SU1242617A1 - Способ замораживани горных пород при проходке выработок - Google Patents

Description

f12

Изобретение относитс  к шахтному строительству с применением искусственного замораживани  горных пород.

Цель изобретени  - повышение надежности работы замораживающей колон- ки в слабых горных породах за счет обеспечени  работоспособности - при локальных разрывах обсадных труб.

На фиг.1-8 показаны фазы осуществлени  способа.

Предлагаемый способ осуществл ют следующим образом.

После бурени  скважины 1 (фиг.1) ее закрепл ют обсадной колонной 2 (фиг.2) и оснащают замораживающей ко- лонкой, состо щей из .питающей 3 и отвод щей 4 труб (фиг.З). В пространство 5 (фиг.4) между обсадной колонной 2 и отвод щей трубой 4 ввод т через патрубок 6 охлаждающий рассол 7, например раствор хлористого, кальпк , до уровн  8, а сверх него через пат-рубок 6 ввод т в пространство 5 буферный , уменьшающийс  в объеме при замерзании , агент 9 в жидкой фазе с плотностью меньщей, чем плотность охлаждающего рассола 7 (фиг.5). В качестве такого буферного агента 9 может быть применен, например, антифриз Tacon-40 j замерзающий при темпера- туре 40°С, авиационное масло ., .замерзающее при температуре -20-30 С и т.п. производные нефтепро.дуктов. Подава  в колонку охлаждающий рассол 10 (фиг.З), например раствор хлористого кальци , совпадающий по температуре , концентрации с охлаждающим р ас- солом 7 или отличный от него, обеспечивают его циркул цию по подающей 3 .и отвод щей 4 трубам, создава  ледо- породное огражд.ение 1 1, одновременно перевод  буферный агент 9 путем зам.о- раживани  из жидкого состо ни  в твердое при температуре охлаждающего рассола 10,. например -40°С.

В дальнейшем при проходке выработки . 12 (фиг.6) возможно образование разрыва 13 в обсадной трубе 2, через который часть охлаждающего рассола 7 в виде жидкости вытекает в ледопород- ное ограждение 11, образу  талую зону

14.Уровень 8 охлаждающего рассола самопроизвольно опускаетс  до уровн 

15,совпадающего с нижней кромкой разрыва 13 в трубе 2. Между уровн ми

8 и 15 создаетс  безвоздушное прос- транство 16.

Дл  устранени  разрыва 13 трубы 2 в питающую трубу 3 подают охлаждающий

-

9

5 Q . s ,Q .

5

5

0

72

рассол 10 с повышенной температурой, например, , при которой буферный агент 9 переходит в жидкое состо ние и самопроизвольно за счет атмосферного давлерп-ш и силы т жести опускаетс  до уровн  15, частично вытека  в талую зону 14(фиг.7)5 заполн   ее. Над уровнем 17 агента 9 образуетс  воздушна  прослойка 18,

Понижа  т 5мпературу охлаждающего рассола 10 от, например, -30 до -4 О с 5 .перевод т буферный агент 9 из жидкого состо ни  в твердое за счет его замерзани  (фиг,8).. Таким образом устран етс  локальный разрыв в трубе 2, Буферный агент, попавший в ледопородное ограждение 11, также. переходит при .,нии из ;кидкого состо ни  3 твердое npvr его замерзании , причем этот процесс фазового перехода не ссз.пает дополнительных напр жений морозного пучени  на крепь ствола и на обсадную трубу 2,, так как буферный агент 9 при замерзании уменьшаетс  в объеме.

При повторных разрывах обсадной грубы 2 описанна  технологи  ликвидации разрывов (ремонта колонок) повтор етс  Е: соответствии с вышеописанной последовательностью.

Предлагаем 1й способ замораживани  может быть применен также при отсутствии разрывов замораживающих колонок 3 качестве специального способа зо- нахгьногО замораживани . Дл  этого по мере проходки выработки 12 в ледо- породном огра одении 11 (фиг.6) уровень 15 охлаждающего рассола 7 следует поних ать путем, например, подачи сжатого воздуха в пространство 16 (под слой твердого буферного агента 9) с отжатием охланодающего рассола 7 по дополнительной трубке вверх (или же в.низ в замораживающую колонку) в отвод щую трубу 4 через клапан в отвод - ш;ей трубе, открывающийс  только при возрастании давлени  сверх заданного предела в охлаждающем рассоле. 7 (дополнительна  трубка и клапан на чертеже не по1-еазаны).

Контроль уровн  15 охлалсдающего рассола 7 можно осуществл ть, например , специальным поплавковым уровнемером , снабженным радиоактивным изотопом; тензодатчиком, наклеенным на дно обсадной трубы, позвол ющим по давлению жидкости определить ее высоту; мерным тросом с грузом, с помо- щ-ью ультразвука и т,п.

