Способ замораживания горных пород

Способ замораживания горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение скважин, создание из скважин зоны гидроразрыва с отличными от окружающих пород теплофизическими свойствами, оборудование скважин замораживающими колонками , формирование ледопородного ограждения путем подачи в колонки хладоносителя , отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимой деформации ледопородного ограждения от массива вмещающих пород в условиях движущегося потока грунтовых вод и снижения расходов на проходку выработки, скважины для образования зоны гидроразрыва размещают вокруг кольца скважин для замораживания пород с внещней его стороны и нагнетают в трещины гидроразрыва малотеплопроводный быстротвердеющий гидроизоляционный материал .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

415ц Е 21 D 1/12 ф ; Ъ

1 и

7 !

5 а

14.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСХОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3566384/22-03 (22) 17.03.83 (46) 07.02.85. Бюл. № 5 (72) Н. Т. Фатеев, В. Ф. Карякин и А. В. Топорков (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу. (53) 652.252 (088.8) (56) 1. Патент ФРГ № 867676, кл. 84 с 19/14, опублик. 1954.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 941593, кл. Е 21 D 1/12, 1982. (54) (57) СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ

ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение

„„SU 1138506 A скважин, создание из скважин зоны гидроразрыва с отличными от окружающих пород теплофизическими свойствами, оборудование скважин замораживающими колонками, формирование ледопородного ограждения путем подачи в колонки хладоносителя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимой деформации ледопородного ограждения от массива вмещающих пород в условиях движущегося потока грунтовых вод и снижения расходов на проходку выработки, скважины для образования зоны гидроразрыва размещают вокруг кольца скважин для замораживания пород с внешней его стороны и нагнетают в трещины гидроразрыва малотеплопроводный быстротвердеющий гидроизоляционный материал.

1138506

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке горизонтальных и вертикальных выработок с применением искусственного замораживания горных пород. а также при строительстве подземных сооружений, например хранилищ сжиженного газа.

Известен способ замораживания пород в условиях движущегося потока подземных вод, предусматривающий замену фильтрующих пород нефильтрующим гомогенным ма териалом с большой теплопроводностью в зоне замораживающих скважин (1).

Недостатком этого способа является трудность обеспечения сплошности водонепроницаемого экрана при инъектировании нефильтрующего материала в породы через замораживаюгцие скважины.

Наиболее близким к изобретению является способ замораживания горных пород, включающий сооружение скважин, создание из скважин зоны гидроразрыва с отличными от окружающих пород теплофизическими свойствами, оборудование скважин замораживающими колонками, формирование ледопородного ограждения путем подачи в колонки хладоносителя (2).

Недостатком известного способа является развитие в ледопородном ограждении больших напряжений морозного пучения и отсутствие тепло- и гидроизоляции от подземных вод.

Цель изобретения — обеспечение независимой деформации ледопородного ограждения от массива вмещающих пород в условичх движущегося потока грунтовых вод и снижение расходов на проходку выработки.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу замораживания горных пород, включающему бурение скважин, создание из скважин зоны гидроразрыва с отличнымч от окружающих пород теплофизическими свойствами, оборудование скважин замораживающими колонками, формирование ледопородного ограждения путем подачи в колонки хладоносителя, скважины для образования зоны гидроразрыва размещают вокруг кольца скважин для замораживания пород с внешней его стороны и нагнетают в трещины гидроразрыва малотеплопроводный быстротвердеющий гидроизоляционный материал.

На фиг. 1 — 3 показаны фазы выполнения операций по осуществлению предлагаемого способа замораживания горных пород в условиях движущегося потока грунтовых вод.

Способ осуществляют следующим образом.

