RU2021522C1

RU2021522C1 - Method for consolidation of rocks and device for its realization

Info

Publication number: RU2021522C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Трофимович Сюмак; Владимир Викторович Афанасьев; Геннадий Леонидович Зорин; Виктор Викторович Кара; Игорь Петрович Переверзев; Давид Абрамович Пальчик
Original assignee: Донецкий Научно-Исследовательский Угольный Институт
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1994-10-15

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: introduced into ground is ferromagnetic material treated by surfactants. Grout spreading beyond the definite zone is blocked by magnetic field acted on grout in rock mass. Grout is injected into rock mass through tube 3 on which magnetic field sources 7 are installed. Tube 3 serves as shield protecting from magnetic field effect. EFFECT: reduced consumption of grout and improved quality of consolidation of rocks due to blocking of grout spreading in preset directions in rock mass. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и строительству, в частности к технологии упрочнения неустойчивых пород и грунтов на шахтах, рудниках, карьерах, при сооружении фундаментов оснований. The invention relates to mining and construction, in particular to the technology of hardening of unstable rocks and soils in mines, mines, quarries, in the construction of foundations of foundations.

Известен способ упрочнения пород, включающий бурение шпуров, их герметизацию, подачу в шпур твердеющих растворов и устройства для нагнетания твердеющих растворов в породный массив, включающие нагнетательную трубку с укрепленным на внешней поверхности упруго-расширяющимся герметизирующим элементом, соединительные трубопроводы и насосную станцию. A known method of hardening rocks, including drilling holes, sealing them, feeding hardening solutions into the hole and devices for injecting hardening solutions into the rock mass, including a discharge pipe with an elastic expanding sealing element mounted on the outer surface, connecting pipelines and a pump station.

Недостаток данного способа упрочнения пород и устройства для нагнетания твердеющего раствора заключается в том, что процесс распространения твердеющего раствора неуправляемый и определяется фильтрационными свойствами пород. При однородных по трещиноватости породах раствор практически распространяется на одинаковое расстояние от шпура во всех направлениях. The disadvantage of this method of hardening rocks and a device for injecting a hardening solution is that the spreading process of the hardening solution is uncontrollable and is determined by the filtration properties of the rocks. When the rocks are homogeneous in fracture, the solution practically extends to the same distance from the hole in all directions.

Между тем на практике часто возникает необходимость в блокировании распространения твердеющего раствора в одном или нескольких направлениях. Meanwhile, in practice, often there is a need to block the spread of the hardening solution in one or more directions.

Необходимость ограничения распространения раствора в направлении перпендикулярном продольной оси нагнетательного шпура возникает при упрочнении неустойчивых пород кровли в очистных забоях. Раствор должен поступать только в породы кровли угольного пласта. При попадании раствора в уголь затрудняется его выемка, неоправданно увеличивается расход материалов на упрочнение заданного объема пород. The need to limit the spread of the solution in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the injection hole arises when hardening unstable roofing rocks in the working faces. The solution should only enter the rocks of the roof of the coal seam. When the solution enters the coal, its extraction is difficult, the consumption of materials for hardening a given volume of rocks unreasonably increases.

Целью предлагаемого технического решения является снижение расхода твердеющего раствора и повышение качества упрочнения горных пород за счет блокирования распространения твердеющего раствора в массиве горных пород в заданном направлении. The aim of the proposed technical solution is to reduce the consumption of hardening mortar and improving the quality of hardening of rocks by blocking the spread of hardening mortar in the rock mass in a given direction.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения пород, включающему бурение шпуров в массиве горных пород, их герметизацию, подачу в шпуры твердеющего раствора, в твердеющий раствор вводят обработанный поверхностно активными веществами ферромагнитный материал, определяют границу распространения раствора в массиве пород и блокируют его распространение за пределы данной зоны путем воздействия магнитным полем. This goal is achieved by the fact that according to the method of hardening rocks, including drilling holes in a rock mass, sealing them, supplying a hardening solution to the holes, a ferromagnetic material treated with surface-active substances is introduced into the hardening solution, the distribution boundary of the solution in the rock mass is determined, and its distribution is blocked outside this zone by exposure to a magnetic field.

