S&T (Super Tehnology)

Научно-обоснованный выбор специальных способов проходки вертикальных и наклонных шахтных стволов по интенсивным технологиям с целью защиты их от притоков напорных подземных вод должен базироваться на данных о конкретных свойствах подлежащих тампонированию проницаемых водоносных горизонтов. Для горно-геологических условий Донецкого угольного бассейна, где проницаемые водоносные горизонты представлены в основном, песчаниками, тип коллектора - трещиноватый, трещиноватопористый или пористый является определяющим при выборе способа проходки и разработке мероприятий по водоподавлению.

Водоподавление в пористых породах является одной из труднейших инженерных задач в практике шахтного и подземного строительства. Об этом свидетельствуют высокие остаточные водопритоки при проходке стволов в районах с низкой степенью метаморфизма пород, например Красноармейском, Лисичанском, Ворошиловградском и других. В Донбассе на долю пористых пород приходится 20-30% всех водоносных пород в разрезе. Сложность проблемы определяется широким разнообразием свойств пористых пород. Например, коэффициент проницаемости пористых песча ников варьируется в пределах 10 - 10 м . Крайне низкая проникающая способность традиционных тампонажных растворов на базе вяжущих веществ и отсутствие надежных промышленных технологий химизации пористых пород усугубляют проблему водо- изоляции горных выработок.

При тампонаже трещиновато-пористых пород не удается достичь необходимых радиусов распространения как цементных растворов, так и растворов на глинистой основе из-за их высокой водоотдачи. Вследствие чего при течении растворов по трещинам в трещиновато-пористых породах под давлением происходит отфильтровывание водной фазы из раствора в пористные стенки трещин и кольматация трещин твердой фазой раствора задолго до достижения необходимого радиуса распространения тампонажного раствора. Высокая водоотдача, а, следовательно, и высокая интенсивность отфильтровывания жидкой фазы характерна для нестабильных суспензий, к которым относятся цементные растворы. Тампонажные растворы на глинистой основе с добавками цемента и реагентов-структурообразователей обладают меньшей водоотдачей, вследствие чего они более эффективны для изоляции трещиновато-пористых пород, чем чистые цементные растворы.

На основании анализа геологической информации выявлена взаимосвязь между распространением пористых пород угольных месторождений Донецкого бассейна и степенью метаморфизма горных пород. Установлено, что пористые породы характерны для толщи карбона, вмещающей угли марок от Д до ГЖК. Классификация обводненных горных пород для угольных месторождений Донецкого бассейна с низкой степенью метаморфизма пород, разработанная ГОАО «Спецтампонажгеология» в результате научного обобщения данных о физико-механических и фильтрационных свойствах пористых пород, полученных как в натурных условиях гидродинамическими методами. Так и при лабораторных исследованиях пористости и проницаемости керновых проб, а также опыта применения специальных способов при ведении горных работ в условиях пористых пород, приведена в таблице 1.

В основу классификации положено научное положение о том, что объективной оценкой фильтрационных свойств пористых, трещиновато-пористых или трещиноватых горных пород является их проницаемость. Соотношение коэффициентов проницаемости пористых блоков, полученные по данным лабораторных исследований бурового керна и коэффициентов проницаемости каждого конкретного водоносного горизонта по данным гидродинамических исследований в скважинах, представляет комплексный параметр тампонирования.

Проницаемость пористых песчаников определяется в лабораторных условиях на установке УИПК установка исследования проницаемости керна. Для этого, из бурового керна в лаборатории выбуривается цилиндр пористого песчаника с размерами: диаметр

- 30мм, длина - 70 мм. В специальное устройство установки УИПК устанавливается цилиндрический образец пористого песчаника и после гидрообжима боковых стенок через образец фильтруется жидкость. По перепаду давления и количеству отфильтровав- шейся жидкости рассчитывается коэффициент фильтрации и проницаемости.

Таблица 1

Классификация проницаемых горных пород по комплексному параметру тампонирования для угольных месторождений Донецкого бассейна.