Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ЗАМОРАЖИВАНИЯ ОБВОДНЕННЫХ НЕУСТОЙЧИВЫХ ПОРОД ПРИ СООРУЖЕНИИ УСТЬЕВОЙ ЧАСТИ СТВОЛА ШАХТЫ

1.1 Расчет нагрузки на ледопородное ограждение

1.2 Расчет толщины ледопородной кольцевой стенки

1.3 Определение размеров ледопородного ограждения

1.4 Определение количества скважин

1.5 Расчет холодопроизводительности замораживающей станции

1.6 Выбор оборудования замораживающей станции

1.6.1 Выбор компрессора

1.6.2 Выбор конденсатора

1.6.3 Выбор испарителя

1.7 Определение времени замораживания

1.8 Расчет диаметра рассолопровода и выбор рассольных насосов

1.9 Расчет количества воды, циркулирующей в системе, выбор водяных насосов

1.10 Календарный график работ по замораживанию пород

1.11 Расчет режима работы замораживающей станции в пассивный период

1.12 Расчет стоимости работ по замораживанию горных пород

2. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД

2.1 Определение основных параметров цементации

2.1.1 Расположение, количество и длина цементационных скважин

2.1.2 Определение концентрации цементного раствора

2.1.3 Определение радиуса распространения цементного раствора вокруг скважины

2.1.4 Определение давлений нагнетания цементного раствора

2.2 Выбор оборудования

2.3 Определение длины цементационных заходок

2.4 Расчет тампонажной подушки и расход бетона на ее сооружение

2.5 Определение расхода тампонажных материалов

2.6 Определение стоимости работ по предварительной цементации

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Расчет процесса замораживания обводненных неустойчивых пород при сооружении устьевой части ствола шахты

1.1 Расчет нагрузки на ледопородное ограждение

Расчетную горизонтальную радиальную нагрузку на ледопородное ограждение в обводненных неустойчивых малосвязных породах (грунтах) определяют отдельно для каждой литологической разности пород как сумму горного давления пород и гидростатического давления подземных вод [1].

Величину горного давления в неустойчивых обводненных породах определяют по формуле [1]:

,

где i - номер слоя породы;

- объемный вес породы, кН/м3;

h - мощность слоя породы, м;

- угол внутреннего трения породы;

= arctg f,

здесь f - коэффициент крепости горной породы по шкале проф. М.М. Протодьяконова;

Поскольку глина является водоупором, расчетную горизонтальную радиальную нагрузку определяем для истинного плывуна, суглинка плывучего и речников.

В глине

В плывуне

В суглинке

В речнике



Рисунок 1 - Эпюр горного давления

Для пород, залегающих ниже статического уровня подземных вод, рассчитывают гидростатическое давление воды по формуле [1]:

,

где - удельный вес подземных вод, = 10 кН/м3;

- высота статического уровня воды над отметкой глубины, для которой рассчитывают давление, м;

Поскольку истинный плывун, суглинок плывучий и речники залегают ниже статического уровня подземных вод, рассчитываем гидростатическое давление воды:

;

;

.



Рисунок 2 - Эпюр гидростатического давления

Полную нагрузку на ледопородное ограждение определяют как сумму горного и гидростатического давлений:

;

;

.

1.2 Расчет толщины ледопородной кольцевой стенки

Толщину кольцевого ледопородного ограждения Ei рассчитывают отдельно для каждого i-го слоя замораживаемых пород. При глубине залегания замораживаемых пород Hi не более 40 м толщину кольцевого ледопородного ограждения рассчитывают по уравнению Ляме-Гадолина [2]:

где - диаметр ствола вчерне, м;

- допустимое напряжение замороженных пород на сжатие, определяют как cж / kЗ, МПа;

cж - предел прочности замороженной породы на одноосное сжатие [3, таблица 1.1], для истинного плывуна cж = 8 МПа, для суглинка cж = 10 МПа, для речника cж = 12 МПа;

kЗ - коэффициент запаса, kЗ = 4;

Рисунок 3 - Эпюр полной нагрузки

Поскольку истинный плывун залегает на глубине < 40 м, рассчитываем толщину ледопородного ограждения по уравнению Ляме-Гадолина

Для суглинка и речников толщину ледопородного ограждения рассчитываем по формуле Домке [2]:



где - предел длительной прочности замораживаемых пород, = 0,6cж

При буровзрывном способе проходки ствола минимальная толщина ледопородного ограждения должна составлять не менее 3 м. Для дальнейших расчетов принимаем Е = 3 м.