Устройство для осуществления способа, включающее нагнетательную трубку с герметизатором, соединенную трубопроводами с насосной станцией, снабжено установленными на нагнетательной трубке источниками магнитного поля, при этом трубка выполнена в виде экрана от воздействия магнитного поля. A device for implementing the method, comprising an injection tube with a sealant connected by pipelines to the pumping station, is equipped with magnetic field sources mounted on the discharge tube, the tube being made in the form of a screen from the action of a magnetic field.

Предлагаемый способ упрочнения горных пород и устройство для его осуществления по сравнению с известными позволяет повысить качество работ путем направленного распространения твердеющего раствора в массиве. При этом появляется возможность управления процессом распространения раствора в заданном направлении независимо от фильтрационных свойств массива, изменяя величину воздействия магнитного поля на твердеющий раствор, обладающий магнитными свойствами. The proposed method of hardening rocks and a device for its implementation in comparison with the known allows to improve the quality of work by directional distribution of the hardening solution in the array. At the same time, it becomes possible to control the process of solution distribution in a given direction regardless of the filtration properties of the array, changing the magnitude of the effect of a magnetic field on a hardening solution with magnetic properties.

Реализация способа возможна при применении устройства для нагнетания твердеющего раствора, снабженного установленными на нагнетательной трубке, вводимой в шпур, источниками магнитного поля. При этом нагнетательная трубка экранируется от источников магнитного поля. The implementation of the method is possible with the use of a device for pumping a hardening solution equipped with magnetic field sources mounted on a discharge tube introduced into the hole. In this case, the discharge tube is shielded from sources of a magnetic field.

В зависимости от конкретных условий применения и поставленных задач источники магнитного поля на нагнетательной трубке могут располагаться в различных направлениях и с различной плотностью по длине нагнетательной трубки, кроме того сила магнитных источников может меняться в процессе нагнетания твердеющего раствора. Depending on the specific application conditions and tasks, the magnetic field sources on the discharge tube can be located in different directions and with different densities along the length of the discharge tube, in addition, the strength of the magnetic sources can change during the injection of the hardening solution.

Поскольку совокупность отличительных признаков неизвестна из аналогичных технических решений и обуславливает достижение новых свойств, заключающихся в повышении качества упрочнения горных пород и снижения расхода твердеющего раствора, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". Since the totality of the distinctive features is unknown from similar technical solutions and leads to the achievement of new properties, which include improving the quality of hardening of rocks and reducing the consumption of hardening mortar, the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 - изображена принципиальная схема упрочнения горных пород над угольным пластом; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1, участок нагнетательной трубки с источниками магнитного поля. In FIG. 1 - shows a schematic diagram of the hardening of rocks over a coal seam; in FIG. 2 - node I in FIG. 1, a section of the discharge tube with magnetic field sources.

Предложенный способ упрочнения пород осуществляется следующим образом. The proposed method of hardening rocks is as follows.

Через пробуренный и загерметизированный шпур в массив неустойчивых горных пород подается твердеющий раствор, в который предварительно вводят ферромагнитный материал. На твердеющий раствор воздействуют магнитным полем, за счет чего блокируют распространение раствора в заданном направлении. Through a drilled and sealed hole, a hardening solution is fed into the array of unstable rocks into which ferromagnetic material is previously introduced. The hardening solution is exposed to a magnetic field, thereby blocking the spread of the solution in a given direction.

Устройство для осуществления способа состоит из насосной станции 1, соединительных трубопроводов 2, нагнетательной трубки 3 с установленным на ней герметизатором 4, которая размещена в шпуре 5. На нагнетательной трубке со стороны блокирования распространения раствора (угольного пласта 6), установлены источники магнитного поля 7. A device for implementing the method consists of a pumping station 1, connecting pipelines 2, an injection tube 3 with a sealant 4 installed on it, which is located in the hole 5. A magnetic field sources 7 are installed on the discharge tube from the side of the spreading of the solution (coal seam 6).

Работа устройства заключается в следующем. The operation of the device is as follows.

