RU2568452C1 - Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion - Google Patents

Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion Download PDF

Info

Publication number
RU2568452C1
RU2568452C1 RU2014137520/03A RU2014137520A RU2568452C1 RU 2568452 C1 RU2568452 C1 RU 2568452C1 RU 2014137520/03 A RU2014137520/03 A RU 2014137520/03A RU 2014137520 A RU2014137520 A RU 2014137520A RU 2568452 C1 RU2568452 C1 RU 2568452C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
screen
pressure
cement
antifiltration
under
Prior art date
Application number
RU2014137520/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Любовь Константиновна Алтунина
Владимир Александрович Кувшинов
Александр Викторович Дроздов
Любовь Анатольевна Стасьева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН)
Priority to RU2014137520/03A priority Critical patent/RU2568452C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2568452C1 publication Critical patent/RU2568452C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: into a lower part of the already created antifiltration screen containing doleritic rocks, they pump cement mortar on the basis of sulphate-resistant or aluminous cement with 2% additive of calcium chloride under pressure of 0.7-0.8 MPa exceeding hydrostatic pressure, via wells drilled from underground mines. Maintain until hardened. After hardening the created rock-cement layer of the antifiltration screen and the upper part of the ore block are additionally plugged with local injections of gelling compositions GALKA® under pressure of 0.5-0.6 MPa, which is below fracture pressure of the ore safety block thickness left under the antifiltration screen. The gelling composition GALKA® has the following ratio of components, wt %: aluminium salt 5-15; carbamide 20-35; urotropine 3-10; water - balance.
EFFECT: increased strength and reinforcement of antifiltration properties of a screen when filling a pit for safe performance of underground mining works.
4 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам ликвидации притока подземных вод в горные выработки при доработке месторождений подземным способом, к примеру, для условий криолитозоны Западной Якутии. The invention relates to methods for eliminating the influx of groundwater into mine workings during the completion of deposits by the underground method, for example, for the permafrost zone of Western Yakutia.

Известен способ защиты подземных работ от проникновения вод, включающий создание противофильтрационного экрана между подземными горными работами и водоемом на дневной поверхности, ложе водоема создают выемкой горных пород, а дно формируют в зоне многолетнемерзлых пород, наносят на дно покрытие из сцементированной замораживанием глинистой смеси. В качестве глинистой смеси используют промывочные хвосты обогатительной фабрики с плотностью выше плотности подземных вод. Затем водоем заполняют водой из водоносных горизонтов, расположенных выше созданного покрытия (А.С. СССР №1633125, Е21С 41/00, заявка №4474377 от 15.08.88 г., опубл. 07.03.91., Бюл. №9).A known method of protecting underground operations from water penetration, including creating an anti-filter screen between underground mining operations and a body of water on a day surface, a bed of a body of water is created by a recess of rocks, and a bottom is formed in a zone of permafrost, a coating of cemented cemented clay mixture is applied to the bottom. As a clay mixture, the washing tailings of the processing plant with a density higher than the density of groundwater are used. Then the reservoir is filled with water from aquifers located above the created cover (AS USSR No. 1633125, E21C 41/00, application No. 4474377 from 08.15.88, publ. 07.03.91., Bull. No. 9).

Недостатком данного способа является невозможность создания противофильтрационного экрана на дне карьера из-за ликвидации транспортных берм и дорог. Отсутствие многолетнемерзлых пород в требуемых интервалах разреза для изоляции подземных горных выработок, наличие постоянного притока дренажных агрессивных рассолов в карьер также препятствует созданию замораживающей глинистой толщи.The disadvantage of this method is the impossibility of creating an anti-filter screen at the bottom of the quarry due to the elimination of transport berms and roads. The absence of permafrost in the required intervals of the section for isolation of underground mine workings, the presence of a constant influx of aggressive drainage brines into the quarry also prevents the creation of a freezing clay stratum.

Известны способы сооружения подземной непроницаемой завесы и обеспечения сокращения подземного стока за пределы завесы, включающие проходку вертикального ствола, бурение из него горизонтальных скважин, нагнетание через них закрепляющих и твердеющих растворов. В зоне необходимого пересечения водоносного горизонта или рядом с подземным техногенным процессом дополнительно сооружают вертикальные стволы, соединяют их между собой рядами горизонтальных скважин, которые располагают в вертикальной плоскости одна над другой, затем нагнетая в них твердеющий раствор, образуют подземную непроницаемую завесу, перекрывающую водоносный горизонт от верхнего до нижнего водоупора или зону распространения подземного техногенного процесса (Патент РФ №2375580 C1, E21F 17/00, заявка №2008131979 от 01.08.2008 г., опубл. 10.12.2009 г., Бюл. №4).Known methods of constructing an underground impenetrable curtain and to reduce underground flow outside the curtain, including sinking a vertical shaft, drilling horizontal wells from it, injecting fixing and hardening solutions through them. In the zone of the necessary intersection of the aquifer or near the underground technological process, vertical shafts are additionally constructed, connected with each other by rows of horizontal wells, which are placed in a vertical plane one above the other, then injecting a hardening solution into them, form an underground impenetrable curtain that overlaps the aquifer from upper to lower confining or distribution zone of an underground technological process (RF Patent No. 2375580 C1, E21F 17/00, application No. 2008131979 of 08.08.2008, published on 10.12.2009, B Jul. No. 4).

