Способ крепления шахтных стволов в искусственно замороженных породах и тампонажный раствор для его осуществления

Способ крепления шахтных стволов в искусственно замороженных породах и тампонажный раствор для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к строительству подземных сооружений и шахт в сложных гидрогеологических условиях с применением искусственного замораживания пород. Цель изобретения - сокращение материальных затрат за счет совмещения процессов оттаивания, герметизации стыков и закрепления оттаявшей породы, а также снижение расхода тампонажного раствора. При проходке ствола 6 с проходческого полка в зоне технологического стыка 2 бетонной крепи 1 теплым воздухом или водой обрабатывают крепь 1. На контакте ледопородного ограждения с крепью 1 в зоне предполагаемого закрепления пород образуется зона 10, нагревая до температуры плавления льда. Затем в полость стыка 2 через инъектор 15 нагнетают силикатный раствор с плотностью 1250-1450 кг/м<SP POS="POST">3</SP>. После заполнения стыка 2 силикатным раствором нагнетают насосом 14 высокопроникающий тампонажный раствор, содержащий соли соляной кислоты, который, попадая в полость стыка 2 и смешиваясь с раствором 4, образует плотную герметизирующую массу. После полной герметизации полости стыка 2 тампонажный раствор проникает в предварительно нагретую зону 10, оттаивая и одновременно тампонируя ее с образованием закрепного пространства. Тампонажный раствор включает карбамидную смолу с кислотным отвердителем и растворитель. Последний содержит водный раствор хлористого кальция с плотностью 1260-1280 кг/м<SP POS="POST">3</SP> при объемном соотношении компонентов 1:1-1:3. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1481411 (51)4 Е 21 D 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР р -(.;-.; -, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (57) Изобретение относится к строительству подземных сооружений и шахт, в сложных гидрогеологических условиях с применением искусственного замораживания пород. Цель изобретения— сокращение материальных затрат за счет совмещения процессов оттаивания, герметизации стыков и закрепления оттаявшей породы, а также снижение расхода тампонажного раствора, При проходке ствола 6 с проходческого полка в зоне технологического стыю (21) 4286451/23-03 (22) 16,06,87 (46) 23,05,89, Бюл. Р 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт организации и механизации шахтного строительства (72) Д.И,Иогилевский, П.П,Гальченко, А.Г,Рудь, В,Я,Зуев, Н.И.Переславцев, В.Д,Крупенко и В.С.Скотенко (53) 624,134. 17 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1040157, кл. Е 21 D 1/00, 1980.

Гальченко П.П. и др, Технология многослойного последующего тампонажа горных пород химическими растворами при проходке ствола, — Шахтное строительство, 1986, Р 2, . (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ IAXTE)IX СТВО

ЛОВ В ИСКУССТВЕННО ЗАИОРОЖЕННЫХ ПОРОДАХ И ТАМПОНАЖНЫИ РАСТВОР ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1481 ка 2 бетонной крепи 1 теплым воздухом или водой обрабатывают крепь 1. На контакте ледопородного ограждения с крепыш 1 в зоне предполагаемого закрепления пород образуется зона 10, нагретая до температуры плавления льда. Затем в полость стыка 2 через инъектор 15 нагнетают силикатный раствор с плотностью 1250-1450 кг/м .После заполнения стыка 2 силикатным раствором нагнетают насосом 14 высокопроникающий тампонажный раствор, содержащий соли соляной кислоты, которьй, попадая в полость стыка 2

4! 1 и смешиваясь с раствором 4, образует плотную герметизирующую массу. После полной герметизации полости стыка 2 тампонажный раствор проникает в предварительно нагретую зону 10, оттаивая и одновременно тампонируя ее с образованием эакрепного пространства, Тампонажный раствор включает карбомидную смолу с кислотным отвердителем и растворитель. Последний содержит водный раствор хлористого кальция с плотностью 1260-1280 кг/мз при объемном соотношении компонентов

1:1 — 1 3, 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к строительству подземных сооружений и шахт в сложных гидрогеологических условиях . с применением искусственного замораживания пород.