В горных породах за контуром будущей подземной выработки 1 по окружности диаметром D„ на диаметрально противоположных сторонах бурят несколько скважин 2 в зависимости от диаметра будущей выработки, например четыре скважины (фиг. 1) ), и нагнетают твердеющий фильтрующий раствор (не показано) в объеме закрепления скважин 2, после его закрепления разбуривают скважины 3 меньшим диаметром и вдоль скважин 3 нарезают по две диаметрально противоположные вертикальные засечки 4, ориентированные по линии гидроизоляции 5 (при четырех скважинах под углом 90 к засечкам других скважин) и повторно под давлением нагнетают тверде10 ющий раствор, после отверждения которого в трещинах гидроразрыва образуется гидроизоляционный экран 6 (фиг. 2) вокруг будущей выработки 1.

Затем пробуривают замораживающие скважины 7, оборудуют их замораживающими колонками (не показано) и, подавая в них хладоноситель, формируют ледопородные цилиндры 8 вокруг скважин ?, которые, смыкаясь, образуют замороженный массив пород 9 (фиг. 3).

Пример. Рассмотрим предлагаемый способ замораживания горных пород для проходки шахтного ствола Do — — 5 м в обводненных породах в условиях движущегося потока подземных вод. Замораживанию подлежат пески, суглинки и глины.

Глубина замораживания 25 м. С учетом крепи — железобетон толщиною 0,4 м диамеТр окружности размещения замораживающих скважин принимается D =?,5 м.

Расчетная толщина стены ледопородного ограждения Е=1 м, число замораживающих скважин 24.

Диаметр замораживающих скважин принимается из расчета размещения замораживающих колонок диаметром 124 мм. Колонки снабжаются питающими трубами диаметром 45 мм. В качестве хладоносителя принимается хлористый кальций, циркулирующий при — 30 С по рассольной системе, подключенной к холодильной станции типа АО—

1200П на 3 компрессора (не показано). Для исключения влияния движущегося водного потока вокруг будущего ледопородного ограждения создается противофильтрационная завеса. По окружности диаметром Р„ на диаметрально противоположных сторонах пробуривают 4 инъекционных скважины D

=100 — 150 мм. Диаметр окружности D размещения инъекц ионных скважин с учетом исключения влияния ледопородного ограждения (цилиндра) составляет

Dп=D3+ АЕ, где Dz — диаметр окружности размещения центров замораживающих скважин;

ЛŠ— величина прироста толщины ледопородного ограждения (цилиндра) вокруг замораживающей скважины. (Л Е=2+0,15Е)0з= Do+ Е+ >и, Е

1 з где m — допустимое отклонение замораживающей скважины от заданного направления (1 — 1,5О).

Лля данного случая

0,=5+1+0,25+2+0,15. 1=6,9 м.

Принимаем D„=7 м

В скважины через инъектор нагнетают закрепляющий раствор под давлением 0,05—

0,08 МПа, после его закрепления их разбуривают повторно и на внутренней поверхности скважины штангой, оснащенной зубком, нарезают диаметрально противоположные вертикальные засечки таким образом, чтобы направление их было под углом 90 к засечкам других скважин. И поочередно нагнетают в каждую скважину быстротвердеющий раствор, обладающий малотеплопроводными свойствами, например, на основе карбамидных смол, полиуретановый, пенопластовый и другие, осуществляя гидроразрыв и заполнение трещины твердеющим ма138506 териалом. После отверждения раствора образуется противофильтрационная завеса, обеспечивающая защиту формируемого затем ледопородного ограждения от влияния движущегося потока подземных вод.

Затем вокруг будущей выработки бурят замораживающие скважины и оборудуют их замораживающими колонками, в которые через рассольную сеть подают хладоноситель, при этом образуется замкнутое ледопородное ограждение (цилиндр). После этого сооружается шахтный ствол.

Использование предлагаемого способа в условиях движущегося потока подземных вод позволяет сократить время смыкания ледопородных цилиндров при замораживании горных пород в 1,6 раза, так как вокруг контура будущей выработки создается двойное ограждение — наружное в виде противофильтрационной завесы и внутрен20 нее в виде ледопородного массива, обладающего несущей способностью.

1138506

Редактор Н. Пушненкова

Заказ 10651/23

Составитель Л. Черепенкнна

Техред И. Верес Корректор О. Луговая

Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4