Недостатком данного способа является низкая эффективность сплошной тампонажной завесы в условиях напорных водоносных горизонтов. Аналогичное мероприятие на месторождении уже выполнялось с созданием глиноцементной тампонажной завесы при бурении 300 скважин вокруг карьера и закачкой цементирующих смесей в водонасыщенный слой с проектными объемами 3000 м3 раствора на каждую скважину, которое показало себя как малоэффективное. Кроме того, в случае реализации способа стоимость работ по проходке и строительству вертикальных стволов, месторасположение которых требует обязательную заморозку водонасыщенного массива перед вскрытием, с последующим бурением горизонтальных скважин, обеспечивающих полное перекрытие требуемого для кольматации подземного пространства водоносного горизонта, достаточно высока.The disadvantage of this method is the low efficiency of a continuous grouting curtain in a pressure aquifer. A similar event at the field was already carried out with the creation of an cement-cement grouting curtain while drilling 300 wells around the quarry and pumping cementitious mixtures into a water-saturated layer with design volumes of 3000 m 3 of solution for each well, which proved to be ineffective. In addition, in the case of the implementation of the method, the cost of the sinking and construction of vertical shafts, the location of which requires the mandatory freezing of the water-saturated mass before opening, with the subsequent drilling of horizontal wells, providing complete overlap of the aquifer required for the mudding of the underground, is quite high.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ стабилизации подземных формаций, включающий введение стабилизирующей композиции в подземную формацию, например, прокачиванием через трещины и поры, имеющиеся в формации, и выдержкой стабилизирующей композиции до отверждения ее, при котором происходит стабилизация формации. Стабилизирующая композиция включает неусаживающуюся полиэфирную смолу, катализатор, различные добавки и наполнители (Патент РФ №2109922 C1, E21B 33/13, заявка №95109919 от 17.06.93 г., опубл. 27.04.98 г., Бюл. №12).The closest in technical essence and the achieved result is a method of stabilization of underground formations, including the introduction of a stabilizing composition into the underground formation, for example, pumping through the cracks and pores present in the formation and holding the stabilizing composition until it cures, in which the formation is stabilized. The stabilizing composition includes a non-shrinkable polyester resin, a catalyst, various additives and fillers (RF Patent No. 2109922 C1, E21B 33/13, application No. 95109919 from 06/17/93, publ. 04/27/98, bull. No. 12).

Недостатком данного способа являются низкие прочностные показатели сооружаемого экрана, невозможность создания жесткой техногенной толщи, способной выдержать требуемые повышенные геомеханические нагрузки за счет возрастания геостатического давления при остановке водоотлива системы «сухой» консервации с последующим заполнением карьера вскрышной породой и дренажными водами из водоносного горизонта. В агрессивной среде и при отрицательных температурах данные композиции не создают необходимые прочностные и противофильтрационные показатели заполнителя трещин, т.к. образующийся при смешении компонентов со вспениванием материал приобретает гигроскопичные свойства.The disadvantage of this method is the low strength characteristics of the constructed screen, the inability to create a rigid technogenic stratum that can withstand the required increased geomechanical loads due to increased geostatic pressure when the drainage of the dry preservation system stops, followed by filling the quarry with overburden and drainage water from the aquifer. In an aggressive environment and at low temperatures, these compositions do not create the necessary strength and antifiltration characteristics of the crack filler, because the material formed by mixing the components with foaming acquires hygroscopic properties.

Задачей изобретения является повышение прочности и усиление противофильтрационных свойств экрана при заполнении (консервации) карьера для безопасного проведения подземных горных работ.The objective of the invention is to increase the strength and strengthen the anti-filter properties of the screen when filling (preserving) the quarry for the safe conduct of underground mining.

Поставленная цель достигается тем, что в способе герметизации противофильтрационного экрана под водоемом после отработки карьера, включающем закачку заполняющих материалов и выдержку до отверждения их, в качестве заполняющего материала в нижнюю часть противофильтрационного экрана, содержащего долеритовые породы, закачивают цементный раствор под давлением, превышающим гидростатическое, через скважины, пробуренные из подземных выработок, а после затвердевания созданный породоцементного слой противофильтрационного экрана и в верхнюю часть рудного предохранительного целика, оставленного под противофильтрационным экраном, дополнительно тампонируют локальными инъекциями гелеобразующей композиции ГАЛКА®-НТМ на основе системы «соль алюминия - карбамид - уротропин - вода» под давлением, меньшим давления разрыва толщи рудного предохранительного целика.This goal is achieved by the fact that in the method of sealing the antifiltration screen under a pond after working out the quarry, which includes pumping the filling materials and holding them before curing, cement mortar is pumped into the lower part of the antifiltration screen containing dolerite rocks under a pressure exceeding hydrostatic, through wells drilled from underground workings, and after hardening, the created rock-cement layer of the antifiltration screen and to the top a part of the ore safety pillar left under the anti-filter screen is additionally tamped with local injections of the GALKA ® -NTM gel-forming composition based on the aluminum salt – carbamide – urotropin – water system under a pressure lower than the burst pressure of the ore safety pillar.

Причем цементный раствор закачивают под давлением 0,7-0,8 МПа, а инъекции гелеобразующей композиции ГАЛКА® - НТМ проводят под давлением 0,5-0,6 МПа.Moreover, the cement mortar is pumped under a pressure of 0.7-0.8 MPa, and the injection of the GALKA ® -NTM gel-forming composition is carried out under a pressure of 0.5-0.6 MPa.

Цементный раствор для закачки готовят на основе сульфатостойкого или глиноземистого цементов с 2% добавкой хлористого кальция.The cement mortar for injection is prepared on the basis of sulfate-resistant or aluminous cements with a 2% addition of calcium chloride.

А гелеобразующий состав ГАЛКА®-НТМ закачивают при следующем соотношении компонентов, мас. %:And the gel-forming composition GALKA ® -NTM is pumped in the following ratio of components, wt. %:

соль алюминияaluminum salt 5-15 5-15 карбамидurea 20-35 20-35 уротропинurotropin 3-10 3-10 водаwater остальное rest

Закачка под давлением цементного раствора в нижнюю часть предохранительного экрана, содержащего долеритовые породы, позволяет создать жесткую монолитную плиту, способную выдержать геостатическое давление, которое возникнет при заполнении карьерного пространства дренажными водами и вскрышными породами. Давление, под которым нагнетают цементный раствор, определено на основании гидростатического давления, созданного высотой столба рассола над предохранительным экраном, и рассчитано на прогнозных моделях. При схватывании цементного раствора образуется цементный камень, который формирует жесткость техногенной толщи. Мощность дополнительного геомеханического экрана в виде породоцементной плиты, согласно выполненным расчетам должна составлять порядка 10 м.The injection of cement mortar into the lower part of the safety screen containing dolerite rocks allows you to create a rigid monolithic slab capable of withstanding the geostatic pressure that will arise when filling the quarry with drainage water and overburden. The pressure at which the cement slurry is pumped is determined based on the hydrostatic pressure created by the height of the brine column above the safety screen, and is calculated on forecast models. When setting cement mortar, a cement stone is formed, which forms the rigidity of the technogenic thickness. The power of the additional geomechanical screen in the form of a rock-cement slab, according to the calculations, should be about 10 m.

