Обґрунтування параметрів тампонажу зон розущільнення породного массиву в’язкопластичними розчинами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обґрунтування параметрів тампонажу зон розущільнення породного массиву в'язкопластичними розчинами

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Тривала експлуатація об'єктів підземного та гідротехнічного будівництва, інтенсивна розробка енергетичної, хімічної і будівельної сировини в Україні, а також ряд інших причин зумовлюють зміну первісної гідро- і геодинаміки приповерхневої частини Земної кори. У результаті цього відбувається зміна фізико-механічних властивостей порід в локальних зонах гірського масиву. Утворюються ослаблені, водопроникні, розущільнені зони. У масиві порід гірничих та гідротехнічних об'єктів такі зони мають хаотичне розташування, локальну структуру і проявляються, як правило, у слабких дисперсних породах (піщаних, глинистих). При дослідженні таких зон методами геофізики вони проявляються як аномальні сплески в порівнянні із загальним фоном. Розвиток розущільнених зон в інженерній споруді або поблизу її, безумовно, сприяє розвитку аварійної ситуації. Для стабілізації масиву й запобігання аварійної ситуації необхідно перевести ослаблену, розущільнену зону до її первісних властивостей. Найбільш доцільним з техніко-економічної точки зору є спосіб тампонажу в'язкопластичним розчином з гідророзчленуванням ослабленої зони. Такий спосіб ліквідації розущільнених зон породного масиву може бути реалізований із використанням наукових основ і технологічних принципів комплексного методу тампонажу гірських порід.

У зв'язку із цим, актуальною науково-технічною задачею є обґрунтування технологічних параметрів тампонажу, які дозволять гарантовано стабілізувати розущільнену зону, шляхом консолідації порід і переведення їх до первісних властивостей.

Науковою задачею роботи є встановлення закономірностей зміни фільтраційних і міцнісних властивостей порід розущільненої зони у процесі її тампонажу в'язкопластичними розчинами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до координаційного плану держбюджетних тем Міністерства освіти і науки України №39 за напрямком «Гірничі науки», тема 112 «Розробити наукові основи нової техніки і технології підземного видобутку вугілля» (№ держреєстрації 01198U0000882) і згідно наказу Міністерства промислової політики України №221 від 15.05.02 р. по темі «Розробити комплексний проект консервації рудника №2 і рекультивації порушених земель Стебницького ДГХП «Полімінерал»».

Мета і задачі досліджень. Мета роботи полягає в обґрунтуванні технологічних параметрів тампонажу розущільнених зон масиву гірських порід в'язкопластичними розчинами для забезпечення надійності та екологічної безпеки інженерних об'єктів.

Для досягнення поставленої мети в дисертації ставляться і вирішуються наступні задачі:

1. Виконати аналіз властивостей і особливостей прояву розущільнених зон у породних масивах. Розробити модель зони розущільння й процесу її тампонажу в'язкопластичними розчинами.

2. Дослідити процес течії в'язкопластичного розчину в каналі гідророзриву, а також технологічні параметри тампонажу зон розущільнення.

3. Установити залежності основних фільтраційних та міцнісних властивостей розущільнених порід від технологічних параметрів нагнітання тампонажного розчину.

4. Розробити методику проектування технологічних параметрів тампонажу зон розущільнення в'язкопластичними розчинами та впровадити її на практиці.

Об'єкт досліджень - технологія ліквідації зон розущільнення способом тампонажу в'язкопластичними розчинами.

Предмет досліджень - властивості розущільнених зон залежно від технологічних параметрів тампонажу.

Ідея роботи полягає у використанні закономірностей процесу консолідації розущільнених зон для обґрунтування технологічних параметрів їх тампонажу в'язкопластичними розчинами.

Методи досліджень. Для досягнення мети і вирішення задач, поставлених у даній дисертації, був виконаний комплекс теоретичних та експериментальних досліджень, що включає аналіз й узагальнення спеціалізованої літератури в даній області, проведення аналітичних, лабораторних і стендових експериментів, натурних досліджень і статистичний аналіз отриманих результатів. В області теоретичних досліджень розглядалися теорії підземної гідродинаміки, механіки ґрунтів, математичного моделювання. Для експериментальних досліджень застосовувалися лабораторні методи визначення інженерно-геологічних властивостей порід і властивостей тампонажних розчинів, моделювання процесу тампонажу розущільнених зон на спеціальному стенді. Обробка експериментальних даних виконувалася на ПЕОМ методами математичної статистики та кореляційно-регресійного аналізу.

