МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР Управление «Спецтампонажгеология»

НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Раздел „Предварительное подавление водопритоков при проходке шахтных стволов методом тампонажа горных пород"

_^вн!0_⁶~⁷⁶ МИНУГЛЕПРОМ СССР

Утверждены 20 ноября 1976 г. Минуглепромом СССР по согласованию с Госстроем СССР

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР Управление «Спецтампонажгеология»

НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Раздел „Предварительное подавление водопритоков при проходке шахтных стволов методом тампонажа горных пород"

_ВНТП 6-76

МИНУГЛЕПРОМ СССР

Утверждены 20 ноября 1976 г. Минуглепромом СССР по согласованию с Госстроем СССР

3. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ

3.1.    Комплексный метод тампонажа обводненных трещиноватых горных пород предусматривает использование высокоэффективных пластичных глиноцементных тампонажных растворов. В отдельных случаях, если это вызывается необходимостью, допускается применение других тампонажных растворов.

3.2.    При выборе рецептуры тампонажного раствора необходимо руководствоваться следующими критериями: глиноцементный раствор должен удовлетворительно прокачиваться поршневыми насосами тампонажных агрегатов, рбладать максимально высокими структурно-механическими свойствами и быть устойчивым к агрессивному воздействию подземных вод.

3.3.    Глиноцементные тампонажные растворы следует составлять путем добавления в необходимой пропорции в исходный глинистый раствор сухого цемента и реагентов-струк-турообразователей.

3.4.    Для приготовления глиноцементных растворов необходимо использовать комовые глины полиминерального комплекса с содержанием песка не более 8—10%.

3.5.    Глинистые растворы, используемые для приготовления глиноцементных тампонажных растворов, должны иметь следующую качественную характеристику:

—    удельный вес, у = 1,184- 1,40 г/см³;

—    содержание песка П < 5%;

—    условную вязкость по СПВ—5, Т = 304-90 сек;

—    статическое напряжение сдвига, 9=504-150 мг/см²;

—    водоотдачу по ВМ—6, В=25-445 см³ за 30 мин.

3.6.    Химический состав цемента, принятый для приготовления глиноцементного раствора, должен соответствовать характеру агрессивности подземных вод. В связи с повышенными требованиями к активности цемента в начальный период структурообразования следует применять цементы марки не ниже «400».

3.7.    Дополнительные реагенты-структурообразователи глиноцементных растворов (жидкое стекло, кальцинированная сода, хлористый кальций и др.) следует подбирать в соответствии с условиями использования тампонажного раствора (агрессивностью подземных вод) и свойствами основных составляющих компонентов — глины и цемента.

Ю

3.8.    Глиноцементный раствор, состоящий из глин, соответствующих требованиям, изложенным в п. 3.4. и предназначенный для использования в условиях сульфатной агрессии подземных вод, должен иметь следующее среднее содержание составляющих компонентов:

—    глина комовая 25—45%;

—    сульфатостойкий портландцемент М-400, — 8—10%;

—    натриевое жидкое стекло с модулем (2,84-3,2) — 0,8—

1,0%;

—    вода техническая 45—65%.

3.9.    Глиноцементные тампонажные растворы, отличающиеся по составу от приведенных в п. 3.8, подлежат исследованиям для установления их соответствия техническим условиям, изложенным в п. 3.2. При этом, во всех случаях, глиноцементные растворы должны иметь следующие реологические и структурно-механические характеристики:

—    динамическое напряжение сдвига, т=504-200 н/м²;

—    статическое напряжение сдвига, 0=1,54-5,0 г/см²;

—    пластическую прочность структуры (по методике академика Г1. А. Ребиндера) через 1 мин. после приготовления, Pm =1,54-5,0 г/см²;

—    пластическую прочность через 10 суток после приготовления, PJ, не менее 1,5 кг/см².

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ЗАВЕС

4.1.    Изоляционные завесы вокруг шахтных стволов проектировать в соответствии с «Типовой схемой расчетов параметров изоляционных завес при сооружении стволов» и «Логико-информационной моделью расчетов водоподавления комплексным методом».