Дополнительный тампонаж созданного породоцементного слоя гелеобразующими растворами позволяет ликвидировать оставшиеся порово-трещинные пустоты с созданием сплошного водонепроницаемого экрана. Давление, при котором иньектируют толщу, определено с учетом гидростатического давления в созданном экране (0,5 МПа) и прочностных показателей кимберлитов рудного предохранительного целика. При проведении инъекций гелеобразующими растворами под давлением 0,5-0,6 МПа происходит заполнение локальной пустотности массива и отверждение введенных растворов с созданием водонепроницаемого экрана.Additional grouting of the created rock-cement layer with gel-forming solutions allows eliminating the remaining pore-crack voids with the creation of a continuous waterproof screen. The pressure at which the thickness is injected is determined taking into account the hydrostatic pressure in the created screen (0.5 MPa) and the strength characteristics of the kimberlites of the ore safety pillar. When injecting gel-forming solutions under a pressure of 0.5-0.6 MPa, the local voidness of the array is filled and the injected solutions solidify with the creation of a waterproof screen.

Инъектирование гелеобразующими растворами верхней части рудного предохранительного целика создает дополнительное фильтрационное сопротивление в горном массиве и позволяет снизить или полностью убрать проскоки подземных вод в горные выработки рудника.Injection by gel-forming solutions of the upper part of the ore safety pillar creates additional filtration resistance in the rock mass and allows to reduce or completely remove groundwater breakthroughs in the mine workings.

На фиг. 1 приведен разрез месторождения трубки Мир с уже существующим противофильтрационным экраном, созданным при «сухой» консервации карьера.In FIG. Figure 1 shows a section of the Mir pipe deposit with an existing anti-filtration screen created during dry conservation of a quarry.

На фиг. 2 показаны этапы герметизации противофильтрационного экрана под опасным водным объектом над подземными горными выработками - а) цементирование долеритовой породы (отсыпки); б) дополнительное инъекционное тампонирование гелеобразующими растворами в уже созданном породоцементном слое оставшихся водопроводящих зон, а также верхней части рудного предохранительного целика.In FIG. 2 shows the stages of sealing the antifiltration screen under a dangerous water body above underground mine workings - a) cementing of dolerite rock (dumping); b) additional injection plugging with gel-forming solutions in the already created rock-cement layer of the remaining water-conducting zones, as well as the upper part of the ore safety pillar.

На фиг. 3 приведены зависимости коэффициента фильтрации жидкости и градиента давления с исходной газопроницаемостью в мкм2: а - 14.165; б - 11.852 (после закачки цементно-песчаного раствора на основе сульфатостойкого или глиноземистого цементов с 2% добавкой хлористого кальция при температуре 2°С в дезинтегрированную кимберлитовую породу, соответствующую нижней части противофильтрационного экрана) от объемов закачки растворов гелеобразующих композиций, In FIG. Figure 3 shows the dependences of the liquid filtration coefficient and pressure gradient with the initial gas permeability in μm 2 : a - 14.165; b - 11.852 (after the injection of a cement-sand mortar based on sulfate-resistant or alumina cement with 2% calcium chloride addition at a temperature of 2 ° C into a disintegrated kimberlite rock corresponding to the lower part of the antifiltration screen) from the injection volumes of the solutions of gelling compositions,

где 1 - метегеро-ичерский водоносный комплекс;where 1 - meteher-icher aquifer;

2 - рудное тело с оставшимися запасами алмазов;2 - ore body with the remaining reserves of diamonds;

3 - долеритовая отсыпка;3 - dolerite filling;

4 - суглинистые грунты, на которые уложен сварной полиэтиленовый экран из пленки толщиной 2 мм;4 - loamy soils on which a welded polyethylene screen from a film 2 mm thick is laid;

5 - штольня для сбора воды с поверхности экрана;5 - adit for collecting water from the surface of the screen;

6 - рудный предохранительный целик;6 - ore safety pillar;

7 - подземные горные выработки;7 - underground mining;

8 - скважины для закачки цементно-песчаного раствора;8 - wells for injection of cement-sand mortar;

9 - скважины для закачки гелеобразующей композиции ГАЛКА®.9 - wells for injection of the gel-forming composition GALKA ® .

Пример.Example.

Открытые горные работы на месторождении трубки «Мир» были завершены в 2001 г. при глубине карьера 525 м. В процессе отработки был вскрыт на полную мощность метегеро-ичерский водоносный комплекс 1 с водопритоком порядка 1200 м3/час. Для извлечения оставшихся запасов алмазов 2 на месторождении в 2009 г. был введен подземный рудник «Мир». Подземная отработка запасов месторождения выполняется в нисходящем порядке. Очистные работы осуществляются с применением слоевой системы разработки с механизированной (комбайновой) отбойкой руды и полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. По состоянию на конец 2013 г. в отм. -226…-230 м сформирован разрезной слой №4 из твердеющей закладки мощностью 5 м, и №5, находящийся в отметках -230…-235 м. Не отработаны и не заложены только две ленты 33 и 35. На отм. -265 м завершаются нарезные работы по разрезному слою №11.Open-pit mining at the Mir pipe field was completed in 2001 with a pit depth of 525 m. In the course of mining, the meteoro-icer aquifer complex 1 with a water inflow of about 1200 m 3 / h was opened at full capacity. In order to extract the remaining reserves of diamonds 2 at the deposit, the Mir underground mine was commissioned in 2009. Underground mining of deposits is performed in a descending order. Treatment works are carried out using a layered mining system with mechanized (combine) ore breaking and full laying of the worked out space with hardening mixtures. As of the end of 2013, in the mark. -226 ... -230 m, a cutting layer No. 4 was formed from a hardening bookmark with a thickness of 5 m, and No. 5, located at -230 ... -235 m. Only two tapes 33 and 35 were not worked out and laid. -265 m cutting work is completed on the cutting layer No. 11.

