- - - Проведение выработок с предварительным тампонированием и замораживанием пород

Тампонирование горных пород


Тампонирование горных пород применяют для изоляции горных выработок от водопритока, закрепления несвязных водонасыщенных или сухих пород, укрепления нарушенных пород и улучшения условий работы крепи в сложных горно-геологических условиях.
В несвязных породах задачей тампонажа является скрепление зерен, слагающих породу, для создания устойчивого массива и проведения по нему выработок обычным способом. Для тампонажа скальных трещиноватых пород применяют цементные и цементно-глинистые растворы, а для несвязных песчаных - химические растворы на основе карбамидных смол.
Цементные растворы затворяют чистой водой. Для ускорения схватывания применяют хлористый кальций, который добавляют к массе цемента в количестве до 3%. Водоцементное отношение составляет от 0,6 до 1. В раствор также вводят следующие добавки: поверхностно-активные вещества, например сульфитно-спиртовую барду и минеральные стабилизаторы (глину, глинопорошки), которые повышают агрегатную устойчивость цементного раствора.

Химические тампонажные растворы


Химические тампонажные растворы составляют на основе карбамидных смол. Эти смолы хорошо смешиваются с водой и слаботоксичны. Для отвердевания смол применяют водные растворы соляной, щавелевой и фосфорной кислот, хлористый аммоний и др. Рабочее время раствора (до начала нарастания вязкости) можно регулировать от 15 до 45 мин в зависимости от состава раствора, температуры пород и процентного содержания отвердителя.
При тампонировании из забоя выработки создают завесу из укрепленных пород мощностью не менее 2 м. Раствор нагнетают через скважины, которые бурят подземными станками шарошечного или пневмоударного бурения, а также колонковыми перфораторами. В горизонтальных выработках скважины бурят с наклоном 3 - 4° по отношению к оси выработки, а в вертикальных - до 10°. Длина скважины зависит от проницаемости пород и может составлять от 4 - 5 до 15 - 20 м, а диаметр - от 50 до 145 мм. Меньший диаметр применяют при химическом укреплении, а больший - при цементации. Скважины обычно бурят по окружности контура выработки на расстоянии 1,2 - 2,6 м друг от друга.

Цементные тампонажные растворы


При тампонировании пород цементными растворами в горизонтальной выработке применяют комплекс тампонажного оборудования КТГ-1. Перед нагнетанием раствора в забое сооружают тампонажную перемычку из бетона длиной до 5 м. Перед сооружением перемычки на деревянных или металлических стойках укрепляют металлические трубы-кондукторы, которые снабжают запорной арматурой. Через кондукторы бурят скважины буровым станком на длину проектируемой заходки. Нагнетание раствора производят спустя 3 суток после укладки бетона в перемычку цементным насосом, установленным на платформе. Раствор готовят с помощью растворомешалки вместимостью 1,5 м. куб. со смесительным устройством производительностью 20 метров кубических в час. Цемент к растворомешалке доставляют в цистернах-цементовозах вместимостью 2 м. куб., а воду - в водовозных цистернах такой же вместимости. При наличии в выработке водопровода последняя цистерна не нужна.
При цементации из забоя вертикальной выработки используют буровой станок для бурения скважин и цементационный насос. Готовый цементный раствор подают в забой в бадьях с поверхности.
По данным практики на сооружение перемычки уходит 5 - 7 суток, а на ее разборку - 1 - 2 суток.
Для химического укрепления пород из забоя горизонтальной выработки используют комплекс оборудования, состоящий из установки для внедрения и извлечения инъекторов, оборудования для приготовления раствора и насосного агрегата для нагнетания раствора с контрольно-измерительными приборами. Извлечение и внедрение инъекторов производится с помощью гидроцилиндров, установленных на платформе. На этой же платформе монтируется колонка с автоподатчиком и колонковым перфоратором.