Наукові положення, які виносяться на захист:

1. Гідродинамічний вплив в'язкопластичного розчину на розущільнену зону при тиску до 8 МПа приводить до зміни фізико-механічних властивостей ґрунту за рахунок формування системи фільтраційних каналів й ущільнення скелета ґрунту, причому тиск ін'єкції лінійно розподіляється уздовж каналу течії розчину, а усі властивості ґрунту взаємозалежні й визначаються значенням початкового коефіцієнта деконсолідації, що дозволяє детерміновано описати процес ін'єкції ґрунту.

2. Змінення фільтраційних і міцнісних властивостей ґрунтів розущільнених зон у процесі їх тампонування в'язкопластичними розчинами залежить від тиску нагнітання й описується експоненційною та поліноміальною функціями, що включають коефіцієнт деконсолідації ґрунту, який змінюється від 1.4 до 1.0, що відповідає зміненню фільтраційних властивостей ґрунту в 5-30 разів, а міцнісних - в 2-4 рази і дозволяє оцінити ступінь ущільнення деконсолідованої зони.

Наукова новизна роботи полягає в наступному:

- уперше уведений критерій оцінки ступеня розущільненості піщано-глинистих порід - коефіцієнт деконсолідації, який дорівнює відношенню об'ємної ваги скелета ґрунту в нормальному стані до об'ємної ваги скелета в розущільненому стані;

- розроблена модель зони розущільнення і уперше встановлена залежність коефіцієнта деконсолідації ґрунту від радіуса поширення розчину й тиску в каналі гідророзчленування розущільненої зони;

- вирішена задача про течію в'язкопластичного розчину в каналі гідророзчленування й установлена залежність радіуса поширення розчину від перепаду тиску в каналі розриву розущільненої зони;

- уперше встановлені эмпіріо-аналітичні залежності коефіцієнта деконсолідації, коефіцієнта фільтрації, зчеплення й кута внутрішнього тертя від тиску нагнітання розчину та початкового коефіцієнта деконсолідації розущільненої зони.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується застосуванням апробованих положень і законів підземної гідродинаміки, механіки ґрунтів, реології в'язкопластичних систем, методів математичного моделювання; застосуванням точних вимірювальних приладів і стандартних методів експериментальних досліджень; задовільною збіжністю лабораторних і натурних результатів досліджень (відносна похибка не більше 14%); позитивними результатами промислових випробувань технології тампонажу розущільнених зон на основі розробленої методики проектування.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей зміни основних фільтраційних і міцнісних властивостей порід розущільненої зони (коефіцієнта деконсолідації, коефіцієнта фільтрації, зчеплення й кута внутрішнього тертя) у процесі її тампонажу в'язкопластичними розчинами.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці методики проектування технологічних параметрів тампонажу зон розущільнення в'язкопластичними розчинами.

Реалізація результатів досліджень:

- методика проектування технологічних параметрів тампонажу зон розущільнення використовується у спеціалізованих тампонажних організаціях;

- методика проектування технологічних параметрів тампонажу розущільнених зон успішно впроваджена на руднику №2 Стебницького ДГХП «Полімінерал» у період його консервації;

- результати досліджень використовуються в навчальному процесі при підготовці студентів ДонДТУ.

Особистий внесок автора в розробку наукових результатів, які виносяться на захист, полягає у визначенні мети, ідеї роботи і задач дослідження, наукових положень; критичному аналізі наукових джерел; проведенні теоретичних та експериментальних досліджень; участі у впровадженні результатів досліджень у практику тампонажних робіт.

Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати дисертації доповідалися і були схвалені на науково-практичній конференції «Інженерний захист територій та об'єктів у зв'язку з розвитком небезпечних геологічних процесів» (Гурзуф, 2002 р.), науково-практичній конференції «Практика виконання державної експертизи інвестиційних програм і проектів будівництва; шляхи та методи її удосконалення» (Ялта, 2003 р.), міжнародній науково-практичній конференції «Уголь - Mіnіng Technologіes 2003» (Алчевськ, 2003 р.), міжнародній конференції «Форум гірників - 2004» (Дніпропетровськ, 2004 р.), регіональній науково-практичній школі-семінарі «Прогресивні технології будівництва, безпеки і реструктуризації гірничих підприємств» (Донецьк, 2005 р.), наукових семінарах кафедри будівельних геотехнологій і гірничих споруд ДонДТУ (Алчевськ, 2002-2005 р.р.).

