Переклад з англійської мови Молчанюк Е. І.
У минулому випуску "Mine to Drill" ми розглянули питання використання різних систем кріплення шахтних стволів. Тепер ми продовжимо обговорення теми тампонажу цих видів кріплення.
Майже у всіх пробурених стовбурах встановлюється определекний вид кріплення, яка фіксується в шахтному стовбурі. Фіксація, кріплення в стовбурі зазвичай здійснюється за допомогою тампонажного матеріалу. Питання тампонажу кріплення стовбура може не стояти взагалі, а може, стояти дуже гостро. Причини, за якими визначається потреба а тампонаж кріплення, є наступними: витрати на відкачування води, яка проникає в шахту через стовбур; здатність мінералу, який підлягає розробці, розчинятися; і призначення шахтного стовбура для обслуговування підземної камери зберігання матеріалу під високим тиском насиченої пари.
Для таких розчинних у воді матеріалів, як поташ, сіль або трону, може знадобитися проведення тампонажу, найретельнішим чином з метою гарантії стабільності самої шахти. А для підземної камери зі зберігання матеріалів, що вступають в реакцію з водою, таких як ангідрид амонію, від якісно здійсненого тампонажу буде залежати життєдіяльність всього об'єкта.
Існує ряд технологій по тампонажу шахтних стволів, які залежать від конкретних потреб підприємства. Велика частина цих технологій відносно прості, але при виборі та плануванні робіт необхідно їх ретельне вивчення для того, щоб вибрати кращу і саму економічну технологію менш важливо приділяти достатню увагу деталям в процесі практичної реалізації операцій по тампонажу.
Найбільш поширеним тампонажним матеріалом для шахтних стволів, пройдених способом буріння, є розчин на основі гідростійками портландцементу. У кількох випадках для тампонажу було використано поєднання портландцементу з бітумом і цементно-піщаним розчином. Хоча це і не зовсім підходить для слова "тампонаж", але в деяких випадках цементний розчин використовувався для перекриття водоносних горизонтів в затрубному просторі стовбура, а решта частини цього простору були заповнені піском або гравієм.
З метою економії і з інших причин в цементні розчини можуть бути додані бентоніт, перліт, діатомітових порода, пуццолан або пісок. Використання розчину з добавками, що знижують питому вагу, такими як бентоніт, перліт і пуццолан, може бути цінним при проходці слабких порід, нездатних витримувати тиск стовпа цементного розчину.
В особливих випадках з портландцементом можуть бути використані добавки, що сприяють розширенню розчину. Крім того, розчин можна зробити тиксотропним, а також розширюється. Це дуже важливо при ймовірності втрати цементного розчину в умовах тріщинуватих порід.
У деяких випадках кріплення шахтного стовбура може бути тампонувати частково полімерним матеріалом, який вбирає воду і проникає в отвір або отвори через які просочується вода, забезпечуючи тим самим належну герметизацію, Крім того, цей матеріал пружний, що є цінною якістю, коли кріплення ствола зазнає значних температурних перепадів.
СПОСОБИ ЗДІЙСНЕННЯ тампонаж
Майже всі шахтні стовбури, пройдені способом буріння, тампонується за допомогою труб, які зазвичай називають тампонажнимі ставами і опускають в простір між кріпленням і стінками стовбура, як це показано на малюнку 1. Щоб домогтися рівномірного розміщення цементного розчину в затрубному просторі, важливо використовувати не один тампонажниі ставши, відомі випадки, коли при спорудженні шахтних стволів використовувався тільки одні-єдиний тампонажний ставши. Результатом цього став той факт, що тампонаж деяких стовбурів, споруджених таким чином, був проведений незадовільно і потрібна була додаткова робота його повного завершення. Зазвичай при спорудженні стволів незначного діаметру використовуються чотири таміонажних става, розташованих на однаковій відстані одна від одної по окружності стовбура. Для стовбурів великого діаметру зазвичай використовують шість або вісім тамлонажних ставів, опущених в затрубний простір також на однаковій відстані одна від одної.
Малюнок 1. Схема тампонування.
якщо стовбур
Унаслідок обсягів і тиску сирого цементного розчину, тампонаж зазвичай підрозділяється на етапи. Необхідний значний період часу між етапами після завершення попереднього і переходу до наступного.
Оскільки опущена кріплення майже завжди знаходиться поза центром стовбура, необхідно вжити заходів щодо збереження мінімального зазору між обсадної колоною і стінкою вироблення. Центратори або пристрої зі створення такого зазору не слід використовувати для точного центрации обсадної колони в стовбурі: вони необхідні для створення мінімального зазору між кріпленням і стінкою ствола. Найчастіше такі пристрої являють собою розпірки Т-подібного перетину, прикріплені в напрямі осі до зовнішньої сторони кріплення. Напрямні пристрої тампонажних ставів і центратори показані на малюнку 2.
