RU2112881C1 - Method for strengthening of rock matter - Google Patents
Method for strengthening of rock matter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2112881C1 RU2112881C1 RU96114749A RU96114749A RU2112881C1 RU 2112881 C1 RU2112881 C1 RU 2112881C1 RU 96114749 A RU96114749 A RU 96114749A RU 96114749 A RU96114749 A RU 96114749A RU 2112881 C1 RU2112881 C1 RU 2112881C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- injection
- well
- bore
- cement
- cracks
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к горному делу, а именно к последующему инъекционному упрочнению трещиноватых горных пород цементацией вокруг выработок с обнаженной поверхностью. The invention relates to mining, and in particular to the subsequent injection hardening of fractured rocks by cementation around opencast workings.
Известен способ последующего упрочнения горных пород цементацией вокруг выработки с нанесением по ее периметру сплошного изолирующего покрытия и последующим нагнетанием цементного раствора в трещины через пробуренные скважины (Заславский Ю.З., Лопухин Е.А. и др. Инъекционное упрочнение горных пород. - М.: Недра, 1984, с. 162). Данный способ позволяет исключить потери цементного раствора, вследствие его излива на поверхность выработки по трещинам в процессе цементации. Однако нанесение сплошного изолирующего покрытия на поверхность выработки препятствует отфильтровыванию жидкой фазы цементного раствора (воды) из трещин в выработку, что ухудшает качество тампонажного камня и, следовательно, упрочнения в целом. There is a method of subsequent hardening of rocks by cementation around a mine with a continuous insulating coating applied along its perimeter and subsequent injection of cement into cracks through drilled wells (Zaslavsky Yu.Z., Lopukhin EA, etc. Injection hardening of rocks. - M. : Nedra, 1984, p. 162). This method allows to eliminate the loss of cement, due to its spout on the surface of the mine along cracks in the cementation process. However, the application of a continuous insulating coating on the surface of the mine prevents the filtering of the liquid phase of the cement mortar (water) from the cracks into the mine, which affects the quality of the cement stone and, consequently, hardening in general.
Известен другой способ цементации, в котором перед нагнетанием цементного раствора в скважину предварительно нагнетают воду, фиксируют места интенсивного выхода воды на поверхность выработки и производят нанесение изолирующего покрытия только на отмеченные участки (см. авт. свид. СССР N 1537818, кл. E 21 D 11/10, 1990). Данный способ позволяет повысить качество заполнения трещин цементным осадком за счет отфильтровывания жидкой фазы раствора из трещин непосредственно в выработку и снизить стоимость крепления выработки за счет сокращения расхода изоляционного материала. There is another method of cementation in which water is pre-injected into the well before injection of the cement into the well, the places of intensive water exit to the production surface are fixed and the insulating coating is applied only to the marked areas (see ed. Certificate of the USSR N 1537818, class E 21 D 11/10, 1990). This method improves the quality of filling cracks with cement slurry by filtering the liquid phase of the solution from the cracks directly into the excavation and reduces the cost of fixing the excavation by reducing the consumption of insulating material.
Недостаток этого способа заключается в том, что при нагнетании нестабильных (седиментирующих) цементных растворов (цементно-водное массовое отношение Ц : В 1 : 1) способом с постоянным расходом качественной цементации трещин получить практически невозможно, так как над цементным осадком в трещине в данном случае всегда остается зазор, по которому раствор проникает в глубь трещины в процессе цементации и, следовательно, после окончания нагнетания трещины оказываются заполнены цементным осадком лишь частично (см., например, Дуда Е.Г. Выбор способа нагнетания при цементации трещиноватых горных пород. - Шахтное строительство, 1979, N 9, с. 15-19). The disadvantage of this method is that when injecting unstable (sedimenting) cement mortars (cement-water mass ratio C: B 1: 1) using a method with a constant flow rate of high-quality cementation of cracks it is practically impossible to obtain, since in this case over a cement deposit in a crack there is always a gap over which the solution penetrates deep into the crack during the cementation process and, therefore, after injection is completed, the cracks are only partially filled with cement slurry (see, for example, Duda E.G. person of injection during cementation of fractured rocks. - Mine construction, 1979, N 9, S. 15-19).