Для защиты подземных горных выработок от затопления в 2004 г. в нижней части карьера был сооружен противофильтрационный экран - система «сухой» консервации карьера, состоящий из насыпи крупнообломочных скальных пород - долеритовой отсыпки 3, поверх которых был насыпан слой укатанных суглинистых грунтов 4, на которые уложен сварной полиэтиленовый экран из пленки толщиной 2 мм. Вода с поверхности экрана по специальной штольне 5 поступает к погружным насосам, размещенным в водоподъемных скважинах, пробуренных с верхней бермы карьера. Откачанная вода по системе водоводов, проложенных на поверхности, подается в пруд-накопитель, из которого перекачивается и удаляется обратно через специальные скважины в подмерзлотный водоносный комплекс на полигоне закачки.To protect the underground mine workings from flooding in 2004, an anti-filtration screen was built in the lower part of the quarry - a system of “dry” conservation of the quarry, consisting of an embankment of coarse clastic rocks - dolerite dump 3, over which a layer of rolled loamy soils 4 was poured, on which a welded polyethylene screen from a film 2 mm thick is laid. Water from the surface of the screen through a special adit 5 goes to submersible pumps located in water-wells drilled from the upper berm of the quarry. The pumped-out water through a system of water conduits laid on the surface is fed into a storage pond, from which it is pumped and removed back through special wells to a sub-permafrost aquifer complex at the injection site.

Очистные работы выполняются под защитой рудного предохранительного целика 6, оставленного в отм. -190…-210 абс. м, мощность которого, согласно выполненным расчетам, не превышает 20 м. Площадь горизонтального сечения рудного предохранительного целика 6 составляет около 30 тыс. м2.Treatment works are carried out under the protection of the ore safety pillar 6, left in the mark. -190 ... -210 abs. m, whose power, according to the calculations, does not exceed 20 m. The horizontal sectional area of the ore safety pillar 6 is about 30 thousand m 2 .

В последнее время, в связи с повышением уровня воды в карьере выше проектных отметок и растворением галитового наполнителя в рудном предохранительном целике 6 наблюдается поступление рассолов из карьерного пространства с увеличением водопритоков (до 80 м3/час) в подземные горные выработки 7. Вмещающие породы в блоке №1 рудника «Мир» представлены, в основном, растворимыми галогенными породами. Трещины и поры кимберлита также заполнены каменной солью, при увлажнении кимберлитов подземными водами резко снижается их прочность и происходят обрушения рудных блоков из кровельной части выработок.Recently, due to an increase in the water level in the quarry above design levels and the dissolution of halite filler in the ore safety pillar 6, brines from the quarry with an increase in water inflows (up to 80 m 3 / h) into underground mine workings 7 have been observed. Block No. 1 of the Mir mine is represented mainly by soluble halogen rocks. Cracks and pores of kimberlite are also filled with rock salt, when kimberlites are moistened with underground waters, their strength sharply decreases and ore blocks collapse from the roofing of the workings.

Перед началом первого этапа исследований был выполнен анализ всех существующих геолого-гидрогеологических и других материалов по месторождению, намечена стратегия и методология по герметизации противофильтрационного экрана и рудного предохранительного целика на руднике «Мир». Рассмотрены разные варианты технологий и места герметизации этой части массива, при этом учитывалась необходимость полного извлечения подкарьерных запасов на месторождении. Решение возникшей проблемы требует реализации следующих основных положений: 1) создать экран, обладающий такими деформационными показателями, которые способны выдержать геостатические нагрузки, соответствующие полному заполнению карьерного пространства трубки «Мир», до естественных отметок и выше, с учетом попадания атмосферных осадков; 2) созданный (усиленный) породоцементный экран и верхнюю часть рудного целика необходимо повторно протампонировать методом локальных инъекций, к примеру, гелеобразующими композициями ГАЛКА®.Before the start of the first stage of research, an analysis was made of all existing geological, hydrogeological and other materials for the deposit, a strategy and methodology for sealing the antifiltration screen and the ore safety pillar at the Mir mine were outlined. Various technology options and sealing locations for this part of the array were considered, while taking into account the need for full extraction of quarry reserves at the field. The solution of the problem that arises requires the implementation of the following main provisions: 1) to create a screen with such deformation indicators that can withstand geostatic loads corresponding to the full filling of the Mir pipe’s career space to natural levels and higher, taking into account atmospheric precipitation; 2) the created (reinforced) rock-cement screen and the upper part of the ore pillar must be repamped by the method of local injection, for example, GELKA ® gel-forming compositions.

Представленная концепция на решение создавшейся проблемы с учетом полного извлечения кимберлитовой руды в блоке №1 намечена следующим образом (фиг. 2). Создание жесткого техногенного экрана, способного выдержать геостатические нагрузки при заполнении карьерного пространства водой (породой), возможно только в толще крупнообъемной долеритовой отсыпки, которую необходимо закрепить соответствующими цементно-песчаными растворами на основе сульфатостойкого или глиноземистого цементов с 2% добавкой хлористого кальция с созданием породоцементного экрана. Поэтому на первом этапе исследований выполняется расчет мощности жесткого породоцементного основания техногенного экрана с требуемыми прочностными свойствами исходя из следующих соображений.The presented concept for solving the problem, taking into account the complete extraction of kimberlite ore in block No. 1, is outlined as follows (Fig. 2). Creating a rigid technogenic screen that can withstand geostatic loads when filling the quarry with water (rock) is possible only in the thickness of a large-volume dolerite filling, which must be fixed with appropriate cement-sand mortars based on sulfate-resistant or alumina cement with 2% calcium chloride additive to create a cement-cement screen . Therefore, at the first stage of research, the power of a hard rock-cement foundation of a technogenic screen with the required strength properties is calculated based on the following considerations.