4.2.    Проектные параметры изоляционных завес вокруг шахтных стволов должны обеспечивать получение их прочностных и изоляционных характеристик, удовлетворяющих требованиям к условиям проходки ствола, изложенным в СНиП,

ч. III, раздел Б, гл. 9.69.

4.3.    При проектировании предусматривать формирование изоляционных завес, как правило, раздельно по каждому водоносному горизонту. Допускается группирование близлежащих водоносных горизонтов в отдельную заходку для тампонирования при условии равенства коэффициентов их проницаемости и гидростатических напоров подземных вод.

4.4. Общие размеры изоляционной завесы вокруг ствола шахты в каждом из водоносных горизонтов рассчитывать из условия устойчивости тампонажного раствора в трещинах максимального раскрытия по уравнениям:

р a*6max*Pi< I _{г    т}

^R,-"4S] ⁺”    ^(|)

Ri=е (R2— г_с)+г_с    (2)

где: Ri и R2—размеры изоляционной завесы в направлении основных систем трещиноватости, м;

а—коэффициент запаса прочности изоляционной завесы;

бшах—максимально наблюденное раскрытие трещин на участке, м;

Р_к— напор подземных вод, кг/см²;

г_с — радиус шахтного ствола в проходке, м;

[Рш] — допустимая пластическая прочность тампонажного раствора, кг/см²;

е — коэффициент трещинной анизотропии.

4.5 Величину допустимой пластической прочности глиноцементных растворов следует определять по данным экспериментальных лабораторных и производственных исследований и в соответствии с теорией прочности сопротивления материалов.

4.6.    Коэффициент запаса прочности а принимать в пределах 2-г5 с учетом сложности горногеологических условий и достоверности используемых для расчетов исходных данных.

4.7.    Оптимальное число точек нагнетания (скважин) для формирования изоляционной завесы в каждом отдельном водносном горизонте следует определять графическим путем (см. рис. 1) исходя из общих размеров изоляционной завесы и максимально-возможного расчетного контура распространения тампонажного раствора из одиночной скважины.

4.8.    Размеры контура распространения тампонажного раствора при нагнетании из отдельной скважины следует определять по уравнениям, исходя из гидродинамических свойств конкретного водоносного горизонта, реологической

характеристики раствора и технических понажного оборудования:

6₂₂ ДР

г₂=    —-

2т

г, = е-г₂    (4)

где: Г| и г₂ — радиусы распространения тампонажного раствора в направлении систем трещиноватости, м;

6₂₂ — раскрытие трещин основной системы, м;

ДР — перепад давления при течении тампонажного раствора в трещинах горных пород, кг/см²; т—динамическое напряжение сдвига, кг/см²; е— коэффициент трещинной анизотропии;

ЛР рассчитывается по уравнению:

ДР = Р_Н+Р_Г-ДР_Т-Р_К    (5)

где: Рн — давление, развиваемое насосом в принятом оптимальном режиме, кг/см²;

Р_Р — гидростатическое давление столба тампонажного раствора в трубах, кг/см²;

13

ДР_Т — потери напора при течении тампонажного раствора в скважине, кг/см²;

Р_к — напор подземных вод, кг/см².

4.9.    Количество тампонажных скважин и схема рационального их расположения на поверхности около шахтного ствола определяется графическим путем (см. рис. 2) с учетом следующих факторов:

—    естественного искривления скважин на участке работ;

—    количества и глубины залегания водоносных горизонтов;

—    элементов простирания основных систем трещиноватости;

—    расположения проходческого оборудования, зданий и сооружений на площадке строительства шахтного ствола;

—    возможности совмещения тампонажных работ с работами по оснащению ствола к проходке.

4.10.    Объем тампонажного раствора для формирования изоляционных завес вокруг ствола V определяется по формулам:

V = 2V,    (6)

i-i

Vj=Jt‘ri-r2-M-m_T*n    (7)

где:    Vj — объем тампонажного раствора для изоляции

водоносного горизонта, м³;

Г1 и г₂ — радиусы распространения тампонажного раствора в направлении основных систем трещиноватости, м;

М — мощность водоносного горизонта, м; ш_т — скважность (трещинная пустотность) горных пород, доли ед., п — количество скважин, предназначенных для тампонажа данного конкретного водоносного горизонта

S. БУРЕНИЕ ТАМПОНАЖНЫХ СКВАЖИН

5.1. Тампонажные скважины относятся к классу специальных скважин. Поэтому оборудование, предназначенное для их бурения, должно обеспечивать:

—    направленную забурку скважин и возможность их бурения в сложных горногеологических условиях;

—    возможность выполнения в скважинах специальных работ — установку и снятие отклоняющих устройств, паке-ров, тампонажных пробок и др.

