Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Шахтное и подземное строительство


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Часть 2. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ

СХЕМЫ ТАМПОНИРОВАНИЯ

 

 

По месту проведения тампонажных работ различают тампонирование через скважины, пробуренные с земной поверхности, и из забоя выработки.

Тампонирование горных пород с поверхности земли ( 9.9) проводят в подготовительный период строительства до начала горно-строительных работ и применяют при большой мощности трещиноватых пород, залегающих на сравнительно небольшой глубине от поверхности.

Тампонирование пород из забоя проводят с участка выработки, не доходя до водоносного горизонта, залегающего на сравнительно большой глубине от поверхности. В забое выработки возводят тампонажную подушку (перемычку), через которую бурят скважины для нагнетания раствора.

В отдельных случаях возможна комбинация вышеназванных схем. При этом вначале с поверхности земли при помощи малого числа тампонаж -ных скважин, пробуренных на полную глубину, тампонируют наиболее крупные трещины и пустоты, дающие основной приток воды и газа. На втором этапе тампонирование проводят из забоя выработки при вскрытии мелкотрещиноватых пород, которые не были затампонированы с поверхности земли.

Целесообразность применения той или иной схемы тампонирования определяют на основании технико-экономического сравнения вариантов, исходя из горно-геологических условий залегания горных пород, их характеристик, применяемого тампонажного оборудования, организации работ и других факторов.

При тампонировании пород с поверхности работы выполняют сразу на всю проектную глубину (одной заходкой) ( 9.11, а); отдельными нисходящими заходками определенной высоты в направлении сверху вниз ( 9.11, б); отдельными восходящими заходками в направлении снизу вверх ( 9.11, в). Тампонирование горных пород одной заходкой наиболее просто в исполнении. Однако область применения такой схемы ограничена небольшой мощностью и участками с равномерной трещи-новатостью горных пород.

Давление нагнетания и расход тампонажного раствора по глубине скважин, особенно при большой мощности и неравномерной трещино-ватости горных пород, будут различны, а следовательно, условия тампонирования массива пород и качество работ по глубине будут неодинаковы. Поэтому массив горных пород целесообразно разбивать на отдельные заходки. Высота заходки зависит от горно-геологических условий и колеблется от 15 до 25 м. Такую схему применяют, если водоносные породы имеют большую мощность и залегают неглубоко (50-100 м) от поверхности земли, породы в пределах каждой заходки должны иметь равномерную трещиноватость.

 

 

При тампонировании горных пород нисходящими заходками (см.  9.11, б) работы выполняют в следующей последовательности. Вначале скважины бурят на глубину первой заходки. Затем их промывают и нагнетают в них тампонажныи раствор. После набора тампонажным материалом требуемой прочности скважины разбуривают до глубины второй заходки и работы по монтажу повторяют. Затем скважины бурят на глубину третьей заходки и т.д. до тех пор, пока не будет затампонирован массив пород на всю глубину.

Достоинства этой схемы: простота операций по герметизации устьев скважин; высокое качество тампонажа вследствие многократного нагнетания тампонажного раствора под повышенным давлением, так как над каждой последующей тампонируемой зоной залегает зона затампониро-ванных пород; минимальное зашламовывание трещин в горных породах в процессе их бурения. Недостатки схемы: необходимость многократного перемещения бурового станка, а также значительные объемы работ по разбуриванию скважин в пределах вышележащих тампонажных заходок.

При тампонировании горных пород восходящими заходками (см.  9.11, в) скважины бурят сразу на полную глубину трещиноватых пород, а нагнетание раствора осуществляют отдельными заходками снизу вверх. В этом случае для разделения заходок применяют специальные уплотнительные устройства (пакеры). Эту схему целесообразно применять при наличии по глубине разобщенных водоносных горизонтов и при отсутствии в тампонируемой зоне вертикальных трещин и каналов, по которым тампонажный раствор может пройти в скважину выше уплот-нительного устройства, что может привести к потере тампонажной скважины. Достоинства схемы: резкое снижение объема буровых работ, более простая их организация, недостаток — сложность работ по установке и демонтажу уплотнительных устройств.

В отдельных случаях может быть применена схема, при которой тампонажный раствор нагнетают в полностью изолированный водоносный участок, для этого уплотнительные устройства устанавливают как в его кровле, так и в почве. Основной элемент уплотнительных устройств — резиновый или кожаный элемент, обеспечивающий герметизацию пространства между стенками скважины и трубы, по которой подают тампонажный раствор. Уплотнительный элемент крепят к концу трубы и устанавливают в скважине выше участка, подлежащего тампонированию. Герметизация скважины происходит в результате деформации уплотни-тельного элемента, осуществляемой механическим, гидравлическим и гидравлико-механическим способом.

При тампонировании пород на большие глубины применяют механический пакер ДАУ-1, двойной механический пакер ДАУ-2, гидромеханическую пробку. Наиболее широкое распространение получил пакер ДАУ-1, сконструированный в управлении Спецтампонажгеология. Общая длина пакера ДАУ-1 1940 мм, наружный диаметр 89—120 мм; длина набора резиновых манжет 500 мм; масса 57 кг, Пакер рассчитан на рабочее давление 30 МПа для работы в скважинах с номинальным диаметром 92 мм. Для скважин диаметром 112, 92, 76, 59 мм разработан нормальный ряд пакеров ДАУ-1. Существуют и другие типы пакеров.

По способу нагнетания раствора в скважины различают зажимную, циркуляционную и полуциркуляционную схемы тампонирования горных пород.