1.3 Определение размеров ледопородного ограждения

При толщине ледопородного ограждения Е ? 5 м применяется однорядное расположение скважин. Диаметр окружности центров замораживающих скважин определяется по формуле [2]:

Где - допустимая максимальная величина отклонения скважины от проектного положения, м;

H - глубина скважины с учетом заглубления на 4 м в подстилающие породы, H = 50,4 м;

Диаметр ледопородного цилиндра вокруг скважины D с учетом отклонения скважин от проектного положения определяют по формуле

где - фактическое расстояние между скважинами, м;

здесь - проектное расстояние между устьями скважин,

Определяем наружный DН и внутренний DВ диаметры ледопородного ограждения с учетом отклонения скважин по формулам [2]:

1.4 Определение количества скважин

Определяем количество замораживающих скважин по формуле [3]:

Принимаем количество замораживающих скважин Количество термонаблюдательных скважин принимаем (не менее 10 % от числа замораживающих скважин). Количество гидронаблюдательных скважин принимаем по числу изолированных водоносных горизонтов [3].

Термонаблюдательные скважины распологают на одной прямой, причем одну из них между замораживающими скважинами, две другие на внутренней и внешней границах ледопородного ограждения, остальные за его пределами.

Гидронаблюдательные скважины распологают внутри замораживаемого контура на расстоянии 1,5-2 м от него из расчета одна скважина на каждый водоносный горизонт.

Схема расположения представлена на рисунке 4.

1.5 Расчет холодопроизводительности замораживающей станции

Холодопередающая способность замораживающих колонок определяется из выражения [3]:

где - поверхность замораживающих колонок, м2;

здесь - высота зоны замораживания,

- диаметр замораживающих труб [4],

удельный тепловой поток, Вт/м2;

здесь - условный тепловой поток [3, таблица 1.2], Вт/м2;

- коэффициент теплопроводности замороженной породы [3, таблица 1.3],

Вт/(м•град);

Холодопередающая способность замораживающей станции определяется из выражения

Схема замораживающей колонки представлена на рисунке 5.



Рисунок 4 - Схема расположения скважин



1 - башмак; 2 - замораживающая труба; 3 - питающая труба; 4 - головка; 5 - соединительная труба; 6 - отводящая труба; 7 - расходомер; 8 - запорный кран; 9 - обратный коллектор; 10 - термометр; 11 - распределительный коллектор

Рисунок 5 - Схема замораживающей колонки

Схема термонаблюдательной скважины представлена на рисунке 6.

1.6 Выбор оборудования замораживающей станции

1.6.1 Выбор компрессора

Предварительно принимаем компрессор АО-1200 со стандартной производительностью [3, таблица 1.4]:



где, - соответственно рабочая и стандартная температуры испарения хладагента [3, таблица 1.4], = -32 єС, = -15 єС;

Количество рабочих компрессоров [3] определяем из выражения

Окончательно принимаем 2 компрессора АО-1200, 1 рабочий и 1 резервный.

Схема компрессора приведена на рисунке 8.

1.6.2 Выбор конденсатора

На каждый компрессор устанавливается один или несколько конденсаторов с рабочей поверхностью FК [3]:

где - удельная тепловая нагрузка для конденсатора, = 4,68 кВт/м2.

По величине FК принимаем два элементных конденсатора 80КЭ с рабочей поверхностью испарения 80 м2 [3].

Схема конденсатора приведена на рисунке 9.



1 - груз для натяжения каната; 2 - канат; 3 - обводные породы;

4 - термодатчики; 5 - труба; 6 - кабель

Рисунок 6 - Схема термонаблюдательной скважины



1 - башмак; 2 - фильтр; 3 - труба стальная

Рисунок 7 - Схема гидронаблюдательной скважины



1 - цилиндр; 2 - шток поршня; 3 - сальник; 4 - направляющие крейцкопоф; 5 - крейцкопфы; 6 - шатун; 7 - картер рамы; 8 - коленчатый вал

Рисунок 8 - Схема компрессора

1 - водяной коллектор; 2 - воздушный кран; 3 - штуцер; 4 - стандартный элемент; 5 - ресивер

Рисунок 9 - Конденсатор аммиачный элементный КЭ

1.6.3 Выбор испарителя

На каждый компрессор устанавливается один или несколько испарителей с поверхностью охлаждения FИ [3]:

где - удельная тепловая нагрузка на испаритель [2], = 2,5 кВт/м2.

По величине FИ принимаем вертикальнотрубный аммиачный испаритель 320-И с поверхностью охлаждения 320 м2 [3].

Принимаем параллельную схему соединения замораживающих колонок.

Схема испарителя представлена на рисунке 10.