14

СОСТАВИТЕЛИ:

управление «Спецтампонажгеология» объединения «Укруглегео* логия» Минуглепрома УССР (Э. Я. Кипко, В. А. Лагунов, Ю. А. Полозов);

институт «Южгипрошахт» В. О. «Союзшахтопроект» Минугле* прома СССР (Я. Я. У майский)-,

отдел горной промышленности Главгосэкспертизы Госстроя СССР (Е. В. Петренко, Ю. И. С вире кий);

Московский горный институт (И. Д. Насонов).

Министерство угольной промышленности СССР (Минуглепром СССР)

Нормы технологического проектирования угольных шахт. Раздел «Предварительное подавление водоприто-ков при проходке шахтных стволов, методом тампонажа горных пород*

ВНТП 6—76 Минуглепром СССР

---

ВВЕДЕНИЕ

В основу разработки «Норм технологического проектирования...» положены решения XXV съезда КПСС, директивные указания Совета Министров СССР, Госстроя СССР и Минуглепрома СССР по вопросам капитального строительства, ориентирующие на прогрессивные методы производства работ и использование новейших достижений науки и техники.

В «Нормах технологического проектирования...» даются принципиальные указания по выбору основных параметров водоподавления при сооружении шахтных стволов с использованием комплексного метода тампонажа обводненных горных пород. Предусматривается применение передовых методов проектирования с использованием для оптимизации проектных решений экономико-математических моделей и ЭВМ.

Подавление притоков воды в трещиноватых горных породах по данному методу осуществляется с помощью изоляционных завес.

Внесены Всесоюзным объединением «Союз-шахтопроект» Минуглепрома СССР Утверждены Минуглепромом СССР по согласованию с Госстроем СССР (протокол Минуглепро-ма СССР от 20 ноября 1976 г., письмо Госстроя СССР от 19 марта 1976 г. № АБ—1172-20/3)

Введены в действие с 1 января 1977 года 3

---

При проектировании изоляционных завес наряду с настоящими «Нормами технологического проектирования...» следует руководствоваться прилагаемыми «Логико-информационной моделью расчетов параметров водоподавления комплексным методом», «Типовой схемой расчетов параметров изо ляционных завес при сооружении стволов», а также «Инструкцией по исследованию проницаемых горизонтов в скважинах расходомером ДАУ-ЗМ», разработанной управлением «Спец-тампонажгеология» и утвержденной объединением «Союз-углегеология» 1 ноября 1971 г.

В нормы включены также указания по проектированию технологического комплекса для приготовления глиноцементных и тампонажных растворов, выбору и приготовлению тампонажных растворов, отражающие специфику применения комплексного метода тампонажа.

Основные положения «Норм технологического проектирования...» могут быть также применены при проектировании и производстве работ по подавлению остаточных притоков в стволы шахт, по предварительному тампонажу обводненных горных пород при прохождении горизонтальных выработок, при укреплении горных пород с целью облегчения крепей и при укреплении массива в основании зданий и сооружений.

Данные «Нормы технологического проектирования...» могут применяться не только в угольной, но в других горнодобывающих отраслях промышленности при проектировании мероприятий по предварительному подавлению водопритоков при проходке шахтных стволов с применением комплексного метода тампонажа горных пород.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Применение научно обоснованного комплексного метода тампонажа трещиноватых горных пород обеспечивает надежное предварительное подавление притоков подземных вод при сооружении шахтных стволов. Этот метод базируется на полном инженерном расчете основных параметров процесса тампонажа: размеров изоляционных завес вокруг ствола в каждом из водоносных горизонтов, контуров распространения тампонажного раствора из отдельных скважин, количества скважин и режимов нагнетания растворов. Эти расчеты должны осуществляться на основе изучения и анализа геологической характеристики трещиноватости горных пород на участке, а также — гидродинамических и геофизических исследовании в контрольно-разведочных и тампонажных скважинах.