Для качественной цементации трещин при нагнетании нестабильных цементных растворов рекомендуется применять нагнетание способом с постоянным давлением. Однако данный способ более трудоемкий, требует специального оборудования, особо прочных абразивостойких кранов, что ограничивает его практическое применение. For high-quality cementation of cracks during injection of unstable cement mortars, it is recommended to use injection method with constant pressure. However, this method is more time-consuming, requires special equipment, especially durable abrasion-resistant cranes, which limits its practical application.
Нагнетание в трещины приконтурного массива пород стабильных цементных растворов (Ц : В 1 : 0,5) не позволяет произвести цементацию всех трещин, поскольку эти растворы, имея высокую вязкость, плохо проникают в тонкие, обладающие значительным гиродинамическим сопротивлением, трещины. The injection of stable cement mortars (C: B 1: 0.5) into the cracks of the rock mass does not allow cementation of all cracks, since these solutions, having high viscosity, penetrate poorly into thin cracks with significant gyrodynamic resistance.
Цель изобретения - повышение качества последующего упрочнения горных пород цементацией за счет обеспечения полного заполнения трещин цементным осадком при нагнетании нестабильных цементных растворов с постоянным расходом. The purpose of the invention is to improve the quality of subsequent hardening of rocks by cementation by ensuring the complete filling of cracks with cement slurry during injection of unstable cement mortars with a constant flow rate.
Поставленная цель достигается тем, что в способе упрочнения горных пород, включающем бурение по периметру выработки скважин, нагнетание в них воды, фиксацию участков с интенсивным выходом воды на поверхность выработки, нанесение изолирующего покрытия на отмеченные участки и нагнетание в скважину с постоянным расходом нестабильного цементного раствора, по окончании первого нагнетания сразу после падения давления в скважине приступают ко второму нагнетанию раствора в данную скважину. This goal is achieved by the fact that in the method of hardening rocks, including drilling along the perimeter of the wells, injecting water into them, fixing areas with an intensive exit of water to the surface of the development, applying an insulating coating to the marked areas and injecting into the well with a constant flow rate of unstable cement mortar , at the end of the first injection, immediately after the pressure drop in the well, they begin the second injection of the solution into this well.
При этом при первом нагнетании величину расхода раствора в скважину устанавливают такой, чтобы седиментация цементных частиц в трещинах начиналась на удалении от их устьев, равном радиусу скважины, а при втором нагнетании - чтобы седиментация цементных частиц началась непосредственно от устьев трещин. In this case, at the first injection, the flow rate of the solution into the well is set so that the sedimentation of cement particles in the fractures begins at a distance from their mouths equal to the radius of the well, and during the second injection, so that sedimentation of cement particles begins directly from the mouth of the cracks.
Причем подачу раствора в скважину при первом и втором нагнетаниях прекращают в момент наступления излива из трещин на поверхность выработки. Moreover, the flow of the solution into the well during the first and second injections is stopped at the time of the outflow from the cracks to the surface of the mine.