Внешние гео- и гидростатические нагрузки рассчитываются при условии заполнения карьера до статического уровня (+215 абс. м). Расчет гео- и гидростатического давления, которое должна выдержать дополнительная породоцементная плита при заполнении карьера водой (природными рассолами), определен следующим образом:External geo-and hydrostatic loads are calculated provided that the quarry is filled to a static level (+215 abs. M). The calculation of the geo- and hydrostatic pressure that an additional rock-cement slab must withstand when filling the quarry with water (natural brines) is defined as follows:

Р=Н×ρ=(215 м+190 м)×1,08=437 м (водяного столба)=4,4 МПа,P = N × ρ = (215 m + 190 m) × 1.08 = 437 m (water column) = 4.4 MPa,

где Р - гидростатическое давление, МПа;where P is the hydrostatic pressure, MPa;

Н - высота столба жидкости (рассола) складывается из столба жидкости от полотна карьера до отметки статического уровня в водоносном комплексе, м;N - the height of the liquid column (brine) is the sum of the liquid column from the pit to the mark of the static level in the aquifer, m;

ρ - плотность жидкости (рассола), г/дм3.ρ is the density of the liquid (brine), g / dm 3 .

Расчет толщины дополнительного экрана (плиты), возводимой из бетона при условиях его прочности, может быть выполнен по формулеThe calculation of the thickness of the additional screen (slab) erected from concrete under the conditions of its strength can be performed by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где; Lп - толщина геомеханического экрана, возводимого из бетона, м;Where; L p - the thickness of the geomechanical screen erected from concrete, m;

λп - коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,1-1,2;λ p - overload coefficient, taken equal to 1.1-1.2;

П - периметр кимберлитовой трубки, 220 м;P - the perimeter of the kimberlite pipe, 220 m;

kв - коэффициент, учитывающий форму тела и равный 3,4-3,7;k in - coefficient taking into account the shape of the body and equal to 3.4-3.7;

S - площадь, воспринимающая создаваемое давление, 30000 м2;S is the area perceiving the generated pressure, 30,000 m 2 ;

Р - максимальное давление столба жидкости, 4,4 мПа или 440 м водяного столба при плотности 1 г/дм3;P is the maximum pressure of a liquid column, 4.4 MPa or 440 m water column at a density of 1 g / dm 3 ;

α - угол наклона боковых граней перемычки, принимаемый равным 80°;α is the angle of inclination of the side faces of the jumper, taken equal to 80 °;

Rб - расчетное сопротивление бетона сжатию, 50 МПа (или 500 м вод. ст.).R b - the estimated concrete resistance to compression, 50 MPa (or 500 m water. Art.).

Figure 00000002
Figure 00000002

Для создания жесткого техногенного экрана, способного выдержать геостатические нагрузки при заполнении карьерного пространства водой (породой) на первом этапе (фиг. 2а) из подземных горных выработок 7 рудника, производят бурение закачных скважин 8 длиной 25-30 м в нижнюю часть - долеритовую отсыпку 3 уже созданного ранее противофильтрационного экрана при «сухой» консервации карьера. Далее через скважины 8 производят закачку цементно-песчаного раствора на основе сульфатостойкого или глиноземистого цемента с водоцементным отношением 0,5 и ускорителем схватывания - CaCl2 (2%). В качестве мелкого заполнителя рекомендуется применить хвосты твердых отходов. Закачку производят под давлением, превышающим гидростатический напор (0,7-0,8 МПа). Объемные показатели закачиваемого цементно-песчаного раствора рассчитываются в соответствии с необходимой мощностью создаваемого жесткого противофильтрационного экрана (10 м). После заполнения цементно-песчаным раствором пустотного пространства в крупноглыбовой части противофильтрационного экрана производится выдержка (ОЗЦ) для затвердевания раствора в течение 72 часов.To create a rigid technogenic screen that can withstand geostatic loads when filling the quarry with water (rock) at the first stage (Fig. 2a) from underground mine workings 7 of the mine, injection wells 8 are drilled 25-30 m long into the lower part - dolerite dump 3 the previously created antifiltration screen during the “dry” conservation of the quarry. Next, cement-sand mortar based on sulfate-resistant or alumina cement with a water-cement ratio of 0.5 and setting accelerator CaCl 2 (2%) is injected through wells 8. Solid waste tails are recommended as fine aggregate. The injection is carried out at a pressure exceeding the hydrostatic pressure (0.7-0.8 MPa). Volumetric indicators of the injected cement-sand mortar are calculated in accordance with the required capacity of the created rigid anti-filter screen (10 m). After filling with a cement-sand mortar the void space in the coarse block part of the anti-filter screen, the shutter speed (BSC) is made to harden the mortar for 72 hours.

Для улучшения противофильтрационных свойств элементов «сухой» консервации карьера «Мир», направленных на сокращение водопритоков в подземные горные выработки рудника, необходим второй этап герметизации противофильтрационного экрана и рудного предохранительного целика над подземными горными выработками под опасным водным объектом. Следующий этап по ликвидации отдельных водопроявлений (фиг. 2б) проводится методом локальных инъекций гелеобразующими композициями ГАЛКА®.To improve the antifiltration properties of the elements of the “dry” conservation of the Mir quarry, aimed at reducing water inflow into the underground mine workings, a second stage of sealing the antifiltration screen and the ore safety pillar above the underground mine workings under a dangerous water body is necessary. The next stage in the elimination of individual water manifestations (Fig. 2b) is carried out by the method of local injection of gel-forming compositions GALKA ® .