В соответствии с основными положениями комплексного метода, наклонно-направленные скважины располагаются на значительном удалении от ствола, что позволяет повысить эффективность тампонажа и значительно сократить срок подготовительного периода строительства за счет совмещения тампонажных работ с работами по оснащению проход ки ствола. В качестве тампонажного материала применяются недорогие и недефицитные глиноцементные тампонажные растворы, характеризующиеся высокой пластической прочностью, седиментационной устойчивостью и интенсивностью процессов структурообразования. Нагнетаются тампонажные растворы изолированно в каждый водоносный горизонт с использованием ряда специальных пакерующих устройств, при этом осуществляется систематический контроль качества тампонажных работ по специально разработанной методике.

1.2.    При проектировании работ по тампонажу обводненных трещиноватых горных пород комплексным методом следует руководствоваться прилагаемой «Типовой схемой расчета параметров формирования изоляционных завес» и «Логико-информационной моделью».

1.3.    Область применения комплексного метода тампонажа трещиноватых обводненных горных пород определяется:

—    величиной раскрытия трещин более 0,2-4-0,3 мм. При раскрытии трещин менее 0,2-4-0,3 мм целесообразно применять другие способы водоизоляции, например, химизацию, силикатизацию и др., или предусматривать специальные работы по предварительному гидрорасчленению и гидроразрыву горных пород;

—    величиной притоков воды в ствол шахты более 8 м³/час;

—    технико-экономическими обоснованиями как для условий строительства новых, так и углубки действующих стволов шахт.

1.4.    При проектировании тампонажных работ по подавлению водопритоков в стволы шахт с применением комплексного метода предусматривать:

— применение наиболее эффективных методов исследования гидродинамических свойств водоносных горизонтов в тампонажных скважинах;

—    применение упрощенных конструкций скважин;

—    применение наиболее производительных способов и средств бурения тампонажных скважин;

—    использование эффективных технологических схем тампонажа;

—    выбор наиболее эффективных составов глиноцементных тампонажных растворов;

—    использование высокопроизводительного оборудования для приготовления и нагнетания тампонажных растворов;

—    механизацию вспомогательных работ и технологических операций при производстве тампонажа;

—    контроль технологических параметров в процессе формирования изоляционных завес и качества выполненных тампонажных работ по каждому горизонту.

1.5.    В проектах предусматривать применение отечественного высокопроизводительного оборудования. При необходимости применения импортного оборудования приводить соответствующие технико-экономические обоснования.

1.6.    Выполнение тампонажных работ следует предусматривать до начала проходки ствола в подготовительный период до возведения основных зданий и сооружений.

1.7.    Обеспечение тампонажных работ электроэнергией, водой, теплом, связью, дорогами должно решаться комплексно, в увязке с общим проектом строительства шахты.

6

1.8.    При проектировании тампонажных работ предусматривать максимальное использование временных и постоянных зданий и сооружений, предназначенных для строительства шахты (ЛЭП, электроподстанции, водопроводы, котельные, линии связи, складские помещения и т. п.).

1.9.    Временные здания и сооружения технологического комплекса для приготовления глинистых и тампонажных растворов предусматривать в непосредственной близости к стволу, не допуская занятия земель, сверх отведенных для строительства шахты.

1.10    Режим работы буровых и тампонажных бригад принимать непрерывным.

1.11    При проектировании предварительного водоподав-ления необходимо предусматривать мероприятия, обеспечивающие бесперебойную работу оборудования, применяемого при выполнении тампонажных работ. Особое внимание на эти вопросы необходимо обращать при расположении проектируемых шахтных стволов в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему районах.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНЫМ ДАННЫМ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1. Генеральная проектная организация, проектирующая строительство нового (или реконструкцию действующего) горного предприятия, обеспечивает специализированную организацию, разрабатывающую проект тампонажных работ, необходимыми исходными данными, в состав которых в обязательном порядке должны входить следующие сведения:

—    географическое и административное положение месторождения полезного ископаемого и участка, где намечено пройти ствол, рельеф поверхности, гидрографическая сеть района, местные климатические условия;

—    экономическое положение района, транспорт, энергетическая база, источники водо- и теплоснабжения, наличие местных строительных материалов, пригодных для изготовления тампонажных растворов;

—    геологическая и гидрогеологическая характеристика объекта работ;

—    техническая характеристика ствола (стволов);

—    основные положения проекта организации и очередности строительства надшахтных зданий и сооружений в увязке с организацией и сроками сооружения ствола шахты.