Малюнок 2. Фрагмент обсадної колони.
На більшу частину бурових розчинів негативний вплив надає надлишок іона кальцію, який рясніє в розчині на основі портландцементу. Надлишок іона кальцію може привести до флокуляції промивної рідини, створюючи студнеобразную масу, через яку просочується або з якої стикається цементний розчин, залишаючи частини затрубного простору наповненими буровим розчином. Згодом промивна рідина може вилуговувати, утворюючи проходи для води або витоку через стовбури матеріалу, що знаходиться в підземних камеpax зберігання.
Повна заміна бурового розчину водою використовується для гарантії правильного розміщення цементного розчину в затрубному просторі. Зазвичай в цьому немає необхідності, а в деяких випадках це навіть шкідливо. Більш поширеною практикою є нагнітання насосами певної кількості води через тампонажні стави для створення буфферной зони між піднімається вгору рівнем цементного розчину і промьшочной рідиною в шахтному стовбурі. Одним з удосконалених варіантів такої практики є стовбур певної кількості води з розріджувачів бурового розчину, за яким слід звичайна вода, а потім проводиться подача в стовбур цементного розчину. Цей варіант показаний на малюнку 1.
УНІКАЛЬНІ ОПЕРАЦІЇ ПО тампонаж ШАХТНИХ СТВОЛОВ
У 1968 році здійснювалося спорудження підземної камери для зберігання ангідриду амонію і буріння шахтного стовбура для неї вироблялося в умовах значної обводнення порід біля річки Делавер в штаті Нью-Джерсі. Ангідрид амонію розчиняється в воді і цей процес розчинення є екзотермічним. При розчиненні амонію у воді відбувається зміна температури, що супроводжується підвищенням тиску. Внаслідок цих факторів, необхідно було провести тампонаж шахтного стовбура і допоміжних свердловин, призначених для обслуговування підземної камери, особливо ретельно. Проблема ускладнювалася тим, що амоній необхідно було подавати в камеру при атмосферному тиску і температурі -28 F. Після закачування в камеру амоній повинен був прийти в термічне рівновагу з навколишнім породою. Охолодження сталевий кріплення, безсумнівно, повинно було привести до її стиску і утворення проходів між кріпленням і шаром цементного розчину, що в свою чергу призвело б до проникненню води в камеру або до витоку амонію з неї.
Для вирішення цих проблем була розроблена унікальна система тампонажу. Сталева кріплення на всю її довжину, за винятком нижніх 25 футів була покрита емаллю з метою запобігання з'єднання стали і цементного розчину. При цементації кріплення нижні 25 футів обсадної колони були затампоновані з допомогою полімерного матеріалу, описаного вище. Цей матеріал має гарну пружністю при низькій температурі і повинен був забезпечити герметизацію стовбура. Інша частина затрубного простору вироблення була заповнена розчином на основі розширюється портландцементу. Цей варіант тампонажу показаний на малюнку 3.
Малюнок 3. Схема тампонування.
Протягом тривалого періоду вилучення і розміщення амонію в підземній камері температура камери досягла стабільного O F, а температурний градієнт склав приблизно 25 або 50 футів. Камера знаходилася в постійній експлуатації після її спорудження і за цей час не було зазначено ні витоку закладеного матеріалу, ні проникнення в неї води.
Інша унікальна операція по тампонажу шахтного стовбура була здійснена фахівцями компанії "Керр МакЛжі" при спорудженні шахти з видобутку урану в штаті Нью-Мексико. Свита пластів цього району налічувала два або три потужних водоносних горизонти, а решта породи були сухими. У цих умовах була використана спеціальна кріплення, особливості якої полягали в наступному: ті частини кріплення, які розташовувалися навпроти водоносних горизонтів, були розраховані на гідростатичний тиск, а в місцях наявності сухих порід кріплення складалася лише з тонких сталевих оболонок. Водоносні горизонти були тампонувати першосортним портландцементом, а зони сухих порід заповнені розчином на основі розширюється цементу або піску. Для запобігання скупченню за стінками тонких сталевих оболонок підземних вод, ці оболонки були перфоровані з метою дренування скупчилися вод в шахтний стовбур. Все це дозволило зробити ефективний, хоча і не зовсім досконалий, тампонаж шахтних стволів. Цей варіант показаний на малюнку 4.
Малюнок 4. Комбінована схема тампонування.