В заранее пробуренный шпур вводится нагнетательная трубка 5 с установленными на ней герметизатором 4 и источниками магнитного поля 7. При этом ее ориентируют в шпуре таким образом, чтобы источники магнитного поля располагались со стороны блокирования распространения твердеющего раствора. Герметизатор раскрепляют в шпуре и к нагнетательной трубке присоединяют соединительные трубопроводы 2, идущие от насосной станции 1. Включают привод насоса и твердеющий раствор по соединительным трубопроводам поступает к нагнетательной трубке и далее в породный массив, образуя упрочненную зону 8. В процессе распространения твердеющего раствора на него постоянно действует магнитное поле источников 7, которое препятствует проникновению раствора в направлении угольного пласта 6. Причем, этот раствор представляет собой любой известный твердеющий раствор (полимер), в который вводят мельчайшие частицы твердого магнитного материала (магнетит Fe₂O₃) с размерами зерен несколько микрометров или более крупными зернами. Эти зерна обрабатывают поверхностно активными веществами, образующими на частичках защитный слой, препятствующий их слипанию и служащий для сохранения устойчивости (невыпадение осадка) и однородности раствора. Такой раствор обладает свойством притягиваться к источнику магнитного поля, менять свою вязкость под давлением этого поля и т.д. А так как в процессе нагнетания такого твердеющего раствора в массив горных пород на него постоянно действует магнитное поле источников этого поля, расположенных на нагнетательной трубке, то в том направлении, в котором действуют эти источники магнитного поля, нагнетаемый раствор распространяется на меньшую величину, т.к. он притягивается и удерживается этими источниками от перемещения вглубь массива горных пород.An injection tube 5 is inserted into a pre-drilled hole with a sealant 4 and magnetic field sources 7 installed on it. At the same time, it is oriented in the hole so that the magnetic field sources are located on the side of blocking the spread of the hardening solution. The sealant is unfastened in a hole and connecting pipelines 2, coming from the pump station 1, are connected to the discharge pipe. The pump drive and hardening solution are turned on through the connecting pipelines to the discharge pipe and then to the rock mass, forming a hardened zone 8. During the spreading of the hardening solution onto it the magnetic field of the sources 7 constantly acts, which prevents the penetration of the solution in the direction of the coal seam 6. Moreover, this solution is any known a solidifying solution (polymer) into which the smallest particles of solid magnetic material (magnetite Fe ₂ O ₃ ) with grain sizes of several micrometers or larger grains are introduced. These grains are treated with surface-active substances, forming a protective layer on the particles, preventing them from sticking together and serving to maintain stability (non-precipitation) and uniformity of the solution. Such a solution has the property of being attracted to a magnetic field source, changing its viscosity under the pressure of this field, etc. And since in the process of injecting such a hardening solution into the rock mass, the magnetic field of the sources of this field located on the discharge tube constantly acts on it, in the direction in which these magnetic field sources act, the injected solution extends to a smaller value, t. to. it is attracted and held by these sources from moving deep into the massif of rocks.

После завершения нагнетания устройство промывается и по истечении времени потери текучести твердеющего раствора нагнетательная трубка с герметизатором и источниками магнитного поля извлекается из шпура. After completion of the injection, the device is rinsed and, after the loss of fluidity of the hardening solution, the discharge tube with the sealant and magnetic field sources is removed from the borehole.

Аналогично производится нагнетание твердеющего раствора и через следующий шпур. Similarly, the hardening solution is injected through the next hole.

Предложенный способ упрочнения пород и устройство для его осуществления обладает техническими преимуществами перед прототипом. Обеспечивается исключение попадания твердеющего раствора в угольный пласт и тем самым повышается качество упрочнения вышележащих неустойчивых пород, примерно на 15-20% снижается расход материалов. Благодаря блокированию попадания твердеющего раствора в угольный пласт не повышаются трудоемкость и затраты на его выемку при добыче. The proposed method of hardening rocks and a device for its implementation has technical advantages over the prototype. This ensures that hardening mortar does not enter the coal seam and thereby improves the quality of hardening of overlying unstable rocks, the consumption of materials is reduced by about 15-20%. Due to the blocking of the hardening mortar entering the coal seam, the complexity and costs of its extraction during production are not increased.

Claims

1. A method of hardening rocks, including drilling holes in a rock mass, sealing them, injecting a hardening solution into the holes, characterized in that, in order to reduce the flow rate of the hardening solution and improving the quality of the hardening of rocks by blocking the spread of the solution in predetermined directions in mass of rocks, ferromagnetic material treated with surfactants is introduced into the hardening solution, the distribution boundary of the solution in the mass of rocks is determined and its distribution is blocked for the limits of this zone by exposure to a magnetic field.

2. A device for hardening rocks, including a discharge pipe with a sealant, connected by pipelines to the pumping station, characterized in that the discharge pipe is provided with magnetic field sources, while the pipe is made in the form of a screen from the influence of a magnetic field.