Сущность изобретения состоит в том, что для цементации зазора, остающегося над цементным осадком в каждой трещине после ее цементации нестабильными цементными растворами с постоянным расходом, в технологию цементации вводится дополнительное действие - повторное нагнетание раствора в трещины. При этом для того чтобы после первого нагнетания устья трещины не оказались закольматированы цементными частицами, а после второго нагнетания, наоборот, плотно заполнены ими, вводится второе действие - установка строго фиксированных значений расходов раствора в скважину, обеспечивающих при первом нагнетании седиментацию цементных частиц в трещинах на удалении от их устьев, равном радиусу скважины (чтобы при последующем нагнетании раствор мог проникнуть в устья трещин), а при втором нагнетании - непосредственно от устьев трещин. Для того чтобы раствор, находящийся в скважине, после окончания первого нагнетания не закольматировал устья вскрытых скважиной трещин, вводится дополнительное условие: повторное нагнетание раствора производится сразу после падения давления в скважине. При этом окончание первого и второго нагнетаний определяется путем введения еще одного дополнительного действия: визуального фиксирования момента излива раствора на поверхность выработки. The essence of the invention lies in the fact that for cementing the gap remaining above the cement slurry in each crack after cementing by unstable cement mortars with a constant flow rate, an additional action is introduced into the cementation technology - repeated injection of the solution into the cracks. In this case, so that after the first injection, the mouths of the cracks do not become clogged with cement particles, and after the second injection, on the contrary, are densely filled with them, the second action is introduced - setting strictly fixed values of the flow rates of the solution into the well, which ensure sedimentation of cement particles in the cracks at the first injection away from their mouths, equal to the radius of the well (so that with subsequent injection, the solution could penetrate the mouth of the cracks), and at the second injection, directly from the mouth of the cracks. In order for the solution, which is in the well, after the end of the first injection to not collapse the mouth of the cracks opened by the well, an additional condition is introduced: the solution is re-injected immediately after the pressure drops in the well. In this case, the end of the first and second injections is determined by introducing another additional action: visual fixation of the moment of pouring the solution onto the surface of the mine.
В технической литературе не содержится сведений о способе упрочнения горных пород, в которых нагнетания нестабильного цементного раствора в скважину производят два раза, до начала излива раствора в выработку, устанавливая строго фиксированные значения величин расходов раствора в скважину, обеспечивающих: при первом нагнетании седиментацию цементных частиц на удалении от устьев трещин, равном радиусу скважины, а при втором нагнетании - непосредственно от устьев трещин. The technical literature does not contain information about the method of hardening rocks, in which an unstable cement mortar is injected into a well twice, before the outflow of the mortar into the production, setting strictly fixed values of the flow rates of the mortar into the well, which ensure: during the first injection, sedimentation of cement particles to the distance from the mouth of the cracks, equal to the radius of the well, and with the second injection - directly from the mouth of the cracks.
Возможность достижения положительного эффекта обусловлена тем, что предлагаемый способ позволяет повысить качество упрочнения горных пород вокруг выработки и, следовательно, применить для ее крепления дешевые облегченные виды крепей при обеспечении требуемой несущей способности системы крепь - упрочненный горный массив. Введение дополнительной операции - повторное нагнетание раствора в скважину - не увеличивает трудоемкости способа в целом, так как для повторного нагнетания не требуется монтировать нагнетательную линию, вставлять в скважину инъектор, промывать скважину и т.п., а затраты времени и объем закачиваемого раствора в скважину при втором нагнетании крайне незначительны. The possibility of achieving a positive effect is due to the fact that the proposed method allows to improve the quality of hardening of rocks around the mine and, therefore, to apply for its fastening cheap lightweight types of supports, while ensuring the required bearing capacity of the support system - hardened rock mass. The introduction of an additional operation — re-injection of the solution into the well — does not increase the complexity of the method as a whole, since re-injection does not require mounting the injection line, inserting an injector into the well, flushing the well, etc., and the time and volume of injected solution into the well at the second injection, they are extremely insignificant.