1 - маслосборник; 2 - коллектор для отвода масла; 3 - осушитель; 4 -коллектор для отсасывания паров аммиака; 5 - сварной бак; 6 - коллектор для вода жидкого аммиака; 7 - горизонтальные коллекторы; 8 - крышка; 9 - мешалка; 10 - вертикальные трубки; 11 - изоляция

Рисунок 10 - Испаритель аммиачный вертикальнотрубный



1 - компрессор; 2 - маслоотделитель; 3 - конденсатор; 4 - трубопровод; 5 - дроссельное устройство; 6 - испаритель; 7 - грязеуловитель; 8 - хладоноситель; 9 - рассольный бак; 10 - растворомешалка; 11 - насос; 12 - замораживающая колонка; 13 - коллектор; 14 - распределитель; 15 - змеевик испарителя; 16 - градирня; 17 - насос

Рисунок 11 - Схема компоновки замораживающей станции



1 - испаритель; 2 - распределитель; 3 - коллектор; 4 - замораживающие колонки; 5 - обратный рассоловод; 6 - прямой рассоловод; 7 - задвижка; 8 - насос

Рисунок 12 - Схема рассольной сети

1.7 Определение времени замораживания

Определяем удельное теплосодержание пород по формуле [3]:

где- количество холода, необходимое для охлаждения воды от естественной температуры породы tП = 6 єС до температуры замерзания воды t0 = -0 єC;

- количество холода для замораживания воды;

- количество холода для охлаждения льда от температуры замерзания воды t0 до средней температуры замораживания пород tС = -10 єС;

- количество холода для охлаждения породного скелета от естественной температуры породы tП до средней температуры замораживания пород tС;



где - объем воды в 1 м3 породы, м3;

- плотность воды, 1000 кг/м3;

- удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг·єС;

- удельная скрытая теплота ледообразования, = 335 кДж/кг;

- плотность льда, = 900 кг/м3;

- удельная теплоемкость льда, = 2,1 кДж/кг·єС;

- объем породного скелета в 1 м3 породы, м3;

- плотность породного скелета, кг/м3;

- удельная теплоемкость породного скелета, = 0,838 кДж/кг • єС;

Результаты расчета q приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Удельное теплосодержание горных пород

Породы	V1, м3	V2с2	q1, кВт	q2, кВт	q3, кВт	q4, кВт	qп, кВт
Глина	0,3	1500	0,087	1,17	0,066	0,233	1,553
Плывун истинный	0,42	1080	0,122	1,63	0,092	0,168	2,014
Суглинок плывучий	0,4	1200	0,117	1,55	0,088	0,180	1,935
Речники	0,35	1250	0,102	1,36	0,077	0,191	1,729

Для дальнейших расчетов принимаем большее значение удельного теплосодержания пород = 2,014 кВт.

Определяем полное теплосодержание пород в объеме кольцевой ледопородной стенки Q0 по формуле [2]:



Определяем теплоприток из окружающих пород QП по формуле

Где - удельный земной теплоприток, .

Определяем время активного замораживания TА по теплосодержанию пород и холодопередающей способности замораживающих колонок по формуле [3]:

Определяем время активного замораживания TА по скорости нарастания ледопородного цилиндра по формуле [3]:

где R - радиус ледопородного цилиндра вокруг скважины;

V - скорость нарастания ледопородного ограждения в неустойчивых обводненных грунтах, V = 0,025 м/сут.

Окончательно принимаем время активного замораживания

1.8 Расчет диаметра рассолопровода и выбор рассольных насосов

Определяем количество рассола, циркулирующего в сети в единицу времени W, по формуле [3]:

где - количество компрессоров в сети,

- средняя разность температур прямого и обратного рассолопровода, ;

- плотность рассола, = 1290 кг/м3;

- теплоемкость рассола, = 2,66 кДж/кг • єС.

Рассчитываем внутренний диаметр рассолопровода dР по формуле [2]:

замораживание обводненный порода насос

где - скорость движения рассола [4], = 2 м/с.

Согласно ГОСТ 8732-70 “Трубы стальные бесшовные горячедеформированные” [4] принимаем трубу для рассолопровода с наружным диаметром 194 мм и толщиной стенок 4 мм.

Принимаем рассольный насос НБ-125 с максимальной производительностью QН = 0,3 м3/с.

1.9 Расчет количества воды, циркулирующей в системе, выбор водяных насосов

Рассчитываем расход воды, подаваемой в конденсаторы , из выражения

где - разность температур входящей и выходящей воды конденсатора, = 3 єС.

Определяем общий расход воды, циркулирующей в системе, из выражения

где - расход воды для охлаждения компрессора принят по его паспортным данным [2], = 10 м3/ч.

