книги из ГПНТБ / Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки

Исследованиями ВНИИОМШСа установлено, что цементные рас­ творы жидкой концентрации Ц : В > 1 , 5 обладают незначительной вязкостью, приближающейся к вязкости воды, и имеют большую про­ никающую способность по сравнению с цементными растворами более густой концентрации Ц : В < 1,5. Из табл. 19 и рис. 54 видно, что сроки начала и конца схватывания цементных растворов с увеличе­ нием цементно-водного отношения (Ц : В) с 1 : 0,5 до 1 : 4 соответ­ ственно увеличиваются при обычных цементах в 1,5 раза при одно­ временном снижении предела прочности на сжатие цементного камня (рис. 55) в 4,3—3,3 раза в раннем возрасте (1 сутки) и в 1,7—2,0 раза

внормальном 28-дневном возрасте.

Суменьшением цементно-водного отношения с 1 : 4 до 1 : 0,5 выход тампонажного камня в процентах от общего объема цементного раствора повышается с 21 до 95% .

Цементные растворы с 3%-ной добавкой хлористого кальция по

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки из трещиноватых скальных водоносных горных пород с помощью тампонирования необходимо стремиться, чтобы цементные растворы, применяемые при нагнетании, имели густую концентрацию, предпо­ чтительно с цементно-водным отношением 1:0,5 и 1 : 1, применяя более жидкие концентрации 1 : 2 и 1 : 4 при резком возрастании давления при нагнетании раствора и при повторных нагнетаниях.

Количество составляющих (цемент : вода), необходимых для при­

Количество хлористого кальция на 1 м 3 цементного раствора определяется в зависимости его процентного содержания от веса цемента и1

4. Нагнетание тампонажного раствора

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки с помощью тампонирования нагнетание в скважины тампонажного раствора производят зажимным способом.

выходить совершенно прозрачной.

При промывке скважин из водоносных трещин удаляются илистоглинистые частицы пород и тем самым создаются более благоприят­ ные условия для тампонирования горных пород и твердения цемент­ ного раствора.

После промывки скважин определяют удельное водопоглощенив и в зависимости от него выбирают начальную концентрацию цемент­ ного раствора.

Величина удельного водопоглощения определяется по формуле

В зависимости от удельного водопоглощения рекомендуется при­ менять в начальный период нагнетания следующие составы цемент­ ных растворов:

В случае, если давление у скважин, в которые нагнетают цемент­ ный раствор начальной жидкой концентрации, не повышается или повышается медленно, необходимо без перерыва в нагнетании пере­ ходить на растворы более густой концентрации.

Величина начального давления тампонажного раствора прини­

не должно превышать гидростатического давления воды в месте устройства скважин более чем на 30—40 кгс/см2 ; обычно оно прини­ мается выше на 15—25 кгс/см2 .

Нагнетание тампонажного раствора ведут сразу в комплект сква­ жин после промывки их и определения удельного водопоглощения. Комплект скважин состоит обычно из двух взаимно противоположных скважин. Нагнетание производят до полного заполнения трещин

и пустот в горных породах тампонируемой зоны цементным раствором с постепенным повышением его давления до максимального.

Если после нагнетания в комплект одновременно тампонируемых скважин тампонажного раствора проектным объемом поглощение его скважинами при максимальном заданном давлении раствора прекра­ щается, то инъекцию заканчивают и скважины ставят на выстаи­ вание.

Если после нагнетания в скважины тампонажного раствора про­ ектным объемом поглощение его продолжается, нагнетание следует продолжить до нагнетания в скважины дополнительно 15—20% сверх проектного объема раствора, после чего инъекцию следует прекратить при давлении раствора меньше проектного и возобновить ее после отстаивания и разбуривания скважин. За время отстаивания тампонажный раствор, нагнетенный в трещины горных пород, дол­ жен схватиться, затвердеть и приобрести минимальную прочность, предохраняющую его от размывания и разрушения напорной водой или вторично нагнетаемым в скважины тампонажным раство­ ром.

Давление раствора, нагнетаемого в скважину, регулируется кра­

По окончании нагнетания цементного раствора в скважину инъек­ ционная трубка (кондуктор) на время твердения цементного раствора перекрывается пробковым краном.

Бурение скважин под кондукторы и установку кондукторов произ­ водят на всех скважинах. Все последующие работы, связанные с там­ понированием, выполняют поочередно по каждому комплекту сква­ жин, на которые делят все скважины, предназначенные для тампони­ рования данной заходки. Для повышения качества тампонажных работ вначале поочередно комплектами бурят и тампонируют все скважины, предназначенные на заходку, а затем после полного окон­ чания этих работ производят в той же последовательности комплек­ тами разбуривание и в случае необходимости повторное нагнетание в скважины тампонажного раствора. Такая последовательность работ по тампонированию позволяет выдерживать значительное время тампонажные скважины на выстаивании без увеличения общей про­ должительности тампонажных работ. Более того, она позволяет в ре­ зультате длительного твердения тампонажного раствора и приобре­ тения им большей прочности и плотности резко снизить необходи­ мость повторных нагнетаний тампонажного раствора после разбури­ вания скважин.