Изобретение реализуется следующим образом. Перед производством цементационных работ, на основе известных гидрогеологических и геофизических методов исследования для подлежащих цементации трещиноватых горных пород определяют среднее раскрытие трещин δ0 , коэффициенты трещиноватости mо, проницаемости kо и увеличения раскрытия трещин под действием избыточного в них давления β (например, δ0= 3,0•10-3M, mо = 0,03, kо = 2,23 • 10-12 М2, β = 0,1 МПа-1). По известным рекомендациям определяют радиус цементационной скважины Rск, глубину скважины L, концентрацию цементного раствора (Ц : В), конечное давление нагнетания раствора P для достижения требуемого радиуса его распространения от скважины R (см. , например, Хямяляйнен В.А., Бурков Ю.В., Сыркин П. С. Формирование цементационных завес вокруг капитальных горных выработок. - М. : Недра, 1994, 400 с.). Для рассматриваемого примера Rск = 0,0215 м, L = 5,0 м, (Ц : В) = 1 : 2, R = 2,5 м, P = 1,67 МПа.The invention is implemented as follows. Before performing cementation work, on the basis of well-known hydrogeological and geophysical research methods for fractured rocks to be cemented, the average crack opening δ 0 , fracture coefficients m о , permeability k о and increase crack opening under the influence of excess pressure β in them (for example, δ 0 = 3.0 • 10 -3 M, m o = 0.03, k o = 2.23 • 10 -12 M 2 , β = 0.1 MPa -1 ). According to well-known recommendations, the radius of the cement well R cc , the depth of the well L, the concentration of the cement slurry (C: B), the final injection pressure P to achieve the required radius of its propagation from the well R are determined (see, for example, Khamyalyaynen V.A., Burkov Yu.V., Syrkin P.S. Formation of cementation curtains around capital mine workings .-- M.: Nedra, 1994, 400 pp. For the considered example, R ck = 0.0215 m, L = 5.0 m, (C: B) = 1: 2, R = 2.5 m, P = 1.67 MPa.
По периметру выработки производят бурение цементационных скважин. В скважину нагнетают воду при давлении, равном максимальному расчетному давлению нагнетания цементного раствора P. Нагнетание воды осуществляют до начала ее излива на поверхность выработки. При этом отмечают места интенсивного выхода воды в выработку через крупные трещины. На отмеченные места наносят изолирующее покрытие, например слой набрызгбетона толщиной 5 - 15 мм. Вместо воды более эффективно в скважину нагнетать 5%-ный процентный водный раствор жидкого стекла, производя, одновременно с выявлением мест выхода крупных трещин на поверхность выработки, химическую обработку подлежащих цементации трещиноватых пород (см., например, Бурков Ю.А., Дуда Е.Г., Хямяляйнен В.А. Технологические схемы упрочнения горных пород цементацией при проведении капитальных горных выработок в зонах геологических нарушений. - Кемерово: КузНиишахтострой, 1980, с. 68). Последовательно рассчитывают расход раствора в скважине при первом нагнетании Q1, остаточные значения величин среднего раскрытия трещин δ , коэффициента трещиноватости m и коэффициента проницаемости k после первого нагнетания раствора в скважину и расход раствора в скважину при втором нагнетании Q2 по формулам:
где
a - коэффициент, учитывающий концентрацию раствора, принимаемый равным 8,5; 6,0; 5,1 и 4,5 соответственно для растворов с Ц : В = 1 : 1; 1 : 2; 1 : 3 и 1 : 4;
Rкр - критический радиус распространения цементного раствора от скважины, начиная с которого в трещине происходит осаждение цементного осадка.Along the perimeter of the production, cementing wells are drilled. Water is injected into the well at a pressure equal to the maximum design pressure of the cement mortar P. The water is pumped before it is poured onto the surface of the mine. At the same time, places of intense water exit to the output through large cracks are noted. An insulating coating is applied to the marked areas, for example a layer of sprayed concrete with a thickness of 5 - 15 mm. Instead of water, it is more efficient to inject a 5% percent aqueous solution of water glass into the well, while simultaneously revealing the places where large cracks exit to the working surface and chemically treat the fractured rocks to be cemented (see, for example, Burkov Yu.A., Duda E .G., Khamyalyaynen V.A. Technological schemes of hardening rocks by cementation during capital mining in zones of geological disturbances. - Kemerovo: KuzNiishakhtostroy, 1980, p. 68). Consistently calculate the flow rate of the solution in the well at the first injection of Q 1 , the residual values of the average crack opening δ, fracture coefficient m and permeability coefficient k after the first injection of the solution into the well and the flow rate of the solution into the well during the second injection of Q 2 according to the formulas:
Where
a is a coefficient taking into account the concentration of the solution, taken equal to 8.5; 6.0; 5.1 and 4.5, respectively, for solutions with C: B = 1: 1; 12; 1: 3 and 1: 4;
R cr - the critical radius of the spread of cement from the well, starting from which the precipitation of cement slurry occurs in the crack.