По данным [3] принимаем водяной насос Д-200-95 с производительностью 200 м3/ч и напором 0,95 МПа.

Схема насоса представлена на рисунке 13.

1.10 Календарный график работ по замораживанию пород

Продолжительность оснащения для замораживания, в том числе бурение скважин, принимаем равной нормативной TО = 6 мес., согласно СНиП 1.04.03-85 [3].

Продолжительность активного замораживания определена в разделе 1.7 и составляет TА = 2,7 мес.

Продолжительность пассивного замораживания TП определяем как сумму продолжительностей проходки технологического отхода ствола по замороженным породам tТО, оснащения ствола после проходки технологического отхода tОС (tОС = 1,52,5 мес.) и проходки протяженной части ствола по замороженным породам tПР.



1 - насос; 2 - электродвигатель; 3 - станина

Рисунок 13 - Водяной насос

Глубина технологического отхода ствола для размещения в нем постоянного проходческого оборудования должна составлять не менее 3040 м. Поскольку глубина замораживания составляет Н = 50,4 м, принимаем глубину технологического отхода равной 50,4 м.

Продолжительность проходки технологического отхода ствола при нормативной скорости проходки 15 м/мес определяем по формуле [6]:

Поскольку при проходке протяженной части данного ствола породы не замораживают, продолжительность пассивного замораживания составит

Продолжительность демонтажа оборудования и ликвидации скважин обычно составляет TД = 1,5 мес.

Тогда общая продолжительность работ по замораживанию составит

TОБ = TО + TА + TП + TД = 6 + 2,7 + 3 + 1,5 = 13,2 мес.

1.11 Расчет режима работы замораживающей станции в пассивный период

Определяем суточную продолжительность работы компрессоров замораживающей станции tК для компенсации величины земного теплопритока к ледопородному ограждению в период проходки ствола по замороженным породам [2]:

где - земной теплоприток , = 103 кВ/ч.

1.12 Расчет стоимости работ по замораживанию горных пород

Стоимость бурения замораживающих и контрольных скважин СБ, установки и опрессовки замораживающих колонок СЗК, спуска в колонки питающих труб СПТ, установки и снятия головок с колонок СГ рассчитаны в табличной форме (таблица 2) по сборнику ЕРЕР № 35 [6].

Таблица 2 - Расчет стоимости работ по замораживанию горных пород

Наименование работ	Ед. изм.	Объем работ	Обоснование расценки	Расценка, руб.	Сумма, руб.
Бурение скважин глубиной до 100 м:
- по глине (II категория буримости)	м	347,2	35-3465	1,91	663,15
- по плывуну, суглинку и речникам (III категория буримости)	м	1520	35-3466	3,39	5152,80
Итого:					5815,95
Установка и опрессовка замораживающих колонок	м	37x49,9	35-3523	8,38	15471,99
Спуск в колонки питающих труб	м	33x49,9	35-3525	1,17	1926,64
Установка и снятие головок с колонок	шт.	33	35-3528 35-3530	17,40 1,58	574,2 52,14
Подъем питающих труб	м	33x49,9	35-3527	0,048	79,04
Заполнение скважин цементным раствором	мі	33,2	35-3532	3,38	112,22

• Определяем эксплуатационные расходы по содержанию замораживающей станции в активный период замораживания СА по формуле [3]:
• CА = ЦСТ • TА = 2230 • 80 = 178400 руб.,
• Где ЦСТ - стоимость содержания замораживающей станции в активный период, ЦСТ = 2230 руб./сут.
• Определяем эксплуатационные расходы по содержанию замораживающей станции в пассивный период замораживания СП по формуле
• СП = [ЦСТtК + КЭЦСТ(1 - tК)]ТП = [2230 • 0,19 + 0,2 • 2230(1 - 0,19)]90 = = 70646,4 руб.,
• где КЭ - коэффициент, учитывающий долю расходов на содержание обслуживающего персонала, амортизационных отчислений и других затрат, КЭ = 0,2.

Определяем полную стоимость замораживания горных пород как сумму перечисленных затрат из выражения

СЗ = СБ + СЗК + СПТ + СГ + СППТ + СЗЦР +СА + СП = 5815,95 + 15471,99 +1926,64 + 574,2 + 52,14 + 79,04 + 112,22 + 178400 + 70646,4 = 273078,58 руб.

Полученная сметная стоимость рассчитана в ценах 1984 года. Для определения полной стоимости на третий квартал 2009 года, необходимо умножить на переводной коэффициент 107,45(без учета НДС). Полная стоимость будет равна

Сз = 273078,58 · 107,45 = 29342293,42 руб.