Гелеобразующие композиции ГАЛКА® маловязкие водные растворы, имеющие низкие температуры застывания, что позволяет использовать их для низкопроницаемых пород в зимних условиях. Твердая товарная форма композиции ГАЛКА® (ТУ 2163-015-00205067-01) растворяется в воде любой минерализации.GALKA ® gel-forming compositions are low-viscosity aqueous solutions having low pour points, which makes it possible to use them for low-permeability rocks in winter conditions. The solid commodity form of the composition GALKA ® (TU 2163-015-00205067-01) is soluble in water of any mineralization.

За счет закачки гелеобразующего раствора в скважины образуется гелевый экран, создающий противофильтрационную завесу, которая упрочняется при замораживании - оттаивании. Они безвредны для людей и экологически безопасны для окружающей среды.Due to the injection of the gel-forming solution into the wells, a gel screen forms, which creates an anti-filtration curtain, which hardens upon freezing and thawing. They are harmless to humans and environmentally friendly.

Физико-химические свойства раствора гелеобразующей композиции приведены в таблице.Physico-chemical properties of the solution of the gel-forming composition are shown in the table.

Figure 00000003
Figure 00000003

Проведены исследования структурно-механических свойств образцов грунтов, наполненных гелеобразующей композицией. В качестве структурно-механических свойств использовали значения модуля упругости и пластической прочности. Образование геля в образцах грунтов сопровождается улучшением структурно-механических свойств грунтов, наполненных раствором гелеобразующей композиции. Значения модуля упругости увеличиваются минимально на 40%, максимально в 5,4 раза, значения пластической прочности - минимально на 10-40%, максимально в 28 раз.Studies of the structural and mechanical properties of soil samples filled with a gelling composition have been carried out. As structural and mechanical properties, the elastic modulus and plastic strength were used. The formation of gel in soil samples is accompanied by an improvement in the structural and mechanical properties of soils filled with a solution of a gel-forming composition. The values of the elastic modulus increase by at least 40%, a maximum of 5.4 times, the values of plastic strength - by a minimum of 10-40%, a maximum of 28 times.

Проведено физическое моделирование процесса фильтрации минерализованной воды карьера «Мир» и гелеобразующих композиций при постоянном расходе через модель, заполненную дезинтегрированной кимберлитовой породой из карьера «Мир» (фракция 0,16-0,59 мм) и насыщенную минерализованной водой карьера «Мир», при температурах минус 2°С и плюс 2°С. Использовали растворы гелеобразующей композиции ГАЛКА®. Характеристики композиции, использованной в опытах, приведены в таблице.Physical modeling of the filtration process of mineralized water of the Mir quarry and gel-forming compositions at a constant flow rate through a model filled with disintegrated kimberlite rock from the Mir quarry (fraction 0.16-0.59 mm) and saturated with mineralized water of the Mir quarry was carried out at temperatures minus 2 ° С and plus 2 ° С. Used solutions of the gel-forming composition GALKA ® . The characteristics of the composition used in the experiments are shown in the table.

Исходная газопроницаемость моделей находилась в интервале от 11,852 мкм2 (фиг. 3а) до 14,165 мкм2 (фиг. 3б), противодавление - 7,5 атм. Время испытаний при указанных температурах - от 36 до 48 часов. По полученным данным рассчитывали градиент давления (grad Р, атм/м), коэффициент фильтрации (V, м/сут). Результаты исследований приведены на фиг. 3. Как видно из фиг. 3, закачка гелеобразующей композиции ГАЛКА® приводит к резкому снижению коэффициента фильтрации: от 2,2-2,72 до 0,001-0,02 м/сут для композиции ГАЛКА®. При этом градиент давления возрастает с 0,75-1,5 атм/м до 190-240 атм/м. Таким образом, для тампонирования предохранительного и рудного целика карьера «Мир» предлагается использовать композицию ГАЛКА®. Для закачки гелеобразующих растворов приняты следующие параметры для тампонажных работ: среднее значение пористости 5%, длина скважины 40-50 м, радиус распространения композиции 2-3 м, объем закачки композиции составит ~1 м3 на 1 м проходки (длины скважины), то есть ~50 м3 на одну скважину.The initial gas permeability of the models was in the range from 11.852 μm 2 (Fig. 3a) to 14.165 μm 2 (Fig. 3b), the back pressure was 7.5 atm. The test time at the indicated temperatures is from 36 to 48 hours. The pressure gradient (grad P, atm / m), and the filtration coefficient (V, m / day) were calculated from the obtained data. The research results are shown in FIG. 3. As can be seen from FIG. 3, the injection of the gel-forming composition GALKA ® leads to a sharp decrease in the filtration coefficient: from 2.2-2.72 to 0.001-0.02 m / day for the composition GALKA ® . In this case, the pressure gradient increases from 0.75-1.5 atm / m to 190-240 atm / m. Thus, it is proposed to use the GALKA ® composition for plugging the safety and ore pillars of the Mir quarry. For the injection of gelling solutions, the following parameters for grouting work were adopted: the average value of porosity is 5%, the well length is 40-50 m, the distribution radius of the composition is 2-3 m, the injection volume of the composition will be ~ 1 m 3 per 1 m of penetration (well length), then there is ~ 50 m 3 per well.

При приготовлении гелеобразующей композиции ГАЛКА® используется твердая товарная форма ГАЛКА®, содержащая 30% мас. гидроксохлорида алюминия и 70% мас. карбамида (ТУ 2163-015-00205067-01). Для приготовления 50 м3 гелеобразующей композиции ГАЛКА® необходимы следующие реагенты:In the preparation of the gel-forming composition GALKA ® , the solid commodity form GALKA ® is used , containing 30% wt. hydroxychloride aluminum and 70% wt. carbamide (TU 2163-015-00205067-01). To prepare 50 m 3 of GALKA ® gel-forming composition, the following reagents are required:

Твердая товарная форма композиции ГАЛКА® Solid commodity form of the composition GALKA ® 16,7 т 16.7 t Уротропин технический (гексаметилентетрамин)Technical urotropin (hexamethylenetetramine) 2,5 т 2.5 t Вода (минерализованная вода рудника «Мир» или пресная вода)Water (mineralized water of the Mir mine or fresh water) 30,8 т 30.8 t

Приготовление раствора гелеобразующей композиции ГАЛКА® в промысловых условиях можно осуществлять с использованием либо минерализованной воды рудника «Мир» и пресной воды (способ 1), либо только минерализованной воды рудника «Мир» (способ 2). Предварительно готовят два раствора.The preparation of a solution of the GALKA ® gelling composition under field conditions can be carried out using either mineralized water from the Mir mine and fresh water (method 1), or only mineralized water from the mine Mir (method 2). Two solutions are preliminarily prepared.