Значение Rкр для первой ступени нагнетания следует определять из выражения
Rкр = 2k1k2 • Rск (6)
где
k1 - коэффициент, учитывающий неоднородность цементных частиц, k1 = 2,0; k2 - коэффициент, учитывающий неоднородность раскрытия трещин вскрытых скважиной, k2 = (2,0-3,0).The value of R kr for the first stage of injection should be determined from the expression
R cr = 2k 1 k 2 • R ck (6)
Where
k 1 - coefficient taking into account the heterogeneity of cement particles, k 1 = 2.0; k 2 - coefficient taking into account the heterogeneity of the opening of cracks opened by the well, k 2 = (2.0-3.0).
Для рассматриваемого примера Rкр = 0,215 м, Q1 = 0,076 м3/с, δ = 3,3 • 10-4 м, m = 3,3 • 10-3, k = 2,97 • 10-14 м2, Q2 = 3 • 10-4 м3/с.For the considered example, R cr = 0.215 m, Q 1 = 0.076 m 3 / s, δ = 3.3 • 10 -4 m, m = 3.3 • 10 -3 , k = 2.97 • 10 -14 m 2 , Q 2 = 3 • 10 -4 m 3 / s.
Производят нагнетание цементного раствора в скважину с постоянным расходом Q1. Нагнетание прекращают при начале излива цементного раствора в выработку через неизолированные на поверхности выработки мелкие трещины. Сразу после падения давления в скважине приступают ко второму нагнетанию раствора в скважину с постоянным расходом Q2. Нагнетание производят до начала излива раствора на поверхность выработки.Produce injection of cement into the well with a constant flow rate of Q 1 . The injection is stopped at the beginning of the outflow of cement into the mine through small cracks that are not isolated on the surface of the mine. Immediately after the pressure drop in the well, they begin the second injection of the solution into the well with a constant flow rate of Q 2 . The injection is carried out before the outflow of the solution to the surface of the output.
Остаточное раскрытие трещины после второго нагнетания может быть определено из выражения (2), которое в данном случае примет вид
где
η - выход цементного камня из раствора (для Ц : В = 1 : 2 η = 0,38); Pк - расчетное конечное давление при втором нагнетании раствора в скважину, определяется по известным рекомендациям для остаточных значений параметров трещиноватости δ , m и k (в рассматриваемом примере Pк = 18,7 МПа, δк = -2,03 • 10-4 м).The residual crack opening after the second injection can be determined from expression (2), which in this case takes the form
Where
η is the output of cement stone from the solution (for C: B = 1: 2 η = 0.38); P to - the estimated final pressure at the second injection of the solution into the well, is determined according to well-known recommendations for the residual values of the fracturing parameters δ, m and k (in the considered example, P k = 18.7 MPa, δ k = -2.03 • 10 -4 m).
Значение среднего остаточного раскрытия трещин после завершения второго нагнетания в рассматриваемом примере получилось отрицательным, из чего следует, что объем сжатия трещин после окончания нагнетания за счет упругих деформаций межтрещинных блоков горной породы превышает объем незаполненных цементным осадком частей трещин в момент, предшествующий окончанию нагнетания, и, следовательно, цементируемые трещины заполнены цементным осадком полностью. После падения давления в скважине до нуля производят демонтаж нагнетательной линии и приступают к работе на следующей скважине. The value of the average residual crack opening after the second injection was completed in the considered example turned out to be negative, which implies that the compression volume of the cracks after injection due to elastic deformations of the inter-crack rock blocks exceeds the volume of the parts of the cracks that were not filled with cement sediment at the time preceding the completion of injection, and, therefore, cemented cracks are completely filled with cement slurry. After the pressure in the well drops to zero, the discharge line is dismantled and work is started on the next well.