Цель изобретения — сокращение материальных затрат за счет совмещения процессов оттаивания герметизации стыков и закрепления оттаявшей породы.

На фиг.1 изображена схема крепления,фаза нагрева ледопородного ограждения на контакте с крепыш в зоне предлагаемого закрепления до температуры плавления замороженных шахтных вод; на фиг.2 — то же, фаза нагнетания в полость технологического стыка бетонной крепи силикатных и глиносиликатных растворов; на фиг.3— то же, фаза высокопроникающего химического тампонажного раствора с образованием герметиэирующей массы в полости технологического стыка; на фиг.4 — то же, фаза нагнетания высокопроникакщего химического тампонажного раствора с оттаиванием нагретой породы и одновременным ее закреплением; на фиг.5 — то же, фаза образования гидроизоляционного пояса в зоне технологического стыка; на фиг.6 - разрез А-А на фиг,5, Предлагаемый способ включает установку бетонной крепи 1 с технологическими стыками 2, нагрев замороженной породы 3 до плавления льда, последующее нагнетание в стыки 2 силикатного раствора 4 с плотностью

1250-1450 кг/м и оттаивание породы

3 нагнетаемым тампонажным раствором.

5, содержащим соли соляной кислоты, при этом обеспечивают смешение раст5 воров 4 и 5 °

Раствор для осуществления предлагаемого способа включает карбамидную смолу с кислотным отвердителем и растворитель — водный раствор хлористого кальция с плотностью 1260-1280 кг/м при объемном- соотношении компонентов, равным 1:1 — 1:3, Способ осуществляют следующим образом.

При проходке ствола 6 с проходческого полка 7 в зоне технологического стыка 2 бетонной крепи 1, например, теплым воздухом 8 (или во20 дой), подаваемым по ставу труб. 9, обрабатывают крепь 1 с образованием .на контакте ледопородного ограждения с крепыш 1 в зоне предполагаемого закрепления пород зоны 10, нагретой до температуры плавления льда (замороженных шахтных пород), которую определяют путем прямого замера температуры породы термометром 11, подаваемым к нагреваемой зоне 10 .через инъекционную скважину 12. ПосЗ0 ле нагрева зоны 10 до заданной температуры в полость технологического стыка 2 из расходной емкости 13 насосом 14 через инъектор 15 нагнетают силикатный (глиносиликатный)

35 раствор 4 плотностью 1250-1450 кг/м, который иэ-за низких температур становится вязким и, заполняя полость

1481411 стыка 2, не изливается в ствол 6, После заполнения полости стыка 2 силикатным раствором 4 из расходной емкости 16 насосом 14 нагнетают вы5 сокопроникающий тампонажный раствор

5, который, попадая в полость стыка

2 и смешиваясь там с силикатным раст-, вором 4, образует плотную герметизирующую массу 17, препятствующую выходу высокопроникающего раствора 4 в ствол 6. Давление нагнетания в начале инъекции раствора 4 не должно превьппать 0,2-4,0 ИПа, а по,мере уплотнения герметизирующей массы 17 может подниматься до 1,0 ИПа. Увеличение давления нагнетания раствора

4 осуществляется по мере уменьшения объема просачивания его через загерметизированную полость технологического стыка 2. После полной герметизации полости стыка 2 тампонажный раствор 5 проникает в предварительную нагретую зону 10, оттаивая и одновременно тампонируя ее с образова- 25 нием закрепленного участка. Выхода закрепляющего раствора 5 за пределы предварительно нагретой зоны 10 не происходит по той причине,что оттаивание в ней, а следовательно, и образование пус-. тот, заполняемых раствором 5, происходит со эначительньпк опережением замороженной породы остального ледопородного ограждения.

