Производство работ при битумизации

Устройство битумной противофильтрационной завесы вклю­чает следующий комплекс работ: бурение и оборудование скважин, испытание их на удельное водопоглощение, приготовление битумных мастик, асфальтовых растворов и эмульсий, нагнета­ние их под давлением в грунт и, наконец, контроль за качеством работ.

Сечение скважин должно обеспечивать необходимый расход инъецируемого материала, и обычно их диаметр назначают в пределах 66-115 мм.

Расстояние между скважинами в скальных породах ориенти­ровочно можно принимать по рекомендации Б. П. Шрейбера:

В скальных грунтах с раскрытием трещин до 60 мм при сред­нем давлении нагнетания 0,8-1 МПа и максимальном давле­нии до 2,5 МПа радиус распространения битума составляет 6-10 м, а при раскрытии трещин до 2,5-3 мм при среднем давле­нии 0,8-1,5 МПа и максимальном давлении до 3 МПа этот ра­диус составляет 2,5-3 м. Заиленные гравийно-галечные отло­жения битумизируются при давлении 0,5-0,6 МПа с радиусом распространения битума до 1,75 м.

В устье скважины перед нагнетанием битума устанавливают тампонную трубу длиной около 2 м (рис. 4.1). Кольцевое про­странство между стенками скважины и трубы заполняют пень­ковым тампоном толщиной 0,1-0,2 м и сверху заливают цемент­ным раствором. Битум нагнетают в скважину инъектором, сое­диненным с тампонной трубой  фланцем.

Для компенсации тепловых потерь разогретого битума на пути от котла до трещин в породе, а также для разогрева биту­ма в скважине до жидко-текучего состояния при повторном его нагнетании каждую скважину оборудуют греющим устройством.

Существует несколько способов прогрева скважин. Простей­ший из них - это прогрев скважины циркулирующим теплоно­сителем (соляровым маслом, водой), нагретым до нужной тем­пературы в котлах (рис. 4.1,а). Однако этот способ не обеспе­чивает равномерности прогрева скважины по ее глубине, что приводит к неоднородности процесса битумизации. В связи с этим предпочтительнее осуществлять прогрев битума электро­нагревательным оборудованием (рис. 4.1,6 и в).

Оборудование скважин для горячей битумизации горных пород
Рис. 4.1. Оборудование скважин для горячей битумизации горных пород
а - системой труб с циркулирующим теплоносителем; б - трубным инъектором; в - двухветвистым нагревателем: 1 - манометр; 2 - подача битума; 3 - термометр, 4 - охлажденный теплоноситель; 5 - подача горячего теплоносителя; 6 - цементный раствор; 7 - тампонные трубы; 8 - пеньковая забивка; 9 - колонна труб; 10  - к клем­мам трансформатора; 11 - натяжная рама; 12 - пружины; 13 - изолятор; 14 - провод; 15 - двухветвистый  нагреватель;   16 - направляющий  груз
 

Для скважин с минимальным диаметром 66 мм и глубиной 10-40 м при любом их наклоне применяют трубный инъектор с нагревателем, состоящий из звеньев труб длиной до 2 м и диа­метром 38 мм (рис. 4.1,6). Внутри колонны труб проходит 7 - миллиметровый провод, прикрепленный к ее нижнему концу пру­жинами. В пределах рабочей зоны звенья инъектора имеют отверстия диаметром 16-28 мм.

Для прогрева вертикальных скважин А. И. Мирским был предложен двухветвистый нагреватель (рис. 4.1, в).

Нагнетанию битумных материалов предшествуют испытание скважины на удельное водопоглощение и контрольное нагнетание. При контрольном нагнетании устанавливают на характер­ных участках шаг скважин, давление нагнетания, расход инъ­ецируемого материала, количество циклов и перерывы между ними.

Расход битума Q, л/мин, при битумизации скальных пород с удельным водопоглощением q>0,2 л/мин можно определять по эмпирической формуле А. И. Мирского

  (4.1)

Битум перед началом нагнетания разогревают в битумоварочных котлах до жидко-текучего состояния при температуре около 200° С. При варке битум обезвоживается. В скважину би­тум подается плунжерным насосом, развивающим давление до 12МПа.

Различают первичное и повторное нагнетание битума. По­скольку при остывании и затвердевании битума в трещинах его объем уменьшается на 8-11%, битум нагнетают с перерыва­ми в несколько приемов и циклов, с предварительным его прогревом перед каждым циклом. Так, производственные опы­ты, проведенные Б. П. Шрейбером при раскрытии трещин до 60 мм, показали, что нагнетание следует осуществлять не ме­нее чем в три цикла, а иногда даже в семь циклов с общей про­должительностью 18-25 ч, а при раскрытии трещин до 2,5-Змм цродолжительность нагнетания нужно увеличивать до 30 ч.

Первичное нагнетание осуществляют при максимальном ходе плунжера насоса в целях более быстрого заполнения пустот. При этом закачивают 50-80% общего объема битума, запол­няющего сначала крупные трещины, имеющие малое сопротив­ление. Нагнетание битума обычно сопровождается постепенным ростом давления в системе. Если в процессе битумизации в те­чение некоторого времени не наблюдается роста давления, то, закачав в скважину 30-50% расчетного количества битума, нагнетание прекращают на период, необходимый для его осты­вания в пустотах. Нагнетание прекращают и в случае прорыва битума на поверхность земли или в соседнюю скважину.

Повторное нагнетание производят после перерыва, в течение которого битум в трещинах остынет и произойдет его «усадка».

Битумизацию грунта считают законченной, если после на­гнетания расчетного количества битума и поддержания макси­мального давления в скважине в течение 2-4 ч расход его ста­новится постоянным, не более чем на 5% превышающим рас­четный.

Для придания битумной завесе механической прочности и теплоустойчивости следует нагнетать вместо чистого битума би­тум с добавкой порошкообразных минеральных наполнителей и известняка, доломита, цемента (при битумизации тонких тре­щин) или мелкого песка либо асбеста (при битумизации круп­ных трещин).

В процессе битумизации ведут непрерывный контроль за ка­чеством ее выполнения, учитывают и сопоставляют с расчетным количество инъецируемого в скважину материала, а также число повторных нагнетаний в каждую скважину.

Для производства таких работ необходимы специальные машины и оборудование информацию о которых можно найти в различных источниках http://st-kt.ru/. Это позволит постоянно находиться на высоком технологическом уровне.