Публікації. По темі дисертації автором опубліковані 8 друкованих праць, у тому числі статей у спеціалізованих журналах, затверджених ВАК України - 3, доповідей у збірниках матеріалів конференцій - 5.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота містить вступ, 4 розділи і висновки; 40 рисунків, 22 таблиці, перелік використаних джерел із 105 найменувань і 2 додатків; викладена на 115 сторінках машинописного тексту, загальний обсяг роботи 152 сторінки.

Основний зміст роботи

розущільнений тампонаж масив породний

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і задачі досліджень, наведені наукові положення, які виносяться на захист, а також дані щодо апробації і публікації результатів досліджень.

У першому розділі проаналізовано стан питання утворення й розвитку зон розущільнення, способів їх виявлення і параметризації, а також можливих ін'єкційних способів їх ліквідації.

Розглянуто основні причини утворення й розвитку зон розущільнення у породних масивах. Сюди входять причини пов'язані як із природними, так і з антропогенними факторами: розчинююча і вимиваюча діяльність поверхневих та підземних вод (карстоутворення і суфозія), вивітрювання порід, тектонічні процеси у земній корі, первісні умови формування порід та інженерна діяльність людини. Зараз, у зв'язку із активним та інтенсивним впливом людини на гірський масив, домінуючою причиною утворення й розвитку розущільнених зон є техногенний фактор, пов'язаний з гідротехнічним будівництвом, підземною і відкритою розробкою родовищ, підземним будівництвом і т.д. При цьому активний розвиток і поширення розущільнених зон відбувається, як правило, на невеликих глибинах (до 70-80 м) у дисперсних піщано-глинистих породах, які характеризуються сильною стискальністю й невеликими структурними зв'язками між мінеральними частками. У масиві порід розущільнені зони розташовуються хаотично, мають локальну структуру і змінені фізико-механічні властивості. У порівнянні з породами нормального масиву, породи таких зон характеризуються підвищеними фільтраційними і зниженими міцнісними властивостями.

Якісна та кількісна параметризація зон розущільнення у гірських масивах може здійснюватися різними геофізичними і інженерно-геологічними способами. Проаналізовано найпоширеніші каротажні й некаротажні методи виявлення й параметризації зон розущільнення: електричний, радіоактивний, акустичний, ядерний і витратометрічний каротаж, гравіметрія, магнітодинамічна інтроскопія. Найбільш прогресивними й перспективними в цьому ряді є магнітодинаміка і гравіметрія, які володіють досить високою інформативністю, оперативністю, відсутністю свердловинної мережі й простотою.

У практиці шахтного, підземного і гідротехнічного будівництва з метою зміцнення й водоізолювання порід широко застосовуються ін'єкційні, буроін'єкційні та фізико-хімічні способи впливу на масив. Розробкою й обґрунтуванням цих способів займалися такі вчені як Айтматов Н.Г., Адамович А.М., Дуда Е.Г., Трупак Н.Г., Кіпко Е.Я., Максимов О.П., Бондаренко В.І., Усаченко Б.М., Власов С.Ф., Должиков П.М., Камбефор А., Гальченко П.П., Попов О.В., Половов Б.Д., Спічак Ю.Н., Сиркін П.С., Хямяляйнен В.А., Шуплік М.М., Саричев В.І. і багато інших. Як показав аналіз, жоден із цих способів повністю не вирішує проблеми ліквідації локальних розущільнених структур у дисперсних піщано-глинистих ґрунтах.

На основі комплексного методу тампонажу гірських порід запропоновано новий підхід до ліквідації зон розущільнення методом напірних ін'єкцій з утворенням різнонаправлених каналів гідророзчленування, заповнення їх в'язкопластичним розчином і консолідацією скелета ґрунту. Причому результатом такого впливу буде стабілізація розущільненої зони і її перехід до властивостей, близьких первісним. В якості тампонажного розчину прийнято в'язкопластичний глиноцементний розчин рецептури ДВАТ «Спецтампонажгеологія», як матеріал, найбільш близький до піщано-глинистих порід, який не дає усадок, небагато коштує і здатний забезпечити необхідні умови ін'єкції.