При зажимной схеме ( 9.12, а) тампонажный раствор подают при постоянном расходе, соответствующем производительности применяемого насоса. Давление нагнетания при этом по мере заполнения трещин тампонажным раствором возрастает.

Зажимную схему нагнетания тампонажного раствора применяют при тампонировании горных пород средней крепости и крепких со средней, мелкой и тонкой трещиноватостью, не склонных к деформации при повышении давления тампонажного раствора, а также при большом гидростатическом давлении подземных вод. При зажимной схеме нагнетаемый раствор должен обладать высокой стабильностью с выходом тампонажного камня не менее 96% .

Достоинства схемы: простота оборудования тампонажных скважин; возможность использовать для тампонирования скважины минимального диаметра, что увеличивает скорость их бурения и снижает стоимость тампонажных работ. Недостатки зажимной схемы: невозможность регулирования давления нагнетания; при малых расходах незначительная скорость движения тампонажного раствора в скважине, что может привести к расслоению раствора и закупорке трещин и самой скважины в нижней ее части.

При циркуляционной схеме в тампонажную скважину на полную глубину опускают нагнетательную трубу /. Тампонажный раствор подают по трубе / в количестве большем, чем могут поглотить породы при заданном давлении нагнетания. Избыток раствора по межтрубному пространству поднимается вверх и возвращается в расходную емкость или растворосмеситель. Давление нагнетания регулируют с помощью крана 2. Таким образом, при циркуляционной схеме тампонирование горных пород осуществляют при постоянном давлении нагнетания раствора и переменном расходе.

Циркуляционную схему нагнетания раствора целесообразно применять при тампонаже крупных трещин, когда для ограничения радиуса распространения раствора нужно небольшое давление нагнетания, а для улучшения качества (повышения плотности) заполнения трещин тампонажным материалом в скважине необходимо выдержать расчетное давление в течение времени, достаточного для полного отжима воды из там-понажного раствора и его уплотнения.

Основные достоинства схемы: лучшее управление процессом нагнетания и регулирование концентрации раствора; исключение осаждения частиц твердой фазы из раствора в скважине и, следовательно, закупорки трещин в нижней части скважины осевшими твердыми частицами. Недостатки циркуляционной схемы: сложность оборудования скважин и необходимость обеспечения непрерывной эффективной циркуляции в течение всего времени нагнетания тампонажного раствора. Даже кратковременные, исчисляемые несколькими минутами, потери циркуляции раствора могут привести к прихвату нагнетательной трубы. Особенно опасна потеря циркуляции раствора при большой высоте тампонажной заходки, когда в нижней части тампонажной скважины действует большое гидростатическое давление, способствующее быстрому отфильтровыва-нию из цементного раствора жидкой фазы и его уплотнению.

При полуциркуляционной схеме тампонажный раствор циркулирует только в наземных трубопроводах (между насосом и цементационной головкой). В скважине раствор перемещается так же, как при зажимной схеме, в направлении сверху вниз, и для регулирования расхода и давления нагнетания также используют кран 2. Полуциркуляционную схему нагнетания тампонажного раствора можно применять для тампонирования как мелко-, так и крупнотрещиноватых пород. Достоинства схемы: сравнительная простота оборудования скважин; возможность регулирования режима нагнетания тампонажного раствора в скважину. Недостаток схемы: возможность закупорки нижней части тампонажной скважины в результате выпадения осадка из тампонажного раствора.

По очередности бурения и нагнетания тампонажного раствора различают групповую и поочередную схемы.

При групповой схеме бурение скважин и тампонирование горных пород осуществляют следующим образом:

а)         бурят все тампонажные скважины, после промывки и определения

притока воды из них тампонируют скважину с максимальным притоком.

Очередность тампонирования остальных скважин определяют согласно

величине  притоков воды из них в нисходящем порядке;

б)         бурят половину скважин и после промывки в них нагнетают там-

понажный раствор. По окончании тампонажа этих скважин бурят ос

тальные скважины и тампонируют их.

При поочередной схеме широко применяют метод сближения скважин ( 9.14, а), при котором вначале бурят и тампонируют две диаметрально противоположные скважины /. Затем бурят следующую пару скважин //, расположенных на диаметре, перпендикулярном к первому. После нагнетания тампонажного раствора в эти скважины бурят скважины ///, расположенные на диаметре, проведенном под углом 45° к первым двум, и т.д., пока не будет достигнута требуемая плотность тампонажной завесы. Указанный порядок бурения и тампонирования скважин сводит к минимуму вероятность проникновения тампонажного раствора в соседние скважины вследствие значительных расстояний между ними. Через первые две скважины тампонируют большинство крупных трещин, при тампонировании последующих скважин перекрывают более мелкие трещины.

Широко применяют также метод «треугольников». В этом случае ( 9.14, б) вначале бурят и тампонируют три скважины, расположенные в вершинах равнобедренного треугольника, вписанного в окружность, по которой расположены устья скважин (скважины первой очереди) /. Затем бурят и цементируют три скважины второй очереди //, располагаемые между скважинами первой очереди, и т.д. При наклонном залегании пластов горных пород раствор нагнетают в первую очередь в скважины, расположенные по падению горных пород.

 

К содержанию книги: ГОРНОЕ ДЕЛО: Шахтное и подземное строительство

 

 Смотрите также:

 

Строительные машины    Оборудование для производства железобетонных изделий    Строительные машины   Краны для строительства мостов   Монтаж трубопроводов   Грузовые автомобили    Строительные машины и их эксплуатация