способ крепления горных выработок в солевых отложениях

Формула изобретения

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В СОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ, заключающийся в возведении крепи и последующем заполнении пространства между крепью и поверхностью выработки тампонажным материалом, отличающийся тем, что перед возведением крепи выработки определяют толщину слоя предразрушения породы и с поверхности выработки путем массопереноса снимают слой породы толщиной, равной или превышающей толщину слоя предразрушения породы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к добыче полезных ископаемых через горные выработки в солевых отложениях (скважины, шахтные отводы, штреки и т.д.).

Известен способ сооружения крепи горной выработки, заключающийся в том, что трещины по контуру массива выработки заполняют тампонажным раствором, а затем им же покрывают обнаженный массив контура. Насыщение горных пород (трещин, пор) тампонажным раствором осуществляется под давлением через специально пробуренные скважины. Однако, этот способ укрепления стенок выработки применим лишь к высокопроницаемым породам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ крепления горных выработок, включающий возведение крепи и заполнение пространства между крепью (тюбингом, обсадной колонной) и стенками выработки тампонажным материалом. Этот способ может применяться в тех случаях, где не требуется высокая герметичность пространства между крепью и стенками выработки, т.к. поверхность последних представляет собой горную породу (солевую), целостность которой нарушена макро- и микротрещинами, образующимися при механическом разрушении породы в процессе строительства выработки. Толщина слоя предразрушения составляет 5-8 мм, прочность солевой породы в этом слое снижена на 50-60%

В том случае, если выработкой вскрыты флюидопроводящие отложения, зона предразрушения может явиться областью образования флюидопроводящих каналов при наличии определенного градиента давления между пластами, содержащими воду, нефть или газ.

Недостатком известного способа (прототипа) является то, что при его осуществлении в соляных и горных породах зона предразрушения является потенциальным флюидопроводящим каналом, что не обеспечивает надежность разобщения пластов при возведении крепи горных выработок.

Причина, препятствующая в известных технических решениях получению требуемого технического результата, заключается в том, что в пространстве между крепью и горной породой остаются флюидопроводящие каналы.

Сущность изобретения заключается в следующем. Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности разобщения пластов при возведении крепи горных выработок в солевых отложениях. При этом технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности повышения герметичности и прочности контакта тампонажного камня со стенками выработки.

Способ заключается в том, что перед возведением крепи в горной выработке с ее поверхности путем массопереноса снимают слой породы толщиной, равной или превышающей толщину слоя предразрушения породы, а затем возводят крепь и заполняют пространство между крепью и поверхностью выработки тампонажным материалом.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в предлагаемом способе крепления горных выработок определяют толщину слоя предразрушения породы на стенках выработки методом реометрии (фильтрацией воздуха) или методом дефектоскопии (Зильбершмидт В.Г. Зильбершмидт В.В. Наймарк О.Б. Разрушение соляных пород. М. Наука, 1992,с.53-57), затем перед возведением крепи с поверхности выработки снимают слой породы толщиной, равной или превышающей толщину слоя предразрушения породы путем массопереноса, в результате которого граница раздела фаз движется в сторону ненарушенной горной породы. Это приводит к тому, что на вновь образуемой поверхности не образуются трещины, исключается наличие флидопроводящих каналов. Затем возводят крепь, заполняют тампонажным материалом пространство между крепью и поверхностью выработки. Тампонажный материал контактирует с вновь образовавшейся поверхностью породы, не ослабленной трещинами, т.е. с ненарушенным массивом горной породы, что обеспечивает повышение герметичности и прочности контакта тампонажного камня со стенками выработки.

Способ крепления горных выработок в солевых отложениях осуществляют следующим образом: предварительно перед возведением крепи с поверхности выработки путем массопереноса снимают слой породы толщиной, равной или превышающей толщину слоя предразрушения породы, затем возводят крепь и заполняют пространство между крепью и поверхностью выработки тампонажным материалом.

При этом перечисленные признаки способа имеют следующее конкретное выполнение, которое было реализовано в лабораторных условиях. Лабораторные испытания проводились с двумя типами горной породы каменной солью и сильвинитом по двум вариантам осуществления способа по прототипу и по заявляемому.

В таблице приведены результаты испытаний по герметичности и прочности контактов цементного камня с солевыми породами.

Градиент давления гидропрорыва контакта солевой породы с цементным камнем это характеристика герметичности: с повышением герметичности увеличивается градиент. Напряжение сдвига цементного камня относительно соли характеристика прочности сцепления породы и тампонажного материала: чем выше прочность сцепления породы с цементным камнем, тем больше напряжение. Если крепление горной выработки производится в каменной соли по предлагаемому способу, в котором перед возведением крепи с поверхности выработки путем массопереноса снимают слой породы толщиной, равной или превышающей толщину слоя предразрушения породы, то градиент давления гидропрорыва контакта повышается по заявляемому изобретению в сравнении с прототипом с 85,2 МПа/м до 110,5 МПа/м, а напряжение сдвига соответственно с 17,2 до 21,6 МПа. Если крепление производится в отложениях сильвинита, то градиент давления повышается при применении заявляемого способа по сравнению с прототипом с 69,4 до 99,2 МПа/м, а напряжение сдвига с 10,8 до 14,6 МПа. В результате проведенных лабораторных испытаний делаем вывод о том, что после проведения предварительной подготовки поверхности выработки снятия путем массопереноса слоя породы толщиной, равной или превышающей толщину слоя предразрушения породы, повышается прочность связи цементного камня с солевыми породами и герметичность контакта цементного камня с солями. Таким образом, применение предлагаемого способа крепления по сравнению с прототипом обеспечивает повышение надежности разобщения пластов при возведении крепи горных выработок в солевых отложениях.