2. Расчет процесса предварительной цементации горных пород

2.1 Определение основных параметров цементации

2.1.1 Расположение, количество и длина цементационных скважин

Принимаем диаметр окружности расположения цементационных скважин в сечении ствола, равным DС = 6,5 м (на 1 м меньше диаметра ствола в свету DСВ = 7,5 м).

Принимаем количество цементационных скважин N = 7 шт. (по величине диаметра ствола в свету DСВ = 7,5 м). Цементационные скважины располагаем вертикально.

Длину скважины принимаем равной суммарной мощности водоносных горизонтов L = 33 + 22 = 55 м. Бурение и цементация скважин производится по методу постепенного сближения.

2.1.2 Определение концентрации цементного раствора

Определяем ориентировочные значения удельных водопоглощений подлежащих цементации горных пород по скважинам из выражения

где - удельное водопоглащение для первой скважины;

- номер скважины согласно очередности их цементации.

Результаты расчета удельных водопоглощений представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты расчета удельных водопоглощений

Интервалы глубины по водоносным горизонтам, м	Удельные водопоглощения пород по скважинам qi • 108 , м2/сПа
	1 скв.	2 скв.	3 скв.	4 скв.	5 скв.	6 скв.	7 скв.
В алевролите (53,4 - 75,4)	10	8,57	7,14	5,71	4,29	2,86	1,43
В песчанике (76,4 - 108,4)	5	4,29	3,57	2,86	2,14	1,43	0,71

По величинам удельных водопоглощений [3] определяем концентрации цементного раствора Ц:В по скважинам. Результаты определения концентраций цементного раствора представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты определения концентраций цементного раствора

Интервалы глубины по водоносным горизонтам, м	Концентрация цементного раствора (Ц:В)
	1 скв.	2 скв.	3 скв.	4 скв.	5 скв.	6 скв.	7 скв.
В алевролите (53,4 - 75,4)	1:2	1:2	1:2	1:2	1:2	1:4	1:4
В песчанике (76,4 - 108,4)	1:2	1:2	1:4	1:4	1:4	1:4	1:4

2.1.3 Определение радиуса распространения цементного раствора вокруг скважины

Величину радиуса распространения цементного раствора вокруг скважины определяем графически (см. рисунок 14), равной R = 5,02 м, из условия наложения зон цементации от соседних скважин друг на друга. При этом за контуром ствола создается цилиндр из затампонированных пород толщиной 3,5 м.



Рисунок 14 - Определение величины радиуса распространения цементного раствора вокруг скважины

2.1.4 Определение давлений нагнетания цементного раствора

Определяем дополнительное давление PД, обусловленное весом раствора в скважине и противодавлением пластовых вод по формуле [3]:

PД = РhС - (Р - В)hП,

где Р и В - удельный вес раствора и воды, Н/м3;

hС и hП - расстояния от устья скважины до верхней отметки цементируемых пород и до статического уровня подземных вод, м.

Поскольку тампонируемые породы отделены от верхних обводненных пород плотной глиной (водоупором), то при нагнетании раствора в скважину противодавление пластовых вод будет отсутствовать, т.е. (Р - В)hП = 0.

Расчет PД производим для наименьшей концентрации цементного раствора Ц:В = 1:4 (Р = 1,14 • 104 Н/м3), так как с увеличением концентрации будет возрастать давление раствора в скважине РhС и, следовательно, уменьшаться начальное давление нагнетания P0, обеспечивающее проникновение цементного раствора в устья вскрытых скважиной трещин.

В алевролите PД = 0, т.к. hС = 0.

В песчанике PД = 1,1410433 = 3,76105 Па.

Определяем начальные давления нагнетания P0, обеспечивающее проникновение цементного раствора в устья вскрытых скважиной трещин, из выражения

P0 = P0 - PД,

где P0 - начальный перепад давления по длине потока раствора в трещинах, необходимый для преодоления гидравлических сопротивлений трещин вблизи скважин, P0 = 2 • 105 Па.

В алевролите P0 = 1 • 105 - 0 = 1 • 105 Па.

В песчанике P0 = 1 • 105 - 3,76 • 105 = -2,76 • 105 Па.

Для обеспечения непрерывности потока раствора в скважине принимаем начальное давление нагнетания цементных растворов P0 = 1 • 105 Па.

Определяем средневзвешенный объемный вес пород , залегающих над кровлей цементируемой зоны, и допустимые конечные давления нагнетания по фактору исключения гидравлического разрыва пород Pmax для каждого водоносного горизонта по формуле [3]:

Pmax = 4L - Р hС,

где L - глубина залегания кровли цементируемой зоны от земной поверхности, м;

- средневзвешенный объемный вес пород, залегающих над кровлей цементируемой зоны, Н/м3.

