Способ замораживания горных пород при проходке выработок

Способ замораживания горных пород при проходке выработок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 E 21 D 1/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

T 1 1 зь = фФ;fr"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13,, 13

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ %53ik597i (21) 3856167/22-03 (22) 03.01.85 (46) 07.07.86. Бюл, N- 25 (72) А.В.Топорков, Л.С.Мерзак, Я.А.Кроник и Н.И,Береговая (53) 624. 139(088.8) (56) Вялов С.С. Новая технология возведения башенных копров на замороженных грунтах. "Шахтное строительство", 1984, N - 11,,с.7=10.

Трунак Н.Г. Справочник по сооружению шахтных стволов специальными способами.-М.: Недра, 1980, с.352-356, рис.XEV.4. (54)(57) СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ

ПОРОД ПРИ ПРОХОДКЕ ВЫРАБОТОК, включающий бурение скважины,.закрепление ее обсадной колонной, оснащение последней замораживающей колонкой, обеспечение циркуляции охлаждающего рассола в замораживающей колонке и зо„.ЯО„„12426П a < нальности замораживания, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы замораживающей колонки в слабых горных породах за счет обеспечения работоспособности при локальных разрывах обсадных труб, после заполнения пространства между обсадной колонной и замораживающей колонкой охлаждающим рассолом подают буферный агент в жидкой фазе с плотностью, меньшей плотности охлаждающего рассола, переводят буферный агент в твердую фазу путем замораживания, а при разрыве обсадной трубы переводят буферный агент в жидкую фазу путем повышения температуры охлаждающегорассола дотемпературЫ; не превышающей О С, и тампонируют разрыв обсадной трубы путем перевода буфер- у ного агента из жидкой фазы в твердую замораживанием.

4 124261

Изобретение относится к шахтному строительству с применением искусственного замораживания горных пород, Цель изобретения — повышение надежности работы замораживающей колонки в слабых горных породах за счет обеспечения работоспособности при локальных разрывах обсадньгх тру-б, На фиг.1-8 показаны фазы осуществления способа. 19

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

После бурения скважины 1 (фиг.1) ее закрепляют обсадной колонной 2 (фиг.2) и оснащают замораживающей колонкой, состоящей из .питающей 3 и отводящей 4 труб (фиг.3). В пространство 5 (фиг.4) между обсадной колонной 2 и отводящей трубой 4 вводят через патрубок 6 охлаждающий рассол 7 например раствор хлористогG KBSII,IIIIII> до уровня 8, а сверх него через пат-рубок 6 вводят в пространство 5 буферный, уменьшающийся в объеме при замерзании, агент 9 в жидкой фазе с 2. ) плотностью меньшей, чем IIJIoтность охлаждающего рассола 7 (фиг.5). В качестве такого буферно го агента 9 может быть применен, например, антифриз нТасол-40", замерзающий при темперао туре -40 С, авиационное масло МС-?О, замерзающее при температуре -?0-30 С и т,п, производные нефтепроцуктов.

Подавая в колонку охлаждающий рассол

10 (фиг,5), например раствор хлористо35

ro кальция, совпадающий по температуре, концентрации с охлаждающим рас солом 7 или отличный от него, обеспечивают его циркуляцию по подающей 3 и отводящей 4 трубам, создавая ледопородное ограждение 11, одновременно переводя буферный агент 9 путем замораживания из жидкого твср дое при температуре охлаждающего рассола 10,. например -40 С.

В дальнейшем при проходке выработ- ки 12 (фиг.б) возможно образование разрыва 13 в обсадной трубе 2, через который часть охлаждающего рассола 7 в виде жидкости вытекает в ледопород50 ное ограждение 11, образуя талую зону

14 . Уро ве нь 8 охлажда|още г о расс ола самопроизвольно опускается до уровня

15, совпадающего с нижней кромкой разрыва 13 в трубе 2. Между уровнями

8 и 15 создается безвоздушное IIpocтранство 16.

Для устранения разрыва 13 трубы 2 в питающую трубу 3 подают охлаждающий

7 2 рассол 10 с повышенной температурой, например, -30 С, при которой буферный агент 9 переходит в жидкое состояние и самопроизвольно эа счет атмосферно"о давления и силы тяжести опускается до уровня 15, частично вытекая в талую эопу 14(фиг.7), заполняя ее.

Пад уровнем 17 агента 9 образуется воздушная прослойка 18.

Понижая температуру охлаждающего рассола 10 от., например, -30 до

-40 С, переводят буферный агент 9 из жидкого состояния в твердое за счет el o замерзания (фиг,8) . Таким образом устраняется локальный разрыв в трубе 2, Вуферный агент, попавший в ледопородпое огражцение 11, также переходит гри .охлаждении из жидкого состояния в твердoo при р.ão за эрзании. причем этот процесс фазового пеpcxoZ!a не создает дополнительных напряжений морозного пучения на крель

còâozlÿ и на обсадную трубу 2„ так как буферный агент 9 при замерзании уменьшается в объеме.

При повторных разрывах обсадной грубь 2 описанная технология ликвидации разрывов (ремонта колонок) повторяется в соответствии с вышеописанIoA последовательностью.