Замораживание пород


Замораживание пород производят с помощью холодильных установок. Наибольшее распространение получили аммиачные холодильные установки, у которых хладагентом является аммиак. У передвижных станций типа ПХС-100 хладагентом является фреон. Получение холода на замораживающей станции основано на испарении хладагента, которое осуществляется в испарителе. Вокруг испарителя постоянно циркулирует хладоноситель - водный раствор хлористого кальция, который охлаждается. В свою очередь, хладоноситель циркулируя в замораживающих колонках (установленных в скважинах), участвует в теплообмене с горными породами.
Работа замораживающей станции в одноступенчатом цикле сжатия позволяет понизить температуру хладоносителя до - 30 °С.
Скважины для замораживающих колонн располагают по окружности выработки или по дуге для образования ледогрунтового свода. Бурение скважин производят из расширенной части горизонтальной выработки буровыми станками типов БА-100М. Иногда замораживающие колонки вдавливают в рыхлую породу с помощью гидравлических домкратов. Длина участка замораживания не превышает 50 м, так как на большей длине при бурении станками подземного бурения не удается избежать отклонения скважины от заданного направления. Скважины задают параллельно оси выработки (если она наклонная) или под углом 2 - 3° к ее оси. Общая длина скважины определяется длиной зоны водоносных пород, толщиной бетонной подушки (до 2 м), мощностью оставленного породного целика за бетонной подушкой и величиной заглубления скважины в коренные породы (до 2,5 - 3 м). Если зона водоносных пород имеет значительную длину, то выработку проходят в несколько заходок (этапов). Если бурение скважин ведется колонковым перфоратором, то длину скважины принимают около 15 м при длине заходки 11 - 12 м.
В случае применения буровых станков, перед началом каждой заходки в выработке сооружают буровую камеру. Обычно она имеет круглую форму сечения, высота ее на 2 - 2,5 м больше высоты выработки в свету, длина 3 - 3,5 м. Камера имеет смещение по продольной оси от центральной части выработки вниз на 0,3 - 0,5 м. Скважины располагают в один ряд, если проектируемая толщина ледогрунтового цилиндра не превышает 2 м, и в два ряда, если эта толщина должна быть больше. Расстояние между точками заложения скважин при однорядном их расположении принимают 0,6 - 0,8 м, а при двухрядном - 0,8 - 1м (для внутренней окружности). Кроме основных, предусматривают контрольные скважины (до 25% от общего числа) для измерения температуры и гидронаблюдений.
После окончания бурения скважину оснащают замораживающей колонкой и подключают к холодильной установке. Замораживающая колонка представляет собой трубу с герметически закрытым и заостренным нижним концом. В этой трубе располагают трубу меньшего диаметра, которую называют питающей. Нижний конец питающей трубы не доходит до основания замораживающей колонки на 0,3 - 0,4 м. В верхней части замораживающую колонку снабжают головкой, через которую пропускают две трубы малого диаметра. Через одну трубу подают рассол (хладоноситель) в питающую трубу, а другую подсоединяют к коллектору (общей трубе для всех колонок). Хладоноситель с низкой температурой от замораживающей станции по рассоло-проводу подают по питающей трубе в нижнюю часть колонки, из которой он поднимается вверх по трубе большого диаметра и отнимает тепло от пород. Отработанный рассол попадает в коллектор и по рассоло-проводу снова направляется на замораживающую станцию.
Замораживание ведут в два периода. После периода активного замораживания приступают к проведению выработки обычным способом. В период проходки выработки работа холодильной установки по поддержанию ледогрунтового ограждения продолжается с прежней мощностью во избежание его оттаивания. Этот период работы установки называют пассивным.
При неглубоком заложении горизонтальной или наклонной выработки (до 30 м) и небольшой мощности участка водоносных пород замораживание производят с поверхности. Скважины в этом случае располагают рядами вдоль трассы выработки. Расстояние между продольными рядами равно 2 - 3 м, между скважинами во внешних рядах - 1,2 - 2 м, а между скважинами во внутренних рядах - 1,5 - 2,5 м. В зависимости от поперечных размеров ледогрунтового ограждения число продольных рядов принимают 2 - 6. Глубина скважины обычно на 2 - 2,5 м больше глубины заложения почвы выработки. При большей глубине заложения выработок (до 60 м) замораживание ведут только в необходимой зоне (зональное замораживание). Для уменьшения отбора тепла выше зоны активного замораживания колонка на этой длине выполняется из двух труб с изоляцией между ними из полимерного материала. При глубине заложения более 60 м рекомендуется применять замораживание из забоя выработки.
При проведении вертикальных выработок замораживающие скважины располагают по окружности в один ряд, если требуемая толщина ограждения 3 - 5 м, расстояние между ними 1,1 - 1,8 м.
В аварийных случаях для замораживания применяют жидкий азот, имеющий температуру - 195,7°С. Он направляется для испарения сразу в замораживающие колонки.



Теги: порода, выработка, скважина, раствор. Просмотров: 4523
Другие новости по теме:

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.