7

2.2.    Техническая характеристика ствола (стволов) должна содержать сведения о назначении ствола, проектной глубине, диаметрах в свету и проходке, виде и параметрах крепи, отметках устья и забоя.

2.3.    Геологическая характеристика участка работ должна составляться по данным геологического отчета о проведенных разведочных работах на месторождении и заключения об условиях проходки ствола по данным бурения контрольнотехнической скважины с обязательным включением следующих разделов:

—    стратиграфия (принятая стратиграфическая схема; мощность и пространственное расположение стратиграфических горизонтов);

—    тектоника (характеристика основных элементов тектоники месторождения и участка; закономерность проявления нарушений, их амплитуды и элементы залегания; характер мелкоамплитудных нарушенностей);

—    литология (литологический состав пород, слагающих участок; категория пород по буримости; характер трещиноватости горных пород; пористость и скважность или трещинная пустотность горных пород).

2.4.    Характеристику трещиноватости пород следует проводить на основании анализа материалов геологоразведочных работ, наблюдений и описаний трещиноватости в обнажениях пород на поверхности и в горных выработках близлежащих шахт. В результате должны быть получены исчерпывающие исходные данные, характеризующие:

—    интенсивность развития трещиноватости горных пород;

—    максимальное раскрытие трещин;

—    раскрытие трещин по различным литологическим толщам;

—    количество и элементы залегания систем трещин по данным построения круговых диаграмм трещиноватости;

—    трещинную анизотропию горных пород.

2.5.    Гидрогеологическая характеристика участка работ, составленная на основании анализа материалов гидрогеологического заключения по результатам бурения контрольнотехнической скважины и данных о водопритоках при проходке горных выработок близлежащих шахт, должна содержать следующие данные:

—    характеристику водоносных горизонтов, их мощность и глубину залегания;

8

—    прогнозные притоки воды в ствол по каждому водоносному горизонту;

—    гидростатические напоры подземных вод;

—    коэффициенты фильтрации и проницаемости водоносных горизонтов.

2.6.    При бурении контрольно-технических скважин, для получения полных и достоверных исходных материалов, указанных в п. 2.5., необходимо в обязательном порядке выполнять следующие исследования:

—    расходометрические исследования при пробуривании каждого водоносного горизонта;

—    исследования гидродинамических свойств водоносных горизонтов методом восстановления давления в скважине;

—    исследования свойств горных пород методами стандартного геофизического каротажа.

2.7.    Расходометрические исследования следует выполнять в соответствии с «Инструкцией по исследованию проницаемых горизонтов в скважинах расходомером ДАУ-ЗМ» (Мин-углепром СССР, 1971 г.).

2.8.    Характеристика трещиноватости обводненных горных пород, составляемая по результатам исследований, перечне ленных в п. п. 2.5 и 2.6, должна содержать оценку достоверности используемых исходных данных и материалов.

2.9.    Характеристика подземных вод, согласно СН—249—63 и «Норм и технических условии Н—114—54 (Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды — среды)», должна содержать следующие параметры: вид и степень минерализации, жесткость, показатель кислотности pH, вид и степень агрессивности по отношению к цементам и металлам.

2.10.    Геологические и гидрогеологические данные, перечисленные в п. п. 2.3, 2.4, 2.5 и 2.8, должны быть представлены генеральной проектной организации геологоразведочной организацией, которая осуществляла бурение контрольно-технической скважины и составляла геологическое заключение об условиях проходки проектируемого ствола шахты. Генеральная проектная организация изучает указанные исходные данные, оценивает их достоверность и передает в установленном порядке специализированной организации, разрабатывающей проект тампонажных работ.

9