У другому розділі проаналізовані найбільш типові випадки розвитку розущільнених зон на прикладах об'єктів підземного і гідротехнічного будівництва - гірських виробок неглибокого закладення, промислових відстійників і водоканалів. При цьому встановлено, що суглинки, супісі й піски є найбільш характерними породами, у яких утворюються й розвиваються зони розущільнень.

Для комплексної оцінки стану й ступеня деструктуризації зони розущільнення уведен новий критерій - коефіцієнт деконсолідації:

, (1)

де г_d0 - об'ємна вага скелета ґрунту до розущільнення, Н/м³; г_di - об'ємна вага скелета ґрунту в різних його станах (розущільненому або ущільненому), Н/м³.

Для проведення аналітичних досліджень на основі гідрогеомеханічних процесів у гірському масиві розроблена модель зони розущільнення й процесу її тампонажу в'язкопластичними розчинами (рис. 1), яка характеризується наступними параметрами: потужністю деконсолідованої зони, ефективним та максимальним радіусами поширення тампонажного розчину і його тиском, а також потужністю еквівалентної порожнини розриву, тотожної розкриттю N-ого числа каналів гідророзчленування й заповнених в'язкопластичним розчином.

При ін'єктуванні через свердловину в'язкопластичного розчину в розущільнену зону в найбільш слабких місцях відбувається її гідророзчленування. Утворюються різнонаправлені канали розриву, які під дією перепаду тиску заповнюються в'язкопластичним розчином. При цьому, під дією тиску розчину відбувається фільтраційне ущільнення ґрунтів розущільненої зони та перехід їх з деконсолідованого стану в консолідований.

Відповідно до запропонованої моделі аналітично встановлений гірський тиск на стінки каналу розриву й величина його розкриття під дією тиску тампонажного розчину. Це дозволило вивчити процес течії в'язкопластичного розчину у пружно-пластичному каналі гідророзриву. Течія в'язкопластичної рідини підпорядковується реологічному закону Шведова-Бінгама й характеризується структурним ядром потоку. Вихідне рівняння течії в'язкопластичного розчину в каналі гідророзриву та граничні умови мають такий вигляд:

, (2)

де dP - перепад тиску, Па; dr - радіус поширення розчину, який відповідає перепаду тиску dP, м; ф₀ - динамічне напруження зрушення тампонажного розчину, Па; h₀ - ширина ядра потоку, м; л_р - питома вага тампонажного розчину, Н/м³; ц - полярний кут розтікання розчину, град.; б - кут нахилу каналу розриву до вертикалі, град.

При цьому, як показали дослідження, залежність максимального радіуса поширення розчину від тиску нагнітання описується лінійною функцією й визначається наступним рівнянням:

, (3)

де Р_с - тиск тампонажного розчину у свердловині, Па; Р_к - гідростатичний тиск, Па; д₀ - початкове розкриття каналу, м; D - безрозмірний комплексний параметр; r_c - радіус свердловини, м.

Потужність еквівалентної порожнини розриву буде визначатися потужністю деконсолідованої зони та відношенням коефіцієнтів деконсолідації:

, (4)

де h₁ - потужність деконсолідованої зони, м; k_д2 - коефіцієнт деконсолідації ґрунту після виробництва тампонажу; k_д1 - коефіцієнт деконсолідації розущільненого ґрунту.

Тоді для ефективного впливу на розущільнену зону ефективний тиск тампонажного розчину буде дорівнюватиме:

, (5)

де h_экв - потужність еквівалентної порожнини розриву, м; г_s - питома вага мінеральних часток ґрунту, Н/м³; m₀ - коефіцієнт стискальності, Па^-1; г_d1 - об'ємна вага скелета розущільненого ґрунту, Н/м³.

Виходячи з лінійного розподілу тиску розчину і як наслідок цього - лінійного розподілу коефіцієнта деконсолідації уздовж каналу розриву, установлені залежності ефективного радіуса поширення розчину і коефіцієнта деконсолідації від тиску:

, (6)

, (7)

де r_к - максимальний радіус поширення розчину, м; P_эф - ефективний тиск тампонажного розчину, Па; r_i - відстань від осі свердловини, яка відповідає коефіцієнту деконсолідації k_дi, м.

