ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

в известном способе, включающем геологические изыскания, лабораторные испытания образцов горных пород, обоснования режима упрочнения, установку катодных и анодных электродов-инъекторов, электроосмотическое нагнетание укрепляющего раствора с параллельной откачкой грунтовой воды, обеспечение набора прочности массива до требуемого уровня в процессе твердения укрепляющего раствора до начала ведения горно-строительных работ, дополнительно устанавливают взаимосвязь показателей прочности образцов пород, насыщенных укрепляющим раствором применяемого состава и концентрации в процессе твердения раствора, устанавливают взаимосвязь между ними, после завершения электроосмотического нагнетания в средней части массива, оценивают по установленной зависимости изменение прочности пород, а горно-строительные работы начинают после достижения массивом требуемого уровня прочности.

Если требуемый уровень прочности пород достигается раньше запланированного срока более чем на 20 %, то корректируют режим электрохимического укрепления, применяя на последующих участках менее концентрированные растворы, более низкий уровень плотности тока или сокращают сроки электрообработки.

По результатам контроля определяют необходимое время достижения массивом требуемого уровня прочности и, если это время превышает плановые сроки более чем на 20 %, на участках установки датчиков производят повторное нагнетание, корректируют режим, применяя на последующих участках более концентрированные растворы, увеличивают плотность тока или увеличивают сроки электрообработки.

В качестве электрических датчиков используют электроды-инъекторы.

На рис.1 представлен общий вид графиков зависимостей скоростей сцепления коэффициента сцепления К (основного параметра для сыпучих пород) и удельного электросопротивления пород от времени t (а и б) и полученная на их основе тарировочная зависимость К( ) (в) при различных концентрациях раствора С (С ₃> c₂> c₁).

Рис.1

На рис.2 приведена схема электрофизического контроля (1 - электроды-инъекторы; 2 - укрепленный массив в приэлектродных зонах; 3 - зона с наименьшей прочностью; 4 - измерительные электроды-датчики; 5 - измерительный прибор).

На рис.3 представлены характерные графики зависимости k( t) на контрольном участке ( k _h, k _k - соответственно, нормативные и контрольные значения К; t₀, t_к, t_пл, t_гс - соответственно, моменты начала контроля, текущего контроля, планового завершения укрепительных работ, начала горно-строительных работ).

В лабораторных условиях на образцах упрочняемых пород после насыщения раствором измеряют коэффициент сцепления К и удельное электросопротивление по мере схватывания раствора с течением времени t (рис.1, а,б). Обе величины возрастают по мере связывания влаги и увеличения прочности пород, поэтому тарировочная зависимость способа k( ) (рис.1, в) близка к линейной. Зависимость k( ) может быть получена как для конкретной концентрации раствора С, применяемой в проекте, так и для различных концентраций, что расширяет возможности управления процессом упрочнения на последующих этапах.

По данным геологических изысканий, фильтрационным и электрофизическим параметрам горных пород расчетным путем определяют необходимую толщину упрочненной оболочки и требуемую прочность (сцепление) пород. С учетом геометрических параметров выработки бурят скважины, устанавливают электроды-инъекторы, подключают их к электросиловой установке и производят электроосмотическое насыщение массива участками, при этом концентрация раствора, плотность тока и время инъекции принимают по проекту. После завершения инъецирования на начальном участке производят контрольные измерения, причем для устранения помех измерения проводят в перерывах работы силовой установки на соседнем участке.

В качестве питающих электродов установки используют электроды-инъекторы 1. Измерительные штыревые электроды 4 устанавливают в средней части упрочняемого участка, где находится зона с наименьшей прочностью 3. Участки 2, прилегающие к электродам 1, насыщаются раствором в наибольшей степени, поэтому имеют большую прочность. При смене полярности электродов 1 в процессе электроосмотического инъецирования размеры зон 2 примерно равны. Четырехэлектродную установку подключают к измерительному прибору 5, фиксируют ток i в питающей цепи АВ и падение напряжения u в измерительной цепи mn. Величину эффективного удельного электросопротивления контролируемого участка массива определяют по формуле:

,

где - коэффициент, зависящий от расстояния между электродами установки.

По результатам измерений строят график изменения ( t), а с учетом тарировочной зависимости k( ) (рис.1, в) - график изменения прочности (сцепления) породы k( t) по мере схватывания раствора (рис.3, а). В момент t_гс, когда величина К достигнет проектного нормативного уровня k _h, операцию укрепления массива считают законченной и переходят к контролю на следующем участке или, к началу горно-строительных работ.

Момент t_гс, установленный по данным геоконтроля, может не совпадать с плановым сроком t_пл укрепления пород вследствие неточности исходных данных, погрешностей методики расчета технологических параметров упрочнения, неоднородности свойств массива и других факторов. Если различие t_гс и t_пл превышает 20 %, необходимо корректирование технологического режима. Уровень 20 % соответствует общепринятому уровню погрешности геоэлектрического контроля механического состояния массива.

Если уровень прочности К _Н достигается при t_гс <>_пл, то на последующих участках применяют менее концентрированные растворы, уменьшают уровень плотности тока или сокращают сроки электрообработки (рис.3, б). Если по результатам контроля в момент t_к из аппроксимированного графика k( t) следует, что t_гс > t_пл, то принимают меры, обратные перечисленным выше, то есть интенсифицируют процесс электрообработки (рис.3, в). Кроме того, в последнем случае для повышения качества упрочнения массива, то есть для устранения зон пониженной прочностью на данных участках проводят дополнительное упрочнение, применяя более концентрированные растворы с использованием прежней установки нагнетания, или проводят работы по специальному проекту.

Таким образом, применение описанного способа контролируемого электрохимического упрочнения горных пород позволяет за счет более точного фиксирования момента достижения упрочняемым массивом требуемого уровня прочности сократить сроки строительства, снизить расходы трудозатрат, электроэнергии и материалов, а также исключить наличие ослабленных зон в упрочненном массиве.

Рис. 2

Рис.3