Для алевролита

Для песчаника

Рассчитываем среднее раскрытие трещин в водоносном горизонте по известным значениям коэффициентов проницаемости K и трещиноватости m горных пород по уравнению [14]:

В алевролите

В песчанике

Рассчитываем конечный перепад давления PК на первой скважине по водоносным горизонтам для нестабильных цементных растворов (Ц:В = 1:4, 1:2) по формуле [3]:



где - коэффициент увеличения раскрытия трещин за счет повышения в них давления [3], = 0,1 • 10-6 Па-1;

- динамическая вязкость цементного раствора, Па • с;

- коэффициент, зависящий от концентрации цементного раствора.

Расчеты PК произведены в табличной форме (таблица 5).

Таблица 5 - Конечный перепад давления нагнетания по первой скважине

Интервалы глубины по водоносным горизонтам, м	Конечный перепад давления нагнетания PК на первой скважине по концентрациям раствора Ц:В, МПа
	1:2	1:4
В алевролите (53,4 - 75,4)	1,34	0,94
В песчанике (76,4 - 108,4)	3,86	2,77

Конечные давления нагнетания по скважинам для заданных концентраций цементного раствора рассчитываем по изменению величины удельного водопоглощения цементируемых пород qi (см. таблицу 3) по формуле [3]:

где n - коэффициент, принимаемый равным 0,275 для растворов с Ц:В 1:1.

Расчеты конечных давлений нагнетания по скважинам произведены в табличной форме (таблица 6).

Таблица 6 - Конечное давление нагнетания по скважинам

Интервалы глубины по водоносным горизонтам, м	Конечные давления нагнетания PК по скважинам, МПа
	1 скв.	2 скв.	3 скв.	4 скв.	5 скв.	6 скв.	7 скв.
В алевролите (53,4 - 75,4)	1,34 Ц:В = 1:2	1,398 Ц:В = 1:2	1,47 Ц:В = 1:2	1,563 Ц:В = 1:2	1,69 Ц:В = 1:2	1,326 Ц:В = 1:4	1,6 Ц:В = 1:4
В песчанике (76,4 - 108,4)	3,48 Ц:В = 1:2	3,65 Ц:В = 1:2	2,66 Ц:В = 1:4	2,85 Ц:В = 1:4	3,11 Ц:В = 1:4	3,52 Ц:В = 1:4	3,91 Ц:В = 1:4

Полученные значения конечных давлений нагнетания по скважинам PК не превышает допустимые давления Pmax по фактору исключения гидравлического разрыва цементируемых пород.

2.2 Выбор оборудования

По максимальной величине конечного нагнетания PК = 3,91 МПа согласно [3] принимаем цементационный насос НБ3-120/40.

Растворонасос НБ3-120/40

Максимальное давление нагнетания ………………………. 4 МПа

Максимальная подача насоса ………………………………. 0,12 м3/мин

Для приготовления цементного раствора согласно [3] принимаем турбулентный растворосмеситель СБ-81.

Растворосмеситель СБ-81

Объем по загрузке ………………………………………….. 1000 л

Объем готового замеса …………………………………….. 800 л

Для накопления готового цементного раствора принимаем побудитель объемом 2,5 м3 (в 3 - 4 раза больше объема растворосмесителя).

По максимальной глубине бурения цементационной скважины, равной 55 м, согласно [3, таблица 2.6] принимаем буровой станок для бурения цементационных скважин диаметром 93 мм ЗИФ-300м с глубиной бурения до 300 м.

Схема размещения оборудования при цементации из забоя представлена на рисунке 15.

1 - электродвигатель; 2 - коробка передач; 3 - платформа; 4 - бак с раствором; 5 - распределитель; 6 - раствора насос; 7 - высоко напорный гибкий шланг; 8 - карданный вал; 9 - побудитель

Рисунок 15 - Растворонасос НБЗ-120/40

Схема турбулентного растворосмесителя приведена на рисунке 16.



1 - бак смесителя; 2 - вал ротора; 3 - ротор; 4 - цепь выгружная; 5 - затвор; 6 - пневмоциллиндр; 7 - загрузочное окно; 8 - корпус подшипников вала ротора; 9 - клиноременная передача; 10 - электродвигатель.

Рисунок 16 - Растворосмеситель СБ-81

Схема бурового станка представлена на рисунке 17.