Повторяя весь цикл перечисленных операций по периметру технологического стыка 2 бетонноч крепи 1, вокруг ствола 6 в зоне стыка 2 образуют гидроиэоляционный пояс 18, предотвращакщий вынос воды с песком после полного оттаивания ледопородного ограждения, причем выдавливанию материала растворопородного гидроизоляционного пояса 18 препятствует герметизирующая масса 17, заполняющая полость стыка 2. Выполнив гидро45 изоляционный пояс 18 и герметизацию одного стыка 2, полок 7 перемещают на следующий стык и все работы повторяются, Высокопроникающий раствор 5, благодаря наличию в нем хлористого кальция, имеет стабильную вязкость при попадании в охлажденный массив. Кроме того, функция хлористого кальция заключается в том, что он мгновенно оттаивает нагретую до точки ппавле-! ния замороженную породу в зоне 10 °, а также способствует прочному и быстрому гелеобразованию самого тампонажного раствора 5 и герметизирующей массы 17, Карбамидная смола, входящая в раствор 5, обеспечивает прочное закрепление породы в зоне гидроиэоляционного пояса 18, а также способствует образованию достаточно прочной и упругой герметизирующей смоло-силикатной (глино-силикатной) массы 17. Нижний предел плотности раствора хлористого кальция

1260 кг/м регламентируется тем, что только при этой плотности и выше будет выполняться быстрое и прочное отверждение герметиэирукщей массы 17, Верхний предел плотности раствора хлористого кальция

1280 кг/м объясняется тем, что при дальнейшем повьппении резко уве-. личивается его вязкость, что приводит к снижению подвижности тампонажного раствора 5. Нижний предел объемного соотношения компонентов (смола с отвердителем: раствор хлористого кальция — 1:1) раствора 5 установлен по двум причинам. Во-первых, при дальнейшем снижении объема хлористого кальция повьппается вязкость раствора 5, во-вторых, не обеспечивается быстрое и прочное гелеобразование герметиэирующей массы 17.

Верхний предел объемного соотношения компонентов 1:3, объясняетсятем, что при дальнейшем увеличении хлористого кальция прочность геля раствора 5 заметно снижается, что в свою очередь не обеспечивает прочного закрепления породы в зоне гидроизоляционного пояса 18.

Нижний предел объемного соотноше ния компонентов силикатных (глиносиликатных) растворов 4

1250 кг/мз объясняется тем, что при дальнейшем их разбавлении водой образуемая от смешения с раствором

5 герметизирукщая масса 17 получается рыхлой и неоднородной. Верхний предел для этих растворов 4 объясня-.. ется тем, что при его превьппении значительно возрастает вязкость, что снижает радиус их распространения,особенно в условиях низких температур.

Кислотный отвердитель, входящий в состав высокопроникающего раствора

5, способствует регулированию времени отверждения этого раствора. В качестве кислотного отвердителя приме5 14814 няются соляная, щавелевая, ортофосфорная и другие кислоты в количестве до О, 5Х от объема исходной карбамидной смолы. Кислотный отвердитель также способствует быстрой коагуля5 ции герме тиз ирующей ма с сы 1 7, чт о предотвращает ее вынос из полости стыка 2.

Формула изобретения

1, Способ крепления шахтных стволов в искусственно замороженных породах, включающий установку бетонной крепи с образованием технологических стыков, нагрев замороженной породы до плавления льда, ее оттаивание и нагнетание в закрепное пространство ! тампонажного раствора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сокращения материальных затрат за счет сов,мещения процессов оттаивания, герметизации стыков и закрепления оттаяв11 6 шей породы, после нагрева замороженной породы до плавления льда в полость технологических стыков нагнетают силикатный раствор плотностью

1250-1450 кг/м, а оттаивание замороженной породы производят нагнетаемым тампонажным раствором, содержащим соли соляной кислоты, при этом обеспечивают смешение в технологических стыках силикатного и тампонажно-го растворов, 2, Тампонажный раствор для крепления шахтных стволов в искусственно эамороженйых породах, включающий карбамидную смолу с кислотным отвердителем и растворитель, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью снижения расхода тампонажного раствора, растворитель содержит водньй раствор хлористого кальция с плотностью

1260- 1280 кг/м при объемном соотношении карбамидной смолы с отвердителем и растворителя, равном 1:1 — 1:3.

) 48! 4I!

1481411

Составитель Л,Черепенкина

Техред Л. Олийнык Корректор С.ЧеРни

Редактор Л.Зайцева

Заказ 2651/32 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101