Для сокращения общей продолжительности тампонажных работ в ряде случаев при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки шахт целесообразно совмещать выстаивание скважин пре­ дыдущего комплекта с бурением скважин последующего комплекта. Однако в этих случаях бурение скважин следует вести только до пер­ вых признаков появления в них цементного раствора, и в случае появления последнего бурение следует прекращать, перекрыв сква-

жины до окончания схватывания и твердения тампонажного раствора в ранее затампонированных скважинах.

Начало схватывания цементных растворов соответствует моменту их загустевания, т. е. переходу из жидкого в тестообразное состоя­ ние, а конец схватывания соответствует моменту твердения цемент­ ных растворов, т. е. переходу их из тестообразного в твердое со­ стояние.

Опытами установлено, что цементные растворы необходимо нагне­ тать только до начала их схватывания, в противном случае прочность цементных растворов становится неравномерной и резко падает, а в некоторых случаях они превращаются в нетвердеющую землистоилистую массу.

Для получения высокого качества тампонажных работ и необходи­ мой прочности тампонажного камня необходимо нагнетание тампо­ нажных растворов в каждый комплект одновременно тампонируемых скважин производить только до начала схватывания растворов, кото­ рое должно перед тампонированием всякий раз определяться лабора­ торным путем. При этом максимальное время нагнетания тампонаж­ ного раствора в комплект одновременно тампонируемых скважин

Минимальное время выстаивания тампонажного раствора после

где tK_с — время конца схватывания тампонажного раствора после затворения (определяется в лаборатории), ч;

tT — минимальное время твердения тампонажного раствора, равное 3—6 ч.

При тампонировании трещиноватых водоносных пород из горизон­ тальных и наклонных горных выработок в местах прорывов воды весьма важное значение имеет правильное определение зоны тампо­ нирования. Внешние контуры последней, как правило, бывают не­ определенными и зависят от многих факторов: сечения горных выра­ боток; числа, расположения и направления тампонажных скважин; степени трещиноватости горных пород, размеров трещин и их напра­ вления; технологии производства тампонажных работ; давления и концентрации тампонажного раствора, радиуса его распростране­ ния и других. Теоретически внешние контуры зоны тампонирования горных пород определяются толщиной кольцевой оболочки затампо­ нированных горных пород (рис. 56), окружающих выработки,

достаточной для оказывания сопротивления гидростатическому давле­ нию подземных вод и предохранению от последнего постоянной крепи выработок за весь срок их службы. Внутренние контуры зоны тампо­ нирования при этом теоретически определяются радиусом окруж­ ности, описывающим сечение горной выработки. Вместе с этим для предотвращения внезапных прорывов воды в забои проходимых гор­ ных выработок через ядро незатампонированных водоносных горных пород в их сечении, а также для создания тампонажных целиков,

Рис. 56. Схема к определению зоны тампо­ нирования:

1 — трещиноватые горные породы; г— зона затампонированных пород

необходимых для последующей их проходки по трещиноватым водо­ носным горным породам после ликвидации внезапного прорыва, сле­ дует при тампонировании горных пород создавать у выработок не полый, а сплошной цилиндр (рис. 56) затампонированных горных пород, внутри которого затем и производить участками проходку выработки. Диаметр этого цилиндра

Для определения толщины кольцевой защитной оболочки затампонированных горных пород, окружающей горную выработку, можно пользоваться общеизвестной формулой Лямэ

под действием гидростатического давления подземных вод будет происходить в наиболее ослабленном месте по линии затампониро­ ванных трещин, тампонажный материал которых в подавляющем большинстве случаев будет иметь в период начального загружения меньшее сопротивление действующим усилиям, расчет толщины защитной оболочки из затампонированных горных пород ведут на прочность тампонажного камня. В отдельных случаях, когда проч­ ность тампонажного камня превышает прочность тампонируемых горных пород, при расчетах следует вместо расчетного сопротивления

ния трещиноватых водоносных горных пород (первичного нагнетания) на одну заходку,

Qp = я Д ^ т в А » т ^ (VII.17)

где е — коэффициент объемной пористости — трещиноватости горных пород, в % от общего их объема, определяется при бурении контрольных скважин или по данным аналогичных горных пород;

А— коэффициент потерь тампонажного раствора при нагнета­ нии, равный 1,2—1,3;