По способу 1 готовят раствор добавлением при перемешивании к 1 м3 минерализованной воды рудника «Мир» 1 т твердой товарной формы композиции ГАЛКА®, после растворения получаем ~2 т раствора. Для получения второго раствора к 0.85 м3 пресной воды добавляем при перемешивании 150 кг уротропина, после растворения получаем ~1 м3 раствора. Затем при смешивании ~2 т одного раствора и ~1 т второго раствора получаем после перемешивания ~3 т закачиваемого раствора.According to method 1, a solution is prepared by adding, to stirring, to 1 m 3 of mineralized water from the Mir mine 1 ton of solid commercial form of the GALKA ® composition, after dissolution we obtain ~ 2 tons of solution. To obtain a second solution, we add 150 kg of urotropine to 0.85 m 3 of fresh water with stirring, after dissolution we obtain ~ 1 m 3 of solution. Then, when mixing ~ 2 t of one solution and ~ 1 t of the second solution, we obtain ~ 3 t of the injected solution after mixing.

По способу 2 готовили два раствора. К 0.5 м3 минерализованной воды рудника «Мир» добавляем при перемешивании 1 т твердой товарной формы композиции ГАЛКА®, после растворения получаем ~1.5 м3 раствора 1. Для приготовления второго раствора в 1.35 м3 минерализованной воды рудника «Мир» добавляем 150 кг уротропина, после перемешивания получаем ~1.5 м3 раствора 2. Затем смешиваем два раствора и получаем после перемешивания ~3 т закачиваемого раствора.According to method 2, two solutions were prepared. To 0.5 m 3 of the mineralized water of the Mir mine, we add 1 ton of the solid commercial form of the GALKA ® composition with stirring, after dissolution we get ~ 1.5 m 3 of solution 1. To prepare a second solution in 1.35 m 3 of mineralized water of the Mir mine, add 150 kg of urotropine , after mixing, we obtain ~ 1.5 m 3 of solution 2. Then we mix two solutions and obtain after mixing ~ 3 t of the injected solution.

Контроль прогерметизированного противофильтрационного экрана и верхней части рудного предохранительного целика проводился по данным проницаемости, полученным с помощью комплекса разработанных методов контроля (георадарных, тензометрических, геофизических и др.), а также по данным контрольных скважин, пробуренных в техногенную толщу, которые впоследствии тампонируются, и по фактическим наблюдениям в подземных горных выработках.The sealed antifiltration screen and the upper part of the ore safety pillar were monitored using permeability data obtained using a set of developed control methods (georadar, tensometric, geophysical, etc.), as well as data from control wells drilled into the technogenic stratum, which were subsequently plugged, and according to actual observations in underground mines.

В процессе производства дальнейших подземных горных работ на руднике возможно выполнить дополнительное усиление экранирующих свойств созданного геомеханического экрана путем складирования в выработанном пространстве карьера отвальных пород и последующей их замывкой мелкодисперсными глинистыми хвостами обогатительной фабрики №3. Это позволит уменьшить площади занимаемые отвальными вскрышными породами вблизи городских построек и решить проблему складирования жидких пульпообразных отходов после обогащения кимберлитовой руды.In the process of further underground mining operations at the mine, it is possible to further enhance the shielding properties of the created geomechanical screen by storing dump rocks in the quarry mined out and their subsequent fine-graining clay tailings of concentration plant No. 3. This will reduce the area occupied by dump overburden near urban buildings and solve the problem of storage of liquid pulp-like waste after kimberlite ore dressing.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет полностью герметизировать дополнительный противофильтрационный экран под водоемом после отработки карьера на месторождении трубки «Мир».Thus, the proposed method allows you to completely seal an additional anti-filter screen under a pond after mining the quarry at the Mir pipe field.

Claims (4)

1. Способ герметизации противофильтрационного экрана на дне карьера под водоемом после отработки карьера, включающий нагнетание заполняющих материалов и выдержку до отверждения их, отличающийся тем, что в качестве заполняющего материала в нижнюю часть противофильтрационного экрана, содержащего долеритовые породы, закачивают цементно-песчаный раствор на основе сульфатостойкого или глиноземистого цемента с 2% добавкой хлористого кальция под давлением, превышающим гидростатическое, через скважины, пробуренные из подземных выработок, а после затвердевания созданный породоцементный слой противофильтрационного экрана и верхнюю часть рудного предохранительного целика, оставленного под противофильтрационным экраном, дополнительно тампонируют локальными инъекциями гелеобразующих составов ГАЛКА® на основе системы «гидроксохлорид алюминия - карбамид - уротропин - вода» под давлением, меньшим давления разрыва толщи рудного предохранительного целика.1. A method of sealing an antifiltration screen at the bottom of a pit under a pond after working out the pit, comprising pumping filling materials and holding them until their cure, characterized in that cement-sand mortar is pumped into the lower part of the antifiltration screen containing dolerite rocks sulfate-resistant or alumina cement with a 2% addition of calcium chloride under a pressure exceeding hydrostatic through wells drilled from underground workings, and after hardening, the created rock-cement layer of the antifiltration screen and the upper part of the ore safety pillar left under the antifiltration screen are additionally tamped with local injections of GALKA ® gel-forming compounds based on the system "aluminum hydroxychloride - carbamide - urotropin - water" under a pressure lower than the pressure of the rupture of the thickness of the ore safety target . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что песчано-цементный раствор закачивают под давлением 0,7-0,8 МПа.2. The method according to p. 1, characterized in that the sand-cement mortar is pumped under a pressure of 0.7-0.8 MPa. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что локальные инъекции гелеобразующих композиций проводят под давлением 0,5-0,6 МПа.3. The method according to p. 1, characterized in that the local injection of gel-forming compositions is carried out under a pressure of 0.5-0.6 MPa. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композицию ГАЛКА® закачивают при соотношении компонентов, масс.%:
гидроксохлорид алюминия 5-15 карбамид 20-35 уротропин 3-10 вода остальное
4. The method according to p. 1, characterized in that the composition GALKA ® is pumped at a ratio of components, wt.%:
aluminum hydroxyl chloride 5-15 urea 20-35 urotropin 3-10 water rest
RU2014137520/03A 2014-09-16 2014-09-16 Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion RU2568452C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014137520/03A RU2568452C1 (en) 2014-09-16 2014-09-16 Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014137520/03A RU2568452C1 (en) 2014-09-16 2014-09-16 Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2568452C1 true RU2568452C1 (en) 2015-11-20

