости от свойств раствора, характера трещиноватости и физико-механических свойств пород в кровле цементи- 45 руемой зоны при цементации трещиноватых деформируемых пород, после цементации каждой предыдущей скважины в последующей дополнительно измеряют модуль
Юнга и коэффициент Пуассона,покоторым
50 определяют коэффициент увеличения раскрытия незацементированных трещин по формуле р,= (q- и ), (s)
%(k-,О) по где Е и р- измеренные модуль Юнга .. 55
{МПа) и коэффициент Пуассо-. на частично зацементированных горных пород;
2S
} 1 - начальное (до нагнетания раствора) значение коэффициента трешиноватости частично зацементированных горных пород, нагнетание раствора прекращают при давлении Р, определяемом из формулы (" ро+ ") -1 где P - конечное давление нагнетания с учетом деформаций пород в зоне цементации, МПа;
P — конечное давление нагнетания о
Э определенное для первоначальной трешиноватости и физикомеханических свойств пород в кровле цементируемой зоны, МПа;
К=2-2,5 — коэффициент, зависящий от цементно-водного отношения раствора; — коэффициент увеличения раскрытия незацементированных трещин при нагнетании раствора, 1/МПа.
На фиг. 1 представлены графики пределов умею щения конечных давления нагнетания; на фиг. 2 - графики пределов исключаемого увеличения радиуса цементации.
На фиг. 1 и 2 кривые 1 и 2 соответствуют значениям коэ фициента К, входящего в формулу (2), равным 2 и 2,5;
В и R — соответственно радиусы распространения раствора без учета и с учетом деформирования горных пород.
Способ реализуется следующим образом.
Производят бурение цементационной скважины. В процессе бурения периодически для каждой литологической разности горных пород, вскрываемых скважиной, производят отбор керна на величину керноотборника. По обьемному выходу керна для цементируемой толщи горных пород определяют начальное значение коэффициента трещиноватости ео (например, Yrt = 0,00;5). На образцах керна, используя общеизвестные методики, измеряют модуль Юнга Е и коэффициент Пуа.— ссона,О (например ф = 0,25);
E = 0,2. 104МПа). По формуле (1) расчитывают значение коэффициента увеличения раскрытия трещин для горных пород, вскрытых скважиной, (в рассматриваемом примере = 0,15 1 ).
3 103
Производят гидравлическое опробование скважины, По известному способу в зависимости от гидростатического давления подземных вод, гидравлических со противлений первоначальных трешин, 5 первоначальной трешиноватости и физико-механических свойств горных пород в кровле цементируемой зоны назначают концентрацию цементационного раствора (например 1I:B= 1:0,5) и конечное давление нагнетания Р беэ учета дефор5229 мируемости горных пород (например
Р = 5МПа). Нагнетают раствор в сква:м живу. Нагнетание прекрашшот при давлении Р, назначаемом по формуле (2) (в рассматриваемом примере P * 3,8 МПа).
Применение предложенного способа цементации позволяет сократить расход цемента при обеспечении качества цемен-. тации и получить значительный экономический эффект эа счет исключения увеличения радиуса распространения раствора.
1036229
Составитель Л. Черепенкина
Редактор Л. Повхан Техред Т.Маточка КорректоР,И. Ватрушкина
Эакаэ 5782/31 Тираж 603 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; д. 4/5
Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4