При цьому, необхідний об'єм тампонажного розчину для однієї свердловини буде визначатися об'ємом еквівалентної порожнини гідророзчленування, утвореної в результаті тампонажу, та коефіцієнтами, які враховують перекриття ефективних контурів поширення розчину, можливі втрати тампонажного розчину та нерівномірне поширення розущільнених зон по площі і глибині.

Для запобігання динамічного руйнування порід масиву за межами зони розущільнення й внаслідок цього виходу тампонажного розчину уведені міцнісний та швидкісний критерії нагнітання розчину, пов'язані з обмеженням тиску і витрати ін'єкції.

У третьому розділі викладені методика й результати експериментальних досліджень фізико-механічних властивостей розущільнених дисперсних порід при їх тампонажі в'язкопластичним розчином.

Для досліджень були взяті три найбільш характерні представники дисперсних порід: суглинок, супісь і дрібнозернистий пісок. У якості тампонажного розчину використовувався в'язкопластичний глиноцементний розчин щільністю 1310 кг/м³.

При консолідації розущільнених порід в'язкопластичним розчином визначальною є сила тиску, тому моделювання процесу тампонажу здійснювалося на основі рівності критеріїв подоби Ейлера:

, (8)

де p_н, p_м - тиск нагнітання рідини у натурі і на моделі, Па; с_н, с_м - щільність рідини у натурі і на моделі, кг/м³; v_н, v_м - швидкість течії рідини у натурі і на моделі, м/с.

Для проведення лабораторних досліджень була розроблена конструкція експериментального стенда, що дозволяє досліджувати зміну основних фільтраційних і міцнісних властивостей піщано-глинистих порід при їх консолідації в'язкопластичним розчином. У результаті стендових випробувань були встановлені стохастичні залежності коефіцієнта деконсолідації, коефіцієнта фільтрації, зчеплення й кута внутрішнього тертя порід від тиску тампонажного розчину.

За результатами кореляційно-регресійного аналізу, проведеного на ПЕОМ, встановлено, що залежності коефіцієнта деконсолідації й коефіцієнта фільтрації порід від тиску нагнітання найбільш адекватно описуються експоненційною функцією (коефіцієнт кореляції 0,78-0,91):

, (9)

, (10)

де б, в, г, д - емпіричні параметри (табл. 1, 2); k_д1 - початковий коефіцієнт деконсолідації порід; Р - тиск нагнітання глиноцементного розчину, МПа.

Таблиця 1. Емпіричні параметри до визначення коефіцієнта деконсолідації розущільнених порід при їх тампонажі

Таблиця 2. Емпіричні параметри до визначення коефіцієнта фільтрації розущільнених порід при їх тампонажі

Залежності зчеплення й кута внутрішнього тертя порід від тиску нагнітання найбільш адекватно описуються поліноміальною функцією (коефіцієнт кореляції 0,83-0,9):

, (11)

, (12)

де б, в, г, д, з, о - емпіричні параметри (табл. 3, 4).

Результати аналітичних і стендових досліджень перевірялися натурним експериментом на дамбі шламовідстійника шахти «Суходольська-Східна». Дамба шламовідстійника складена насипним грунтом. У результаті тривалої експлуатації відстійника в тілі його дамби утворилися розущільнені зони, які є шляхами фільтрації промвод. Цей факт був підтверджений магнітодинамічними дослідженнями уздовж гребеня дамби. Для ліквідації зон розущільнення у тілі дамби були пробурені 9 тампонажних свердловин глибиною 10 м. Нагнітання глиноцементного розчину виконувалось за напівциркуляційною схемою, усього було закачано 16,2 м³ розчину. Магнітодинамічні дослідження, а також відбір керна з контрольних свердловин, показали зміну фільтраційно-міцнісних властивостей порід зон розущільнень і ліквідацію шляхів фільтрації промислових вод. Порівняння фактичних і розрахункових параметрів тампонажу показало їх задовільну збіжність із відносною похибкою до 14% (табл. 5).

Таблиця 3. Емпіричні параметри до визначення зчеплення розущільнених порід при їх тампонажі

Таблиця 4. Емпіричні параметри до визначення кута внутрішнього тертя розущільнених порід при їх тампонажі

Таблиця 5. Порівняння фактичних і розрахункових технологічних параметрів тампонажу

У четвертому розділі розроблена методика проектування технологічних параметрів тампонажу зон розущільнення породного масиву в'язкопластичними розчинами (табл. 6), що включає наступні етапи:

1. Дослідження гірського масиву способами магнітодинамічної інтроскопії або гравіметрії й параметризація розущільнених зон.