Family

ID=54597984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014137520/03A RU2568452C1 (en) 2014-09-16 2014-09-16 Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2568452C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111042817A (en) * 2019-12-06 2020-04-21 长沙矿山研究院有限责任公司 Partition cemented prop wall-cutting filling mining method
RU2757782C1 (en) * 2021-03-23 2021-10-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) Method for forming an anti-filtration barrier for radioactive waste storage facilities
CN114856572A (en) * 2022-03-22 2022-08-05 中南大学 Waste open pit tailing rapid-hardening pelletizing filling method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015248C1 (en) * 1991-12-27 1994-06-30 Осипов Виктор Иванович Method for formation of grouting curtain in loessial soil
RU2130104C1 (en) * 1997-12-09 1999-05-10 Читинский государственный технический университет Method for putting-up of counterfiltration screen and flow-line for its realization
RU2347034C1 (en) * 2007-07-30 2009-02-20 Юрий Викторович Пономаренко Method for water resource protection by means of horizontal (interformation) cutoffs and cutoff erection technique
RU2374386C1 (en) * 2008-07-14 2009-11-27 Открытое Акционерное Общество "Уральский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Галургии" (Оао "Галургия") Method for creation of antifiltration screen with geomembrane from polymer material
RU2467165C2 (en) * 2010-10-11 2012-11-20 Учреждение Российской академии наук Институт химии нефти Сибирского отделения РАН (ИХН СО РАН) Method control over oil deposit development

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015248C1 (en) * 1991-12-27 1994-06-30 Осипов Виктор Иванович Method for formation of grouting curtain in loessial soil
RU2130104C1 (en) * 1997-12-09 1999-05-10 Читинский государственный технический университет Method for putting-up of counterfiltration screen and flow-line for its realization
RU2347034C1 (en) * 2007-07-30 2009-02-20 Юрий Викторович Пономаренко Method for water resource protection by means of horizontal (interformation) cutoffs and cutoff erection technique
RU2374386C1 (en) * 2008-07-14 2009-11-27 Открытое Акционерное Общество "Уральский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Галургии" (Оао "Галургия") Method for creation of antifiltration screen with geomembrane from polymer material
RU2467165C2 (en) * 2010-10-11 2012-11-20 Учреждение Российской академии наук Институт химии нефти Сибирского отделения РАН (ИХН СО РАН) Method control over oil deposit development

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111042817A (en) * 2019-12-06 2020-04-21 长沙矿山研究院有限责任公司 Partition cemented prop wall-cutting filling mining method
RU2757782C1 (en) * 2021-03-23 2021-10-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) Method for forming an anti-filtration barrier for radioactive waste storage facilities
CN114856572A (en) * 2022-03-22 2022-08-05 中南大学 Waste open pit tailing rapid-hardening pelletizing filling method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Pre-grouting reinforcement of underwater karst area for shield tunneling passing through Xiangjiang River in Changsha, China
CN102660952B (en) Controllable clay paste slurry grouting technique
Bell Methods of treatment of unstable ground
RU2537711C1 (en) Erection of tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and/or boil processes
CN102515683B (en) Filling paste prepared from salt deposit exploitation tail salt and consolidated filling method thereof
CN105569071B (en) A kind of slip casting under water of cement-based material or mud jacking block ground mass foundation construction
Littlejohn The development of practice in permeation and compensation grouting: a historical review (1802–2002): part 1 permeation grouting
Kazemian et al. Assessment of stabilization methods for soft soils by admixtures
RU2341658C1 (en) Method of prevention of flooding of potassium mines and hazardous deformations of earth surface at underground water inrush into mines
RU2568452C1 (en) Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion
Bodi et al. Polyurethane grouting technologies
Aksoy Chemical injection application at tunnel service shaft to prevent ground settlement induced by groundwater drainage: A case study
RU2551585C1 (en) Method of sealing impervious screen under water reservoirs after open pit mining
CN113445527A (en) Method for treating leakage of grouting waterproof curtain in underground platform of rail transit
Persoff Control Strategies for Abandoned In-Situ Oil Shale Retorts
CN203905032U (en) Large pond cutting protection structure
RU2543162C1 (en) Method of protection of karst occurrence
Argal Modern Technologies and Problems of Ground Stabilization by Injection.
Kucuk et al. Chemical injection to prevent building damage induced by ground water drainage from shallow tunnels
Daw et al. Grouting for ground water control in underground mining
RU2363848C1 (en) Method of anthropogenic epigenesis of backfilling water permeable areas or zones in salt rock
RU2333320C1 (en) Method of protection of mining work against water intrusion and pollution of water resources by petroleum products in fractured water bearing formations
RU2095574C1 (en) Method for construction of mine shafts in watered unstable rocks
RU2762373C1 (en) Method for creating a geotechnical structure in the ground
Strzałkowski et al. An assessment of the impact of the degree of the filling of shallow voids on the possibility of sinkhole formation on the surface

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170917