Предлагаемый способ замораживания может быть применен также при отсутствии разрывов замораживающих колонок в качестве специального способа зоí"-.zIüíoãñ замораживания, Для этого по мере проходки выработки 12 в ледопородном ограждении 11 (фиг.б) уровень 15 охлаждающего рассола 7 следует понижать путем, например, подачи сжатого возцуха в пространство 16 (под слой твердого буферного агента 9) с отжатием охлаждающего рассола 7 по дополнительной трубке вверх (или же вниз в замораживающую колонку) в отводящую трубу 4 через клапан в отводящей трубе, открывающийся только при возрастании давления сверх заданного предела в охлаждающем рассоле 7 (дополнительная трубка и клапан на чертеже не показаны).

Контроль уровня 15 охлаждающего рассола 7 можнс осуцествляTь, например, специальным поплавковым уровнемером, снабженным радиоактивным изотопом; тензодатчиком, наклеенным на дно обсадной трубы, по.=,воляющим по давлению жицкости определить ее высоту; мерным тросом с груэом, с помощью ультраэвука и т,п, 3 1242617 4

Пример. Для создания ледоио- иэвольно опускается до уровня 15, родного ограждения шахтного ствола частично вытелая в талую зону 14 глубиной 600 м бурят скважины диамет- (фиг.7), заполняя ее. Над уровнем 17 ром 15 см с шагом 120 см, концентрич- антифриза образуется воздушная просно вокруг ствола. Скважины 1 закреп- лойка 18, 5 ляют обсадными колоннами 2 (фиг.1 и Понижая температуру охлаждающего

2) диаметром 15,0 0,6 см и оснащают рассола от -30 до -42 С, антифриз 9 замораживающей колонной, состоящей переходит иэ жидкого состояния в твериз стальных питающей 3 (фиг.3) диамет- дое за счет его замерзания (фиг.8). ром 5 0,5 см и отводящей 4 диаметром о Таким образом тампонируется локаль1350,6 см труб. В пространство 5 ный разрыв в трубе 2. Антифриз, попав(фиг.4) между колоннами 2 и 4 вводят ший частично в ледопородное ограждечерез патрубок 6 охлаждающий рассол ние 11, также переходит в дальнейшем

7 в.виде, например, раствора хлорис — при охлаждении в твердое состояние того кальция, до уровня 8, а сверх 1 при его замерзании. него, через патрубок 6 вводят в прос- Контроль уровня 15 рассола 7 осутранство 5 антифриз "Тасол-40" 9, на- ществляют мерным тросом с грузом в ходящийся в жидкой фазе (при темпера- период, когда антифриз 9 находится в туре +10 C) (фиг.5) . Подавая в колон- жидком состоянии (плотность мерного ку через трубу 3 раствор хлористого груза должна быть равна 1,3 г/см кальция при температуре -42 С обеспе- т,е, совпадать с плотностью рассола 7). чивают его циркуляцию по трубам 3 и 4, Термическое сопротивление дополнисоздавая ледопородное ограждение 11, тельного слоя 7 толщиной 0,4 см незодновременно переводя антифриз 9 пу- начительно, Его можно уподобить дотем замораживания из жидкого состоя- полнительному слою песчаной породы ния в твердое. толщиной 0,4-0,8 см.

В дапьнейшем при проходке выработ- Испольэование предлагаемого способа. ю ки 12 (фиг.6) буровзрывным способом в замораживания горных пород при проходслабых пучинистых глинистых породах ке выработок позволяет рассматривать возможно образование разрыва 13 в аварийный разрыв обсадных труб как

30 трубе 2, через который часть охлажда- элемент самонастройки системы заморающего рассола 7 вытекает в ледопород- живания, так как вытеканием части расное ограждение 11, образуя талую зону сола 7 из пространства между обсадной

14 диаметром 50 см вблизи колонки. трубой и колонкой автоматически отклюУровень 8 охлаждающего рассола 7 са- чаются от дальнейшего замораживания мопроизвольно опускается на 150 м З горные породы ледопородного ограждедо уровня 15, совпадающего с нижней ния, находящиеся над местом разрыва. кромкой разрыва 13 в трубе 2. Между Это уменьшает опасность дополнительуровнями 8 и 15 создается безвоздуш- ных разрывов обсадных. труб в пройденное .теплоизолированное пространство ной и закрепленной части ствола, нап16 толшщиной 0,4 см и .высотой 150 м. ример, от напряжений морозного пучеВ таком режиме спецколонки зонально- ния при пассивном замораживании. В го замораживания в дальнейшем можно месте вытекания рассола 7 напряжения частично продолжать проходческие ра- морозного пучения также уменьшаются, боты в стволе. так как рассол оттаивает часть примыДля устранения разрыва 13 (ремон- кающих мерзлых пород, однако ввиду ог45 та) трубы 2 в трубу 3 подают охлаждаю- раниченного заданного объема этого щий рассол 10 с температурой -30 С, рассола (5-8 л) в целом для сохранноспри которс и антифриз "Тасол-40" пере- ти ледопородного огражцения он опасходит в жидкое состояние и самопро- ности не представляет.

l 242617

ЩгУ

Ц)и4

Составитель Л.Черепенкина

Редактор Н.Данкулич Техред Н.Бонкало Корректор Е.Рошко

Заказ 3675/31 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проекчная, 4