2. Збір інформації про наявність поблизу розущільненої зони підземних об'єктів (виробок, колекторів, каналів, технологічних засипань та ін.).

3. Буріння розвідувально-технічних свердловин на досліджуваній ділянці з метою одержання інженерно-геологічних даних про масив порід, що вміщає зони розущільнення.

4. Вибір ресурсозберігаючого складу й визначення властивостей тампонажного розчину.

5. Науково-обґрунтований інженерний розрахунок технологічних параметрів тампонажу зон розущільнення в'язкопластичними розчинами (радіус поширення, тиск нагнітання, кількість заходок у свердловині, витрата тампонажного розчину та ін.).

6. Обґрунтований вибір технологічної схеми тампонажу, устаткування для буріння свердловин, устаткування для готування та нагнітання розчину.

7. Контроль якості виконаних робіт (по емпірикоаналітичним залежностям (9) - (12), магнітодинамічні або гравіметричні дослідження, буріння контрольних свердловин).

Таблиця 6. Методика проектування технологічних параметрів тампонажу розущільнених зон породного масиву в'язкопластичними розчинами

Розроблена методика проектування успішно впроваджена при розробці проекту тампонажу зон розущільнення глинисто-гіпсової шапки в процесі консервації рудника №2 Стебницького ДГХП «Полімінерал» і рекультивації порушених земель. Проект пройшов державну експертизу, затверджений Міністерством промислової політики України і зараз його прийнято до реалізації.

У результаті тривалої експлуатації калійного рудника №2 у глинисто-гіпсовій шапці почали утворюватися й інтенсивно розвиватися зони розущільнення. Комплексні геофізичні дослідження дозволили виявити й параметризувати ці зони, які є шляхами інфільтрації поверхневих вод через глинисто-гіпсову шапку, калійний цілик і далі - у гірничі виробки. Ділянка робіт характеризується наступними середньозваженими параметрами: коефіцієнт деконсолідації розущільнених порід - 1,34, потужність деконсолідованих порід - 60-90 м, коефіцієнт площинного розущільнення - 0,35, коефіцієнт вертикального розущільнення - 0,17. Таким чином, на руднику №2 виникла серйозна інженерно-екологічна проблема, пов'язана із провалами земної поверхні, руйнуванням підземних камер, підвищеним водоприпливом у рудник, а також забрудненням прилягаючих територій і гідросфери розсолами.

На підставі вихідних даних за розробленою методикою розраховані основні технологічні параметри тампонажу: тиск ін'єкції, ефективний та максимальний радіуси поширення розчину, кількість тампонажних свердловин, а також необхідний об'єм тампонажного розчину, які дозволять гарантовано стабілізувати масив порід і запобігти аварійній ситуації на руднику. Очікуваний економічний ефект від проведення тампонажних робіт на руднику №2 Стебницького ДГХП «Полімінерал» складе 37,4 млн. грн.

Висновок

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій на основі вперше встановлених закономірностей зміни фільтраційних і міцнісних властивостей ґрунтів локальних зон розущільнення від тиску нагнітання й радіуса поширення розчину вирішена актуальна науково-практична задача обґрунтування оптимальних технологічних параметрів тампонажу зон розущільнення породного масиву в'язкопластичними розчинами, що дозволяє вирішувати технічні і екологічні проблеми геотехнологій.

Найбільш важливі наукові і практичні результати досліджень, висновки і рекомендації полягають в наступному:

1. Аналіз інженерно-геологічних ситуацій на підземних і гідротехнічних об'єктах показав, що утворення й розвиток розущільнених зон найбільш частіше відбувається в пухких незв'язних та м'яких зв'язних породах; для виявлення й параметризації розущільнених зон у масиві гірських порід мають практичну перевагу способи гравіметрії та магнітодинаміки.

2. Розроблена модель тампонажу розущільнених зон в'язкопластичними розчинами, відповідно до якої зміна властивостей порід розущільненої зони відбувається за рахунок їх гідророзчленування в найбільш ослаблених місцях, заповненні порожнин розриву розчином і наступною консолідацією розущільнених порід. Уведено новий критерій, що дозволяє зробити оцінку ступеня деструктуризації розущільнених зон гірського масиву - коефіцієнт деконсолідації.