1 - шкив двигателя; 2 - контрпривод; 3 - буровой насос; 4 - ротор;

5 -зубчатая муфта; 6 - лебедка; 7 - коробка скоростей; 8 - карданный вал; 9 - двигатель; 10 - генератор

Рисунок 17 - Кинематическая схема бурового станка

2.3 Определение длины цементационных заходок

Рассчитываем максимальные длины цементационных заходок lц по водоносным горизонтам для каждой скважины из уравнения [3]:

где, - удельные веса раствора и воды, кН/м3 ( = 10 кН/м3);

производительность цементационного насоса, = 0,12 м3/мин;

коэффициент, учитывающий увеличение сопротивлений скважины и трещин горных пород при переходе от течения в них воды к течению цементного раствора, принимают равным 1,3; 1,4 соответственно для растворов с Ц:В = 1:4; 1:2.

Расчеты максимальных длин цементационных заходок по водоносным горизонтам для каждой скважины произведены в табличной форме (таблица 7).

Таблица 7 - Максимальные длины цементационных заходок

Интервалы глубины по водоносным горизонтам, м	Максимальные длины цементационных заходок , м
	1 скв.	2 скв.	3 скв.	4 скв.	5 скв.	6 скв.	7 скв.
В алевролите (53,4 - 75,4)	9 Ц:В = 1:2	10,32 Ц:В = 1:2	12,13 Ц:В = 1:2	14,72 Ц:В = 1:2	18,75 Ц:В = 1:2	27,45 Ц:В = 1:4	48,79 Ц:В = 1:4
В песчанике (76,4 - 108,4)	7,05 Ц:В = 1:2	8,17 Ц:В = 1:2	9,29 Ц:В = 1:4	11,5 Ц:В = 1:4	15,24 Ц:В = 1:4	22,41 Ц:В = 1:4	43,01 Ц:В = 1:4

Принимаем цементационные заходки длиной:

1-я скважина: l1 = 8 м; l2 = 8 м; l3 = 6 м; l4 = 7 м; l5 = 7 м; l6 = 7 м; l7 = 7 м; l8 = 5 м;

2-я скважина: l1 = 8 м; l2 = 8 м; l3 = 6 м; l4 = 7 м; l5 = 7 м; l6 = 7 м; l7 = 7 м; l8 = 5 м;

3-я скважина: l1 = 11 м; l2 = 11 м; l3 = 9 м; l4 = 9 м; l5 = 9 м; l6 = 6 м;

4-я скважина: l1 = 11 м; l2 = 11 м; l3 = 11 м; l4 = 11 м; l5 = 11 м;

5-я скважина: l1 = 11 м; l2 = 11 м; l3 = 11 м; l4 = 11 м; l5 = 11 м;

6-я скважина: l1 = 22 м; l2 = 17 м; l3 = 16 м;

7-я скважина: l1 = 22 м; l2 = 33 м.

На рисунке 18 представлена схема разделения цементируемых пород на заходки.

Рисунок 18 - Схема расположения цементируемых пород на заходки



Рисунок 19 - Схема размещения оборудования при цементации с поверхности

2.4 Расчет тампонажной подушки и расход бетона на ее сооружение

Для предварительной цементации из технологического отхода ствола следует принимать сферическую тампонажную подушку, передающую давление, как на крепь ствола, так и на горные породы.

На рисунке 20 представлена расчетная схема сферической тампонажной подушки.



Рисунок 20 - Расчетная схема сферической тампонажной подушки

Определяем толщину тампонажной подушки В по формуле [3]:

где - коэффициент перегрузки, = 1,2;

- наибольшее расчетное давление нагнетания раствора, = 3,9 МПа;

r - радиус ствола в черне, r = 4,25 м;

h - стрела сферы, h = 0,3r = 1,275 м;

m - коэффициент условий работы, m = 0,9;

nb - коэффициент относительной прочности бетона, зависящий от возраста бетона при начале инъекционных работ, nb = 0,88;

RH - нормативное сопротивление сжатию бетона подушки, RH = 11,5 МПа;

Определяем угол наклона боковых граней подушки к вертикальной плоскости из выражения

Определяем радиус сферической поверхности подушки rп по формуле

Определяем объем бетона для изготовления подушки VП из выражения

VП = В(r2 + 0,5rВ + 0,1В2) - VЗ,

где VЗ - объем зумпфа в верхней части подушки, создаваемого для сбора промывочной воды и бурового шлама, VЗ = 1,5 м3.

VП = 3,14 • 0,595(4,252 + 0,5 • 4,25 • 0,595 + 0,1 • 0,5952) - 1,5 = 34,67 м3.