Применение предложенного способа позволяет повысить качество упрочнения горных пород вокруг выработки за счет обеспечения полного заполнения трещин цементным осадком при нагнетании нестабильных цементных растворов с постоянным расходом и, следовательно, получить значительный экономический эффект за счет обеспечения возможности использования для крепления выработки более дешевых облегченных видов крепей при обеспечении требуемой несущей способности системы крепь - упрочненный горный массив. The application of the proposed method allows to improve the quality of hardening of rocks around the excavation by ensuring the complete filling of cracks with cement slurry during injection of unstable cement mortars with a constant flow rate and, therefore, to obtain a significant economic effect due to the possibility of using cheaper lightweight types of supports for securing the excavation the required load-bearing capacity of the lining system is a hardened massif.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96114749A RU2112881C1 (en) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | Method for strengthening of rock matter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96114749A RU2112881C1 (en) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | Method for strengthening of rock matter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2112881C1 true RU2112881C1 (en) | 1998-06-10 |
| RU96114749A RU96114749A (en) | 1998-09-10 |
Family
ID=20183613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96114749A RU2112881C1 (en) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | Method for strengthening of rock matter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2112881C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102619537A (en) * | 2012-04-23 | 2012-08-01 | 山东大学 | Wing plate type advanced small pipe used for advance support of soft broken surrounding rock tunnel |
| CN106593489A (en) * | 2016-12-02 | 2017-04-26 | 淮北矿业股份有限公司 | Difficult mining coal seam bottom plate thin layer limestone high-pressure strong aquifer karst fissure aggregate perfusion method |
-
1996
- 1996-07-19 RU RU96114749A patent/RU2112881C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102619537A (en) * | 2012-04-23 | 2012-08-01 | 山东大学 | Wing plate type advanced small pipe used for advance support of soft broken surrounding rock tunnel |
| CN106593489A (en) * | 2016-12-02 | 2017-04-26 | 淮北矿业股份有限公司 | Difficult mining coal seam bottom plate thin layer limestone high-pressure strong aquifer karst fissure aggregate perfusion method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4623021A (en) | Hydraulic fracturing method employing a fines control technique | |
| US7770638B2 (en) | Method for completion, maintenance and stimulation of oil and gas wells | |
| CA2181208C (en) | Method for vertically extending a well | |
| EA006086B1 (en) | Method for completing injection wells | |
| CN110552656B (en) | Method for fixed-point crack initiation of low-permeability layer of water flooded well | |
| CN107165655A (en) | A kind of backfilling grouting method in the driving for complete-section tunnel boring machine | |
| RU2112881C1 (en) | Method for strengthening of rock matter | |
| Clementz et al. | Stimulation of water injection wells in the Los Angeles basin by using sodium hypochlorite and mineral acids | |
| US4434848A (en) | Maximizing fracture extension in massive hydraulic fracturing | |
| WO2018125659A1 (en) | Fracturing a formation with mortar slurry | |
| RU2398955C1 (en) | Procedure for fixing well with cement grout | |
| RU2258803C1 (en) | Production bed treatment method | |
| SU1709076A1 (en) | Method of filtration well completion | |
| RU2258141C1 (en) | Grouting method for water-bearing horizon rock during vertical pit shaft building | |
| SU1507962A1 (en) | Method of hydraulic fracturing of formation | |
| RU2273722C2 (en) | Method for water inflow isolation in non-cased horizontal part of production well bore | |
| RU2363848C1 (en) | Method of anthropogenic epigenesis of backfilling water permeable areas or zones in salt rock | |
| RU2387838C1 (en) | Method for strengthening of cracked rocks | |
| SU1550174A1 (en) | Method of degassing a rock body | |
| RU2797167C1 (en) | Well cementing method | |
| RU2075572C1 (en) | Method of forming isolation curtain around mine workings | |
| SU1456585A1 (en) | Method of plugging rock with nonuniform jointing | |
| RU2768785C1 (en) | Method for restoring destroyed oil fields | |
| RU2183260C2 (en) | Process of development of oil field at late stage of its operation | |
| RU2059064C1 (en) | Method for insulating gas stratum |