3. Встановлено, що радіус поширення в'язкопластичного розчину в каналі гідророзчленування лінійно залежить від величини перепаду тиску, а також початкового розкриття каналу, пружних властивостей і ступеня деконсолідації ґрунту.

4. Аналітично встановлена й експериментально підтверджена залежність зміни коефіцієнта деконсолідації порід у процесі тампонажу від тиску нагнітання розчину й радіуса поширення розчину в каналі гідророзчленування.

5. Експериментально встановлено, що при збільшенні тиску нагнітання тампонажного розчину до 8 МПа коефіцієнт деконсолідації пухких незв'язних і м'яких зв'язних порід розущільненої зони наближається до одиниці.

6. Встановлені й експериментально підтверджені експоненційні та поліноміальні залежності коефіцієнта деконсолідації, коефіцієнта фільтрації, зчеплення й кута внутрішнього тертя порід розущільненої зони від тиску нагнітання тампонажного розчину й початкового коефіцієнта деконсолідації. Встановлені залежності зміни властивостей розущільнених зон у процесі їх тампонажу повністю характеризують поводження геомеханічної системи - як процес консолідації розущільненої породи під впливом тампонажного розчину.

7. Результати натурних досліджень процесу тампонажу зон розущільнення у тілі дамби шламовідстійника показали адекватність і вірогідність теоретичних і лабораторних досліджень (похибка до 14%).

8. На підставі результатів аналітичних й експериментальних досліджень розроблена нова методика проектування технологічних параметрів тампонажу зон розущільнення породних масивів в'язкопластичними розчинами.

9. Методика проектування параметрів тампонажу розущільнених зон в'язкопластичними розчинами успішно впроваджена при розробці проекту тампонажу зон розущільнення глинисто-гіпсової шапки в процесі консервації рудника №2 і рекультивації порушених земель Стебницького ДГХП «Полімінерал».

Основні положення і результати дисертації опубліковані в таких роботах

1. Должиков П.Н., Пронский Д.В. Исследование параметров тампонажа грунтов с аномальными свойствами // Сборник научных трудов. - Алчевск: ДГМИ. - 2002. - Вып. 15. - С. 45-49.

2. Соболев Е.Г., Должиков П.Н., Пронский Д.В. Магнитодинамические исследования при тампонаже аномальных зон неглубокого залегания // Науковий вісник НГУ. - 2003. - №2. - С. 29-32.

3. Должиков П.Н., Рябичев В.Д., Пронский Д.В. Исследование параметров и процеса тампонажа зон разуплотнений горных пород // Науковий вісник НГУ. - 2004. - №1. - С. 35-37.

4. Соболев Е.Г., Должиков П.Н., Пронский Д.В. О необходимости нового подхода к инженерно-геологическим изысканиям // Матер. наук.-практ. конф. «Інженерний захист територій та об'єктів у зв'язку з розвитком небезпечних геологічних процесів». - К.: Знання. - 2002. - С. 5-7.

5. Должиков П.Н., Пронский Д.В. Геофизический контроль качества формирования противофильтрационной завесы в аномальных зонах // Технология и проектирование подземного строительства: Вестник. - Донецк: Норд-Пресс. - 2003. - Вып.3. - С. 186-189.

6. Должиков П.Н., Рябичев В.Д., Пронский Д.В. О проведении экспертизы проекта тампонажа аномальных зон и карстовых пустот // Матер.наук.-практ. конф. «Практика виконання державної експертизи інвестиційних програм і проектів будівництва; шляхи та методи її удосконалення». - К.: Знання. - 2003. - С. 34-36.

7. Пронский Д.В. Актуальность и проблемы тампонирования аномальных зон при развитии техногенных процессов // Матер.международной научн.-практ. конф. «Уголь - Mining Technologies 2003». - Алчевск: ДГМИ. - 2003. - С. 222-226.

8. Рябичев В.Д., Пронский Д.В., Сбитнев В.П. Исследования водно-физических свойств разуплотненных пород при их консолидации вязкопластичными растворами // Матер. региональной научн.-практ. школы-семинара «Прогрессивные технологии строительства, безопасности и реструктуризации горных предприятий». - Донецк: Норд-Пресс. - 2006. - С. 135-139.

Размещено на Allbest.ru