2.5 Определение расхода тампонажных материалов

Определяем количество цемента, необходимое для создания вокруг ствола цементационной завесы требуемых размеров Gi, по формуле [3]:

Где RЗ - радиус цементационной завесы, RЗ = (4,25+3,5) = 7,75 м (см. раздел 2.1);

Li - мощность водоносного горизонта, м;

mi - коэффициент трещиноватости пород водоносного горизонта;

- коэффициент увеличения раскрытия трещин, = 0,1 МПа-1;

- среднее конечное давление нагнетания раствора при цементации водоносного горизонта, МПа (см. разд. 2.1);

- количество цемента, необходимое для образования 1м3 тампонажного камня, = 1,5 т/м3;

В алевролите

В песчанике

Общий расход цемента на цементации пород составит

GОБЩ = 117,55 + 373,16 = 490,71 т.

Расход хлористого кальция, добавляемого в цементный раствор, составляет 3 % от массы цемента, т.е.

490,71 • 0,03 = 14,42 т.

2.6 Определение стоимости работ по предварительной цементации

Определяем объем раствора одной концентрации QР по формуле

где G - общий расход цемента на цементацию пород, G = 490710 кг;

- доля концентрации цементного раствора, = 50 %;

g - расход цемента для приготовления 1 м3 цементного раствора заданной концентрации, кг/м3 (для растворов с Ц:В = 1:4, 1:2 соответственно составляет g = 232, 428 кг/м3);

Определяем объем разбуривания скважин по неполностью схватившемуся цементному раствору по данным раздела 2.3

1-я скважина LР = 8 + 16 + 22 + 29 + 36 + 43 + 50 = 204 м.

2-я скважина LР = 8 + 16 + 22 + 29 + 36 + 43 + 50 = 204 м.

3-я скважина LР = 11 + 22 + 31 + 40 + 49 = 153 м.

4-я скважина LР = 11 + 22 + 33 + 44 = 110 м.

5-я скважина LР = 11 + 22 + 33 + 44 = 110 м.

6-я скважина LР = 22 + 39 = 61 м.

7-я скважина LР = 22 = 22 м.

LОБЩ = 204 + 204 + 153 + 110 + 110 + 61 + 22 = 864 м.

Расчет стоимости работ произведен в таблице 8.

Таблица 8 - Стоимость работ

Наименование работ и затрат	Объем работ	Расценка, руб.	Номер расценки	Общая стоимость, руб.
	Ед. изм.	Количество
Устройство бетонной тампонажной подушки	м3	34,67	33,50	35-3406	1161,44
Бурение тампонажных скважин: по алевролиту ( f = 4,5 ) по песчанику ( f = 7 )	м м	154,00 231,00	4,75 6,56	35-3416 35-3418	731,50 1515,36
Разбуривание скважин по неполностью схватившемуся цементному раствору ( f = 1 )	м	864,00	2,25	35-3410	1944,00
Приготовление и нагнетание цементного раствора Ц:В = 1:4 Ц:В = 1:2	м3 м3	1057,56 573,26	12,80 21,90	35-3428 35-3426	13536,77 12554,39
Разборка тампонажной подушки (3,7520,595)	м3	26,27	22,30	35-3421	585,82
ИТОГО:					32029,28

Полученная сметная стоимость рассчитана в ценах 1984 года. Для определения фактической стоимости на третий квартал 2009 года, необходимо умножить на коэффициент 107,45(без учета НДС). Стоимость работ будет равна

Ср = 32029,28 · 107,45 = 3441546,13 руб.

Список литературы

1. СНиП II-94-80. Подземные горные выработки. - М. : Стройиздат, 1982. - 28 с.

2. Насонов, И. Д. Технология строительства подземных сооружений : в 3 ч. 3 : учеб. для вузов / И. Д. Насонов, В. А. Федюкин, М. М. Щуплик. - М. : Недра, 1983. - 311 с.

3. Проектирование замораживания и цементации горных пород при строительстве выработок шахт : учеб. пособие для вузов / А. П. Политов, А. В. Угляница, Цзяо Ви-го, В. В. Першин ; КузГТУ. - Кемерово, 2003. - 56 с.

4. ГОСТ 8732-78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные : Введ. 01.01.79. - М. : Изд-во стандартов, 1991. - 15 с.

5. СНиП 12-01-2004. Организация строительства / Госстрой РФ. - М. : ФГУП ЦПП, 2004. - 26 с.

6. СНиП 3.02.03-84. Подземные горные выработки. - М.: ЦИТП Госстроя, 1985. - 15 с.

7. Сборник № 35 единых районных единичных расценок на горнопроходческие работы, привязанных к местным условиям Кемеровской области. т. 1. кн. 4. Горнопроходческие работы, выполняемыми обычными, специальными способами, сооружение скважин с поверхности / Сибгипрошахт. - Кемерово, 1984. - 79 с.

Размещено на Allbest.ru