312

Пример. Дл  создани  ледопо- родного ограждени  шахтного ствола глубиной 600 м бур т скважины диаметром 15 см с шагом 120 см, концентрич- но вокруг ствола. Скважины 1 закрепл ют обсадными колоннами 2 (фиг. и 2) диаметром 15,0«0,-6 см и оснащают замораживающей колонной состо щей из стальных питающей 3 (фиг.З) диаметром ,5 см и отвод щей 4 диаметром 13jO,6 см труб. В пространство 5 (фиг.4) между колоннами 2 и 4 ввод т через патрубок 6 охлаждающий рассол

7в.виде, например, раствора хлористого кальци , до уровн  8, а сверх него, через патрубок 6 ввод т в пространство 5 антифриз Тасол-40 9, наход щийс  в жидкой фазе (при температуре +10°С) (фиг.5). Подава  в колонку через трубу 3 раствор х,пористого кальци  при температуре обеспечивают его циркул цию по трубам 3 и 4 создава  ледопородное ограждение 11, одновременно перевод  антифриз 9 путем замораживани  из жидкого состо - ни  в твердое.

В дальнейшем при проходке выработки 12 (фиг.6) буровзрывным способом в слабых пучинистых глинистых породах возможно образование разрыва 13 в трубе 2, через который часть охлакода- ющего рассола 7 вытекает в ледопородное ограждение 11, образу  талую зону 14 диаметром 50 см вблизи колонки. Уровень 8 охлаждающего рассола 7 са мо.произвольно опускаетс  на 150 м до уровн  15, совпадающего с нижней кромкой разрыва 13 в трубе 2. Между уровн ми В и 15 создаетс  безвоздушное теплоизолированное пространство 16 толшщиной 0,4 см и .высотой 150 м.

8таком режиме спецколонки зонального замораживани  в дальнейшем можно частично продолжать проходческие работы в стволе.

Дл  устранени  разрыва 13 (ремонта ) трубы 2 в трубу 3 подают охлаждающий рассол 10 с температурой -30°С, при которг й антифриз Тасол-40 переходит в жидкое состо ние и самопро

Q

, 5

°

0

74

изволыю опускаетс  до уровн  15,

частично вытека  в тгглую зону 14 (фиг.7), заполн   ее. Над уровнем 17 антифриза образуетс  воздушна  прослойка 18.

Понижа  температуру охлаждающего рассола от -30°до , антифриз 9 переходит из жидкого состо ни  в твердое за счет его замерзани  (фиг.8). Таким образом тампонируетс  локальный разрыв в трубе 2. Антифриз, попавший частично в ледопородное ограждение 11, также переходит в дальнейшем при охлаждении в твердое состо ние при его замерзании.

Контроль уровн  15 рассола 7 осуществл ют мерным тросом с грузом в период, когда антифриз 9 находитс  в шщком состо нии (плотность мерного груза должна быть равна 1,3 г/см, т.е. совпадать с плотностью рассола7),

Термическое сопротивление дополнительного сло  7 толщиной 0,4 см незначительно . Его можно уподобить дополнительному слою песчаной породы толщиной 0,4-0,8 см.

Использование предлагаемого способа, замораживани  горных пород при проходке выработок позвол ет рассматривать аварийный разрыв обсадных труб как элемент самонастройки системы, замораживани , так как вытеканием части рассола 7 из пространства между обсадной трубой и колонкой автоматически отключаютс  от дальнейшего замораживани  горные породы ледопородного ограждени , наход щиес  над местом разрыва. Это уменьшает опасность дополнительных разрывов обсадных.труб в пройденной и закрепленной части ствола, например , от напр жений морозного пучени  при пассивном замораживании. В месте вытекани  рассола 7 напр жени  морозного пучени  также уменьшаютс , так как рассол оттаивает часть примыкающих мерзлых пород, однако ввиду ограниченного заданного объема этого рассола (5-8 л) в целом дл  сохранности ледопородного ограждени  он опас- ности не представл ет.

ф11г.

Редактор Н.Данкулич

Составитель Л Черепенкина

Техред Н.Бонкало Корректор Е.Рошко

Заказ 3675/31 Тираж 470 .Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

фиг.4

/// // Фиг.5

Claims (1)

1. СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ПРОХОДКЕ ВЫРАБОТОК, включающий бурение скважины,.закрепление ее обсадной колонной, оснащение последней замораживающей колонкой, обеспечение циркуляции охлаждающего рассола в замораживающей колонке и зональности замораживания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы замораживающей колонки в слабых горных породах за счет обеспечения работоспособности при локальных разрывах обсадных труб, после заполнения пространства между обсадной колонной и замораживающей колонкой охлаждающим рассолом подают буферный агент в жидкой фазе с плотностью, меньшей плотности охлаждающего рассола, переводят буферный агент в твердую фазу путем замораживания, а при разрыве обсадной трубы переводят буферный агент в жидкую фазу путем повышения температуры охлаждающего рассола до температуры; не превышающей 0°С, и тампонируют разрыв обсадной трубы путем перевода буферного агента из жидкой фазы в твердую замораживанием.

   Фиг.1 >

   ямпЗЬв f