EA015319B1

EA015319B1 - Способ проходки вертикального шахтного ствола

Info

Publication number: EA015319B1
Application number: EA201001462A
Authority: EA
Inventors: Евгений Анатольевич СМЫЧНИК; Сергей Федорович Шемет; Коджа Дженгиз
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Белгорхимпром"(Оао "Белгорхимпром"); Евгений Анатольевич СМЫЧНИК; Сергей Федорович Шемет; Коджа Дженгиз
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-06-30
Also published as: EA201001462A1

Abstract

Изобретение относится к шахтному и подземному строительству, в частности к способам сооружения вертикальных шахтных стволов, и может быть использовано при проходке шахтных стволов большой глубины в сложных гидрогеологических условиях. Задачей изобретения является снижение стоимости, сокращение сроков проходки, осуществляемой в сложных гидрогеологических условиях, а также повышение безопасности при эксплуатации стволов в сейсмически опасных регионах. Способ включает разрушение и выемку породы на величину заходки, крепление шахтного ствола с выполнением операций сборки на поверхности земли опалубки и монтажа арматуры, спуска и установки опалубки, подачи бетонной смеси в запалубочное пространство, выдержки бетонной смеси до ее затвердения, а также отрыв опалубки от бетона и ее перемещения на следующую заходку. Отличие данного способа от аналогов состоит в том, что при наличии опасных по водопритокам водоносных горизонтов, близких к поверхности земли, перед началом проходки вертикального шахтного ствола с поверхности земли до водоупора осуществляют бурение расчетного количества скважин в один или несколько рядов по периметру шахтного ствола, затем по скважинам подают под высоким давлением тампонажный раствор, например цементный, и радиально направленными струями заполняют тампонажным раствором поровое пространство водоносного горизонта в околоскважинной зоне, при этом подачу тампонажного раствора осуществляют последовательно от забоя до устья каждой скважины, обеспечивая в процессе тампонирования околоскважинных зон и их смыкания образование единой противофильтрационной завесы, затем путем выемки

Description

Изобретение относится к шахтному и подземному строительству, в частности к способам сооружения вертикальных шахтных стволов и может быть использовано при проходке шахтных стволов большой глубины в сложных гидрогеологических условиях.

Известен способ, по которому сооружение вертикальных шахтных стволов включает разрушение и уборку породы на величину заходки, установку передвижной опалубки, подачу бетонной смеси в запалубочное пространство, выдержку бетонной смеси до ее затвердения, отрыв опалубки от бетона и ее перемещение на следующую заходку [1].

Недостатком аналога является трудоемкость его осуществления в сложных гидрогеологических условиях, высокая стоимость и длительность выполнения.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ строительства шахтного ствола, который включает в себя возведение водонепроницаемого целика в виде искусственного замороженного массива горных пород путем бурения скважин, монтажа в них труб замораживающего контура, пропуска по трубам хладагента от охлаждающего контура и формирование, таким образом, льдопородного целика [2] - прототип.

Недостатками этого способа являются существенные капитальные затраты при формировании льдопородного целика на всю глубину проходки глубокого шахтного ствола и длительный срок осуществления данного способа.

Задачей изобретения является снижение стоимости, сокращение сроков проходки, осуществляемой в сложных гидрогеологических условиях, а также повышение безопасности при эксплуатации стволов в сейсмически опасных регионах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе проходки вертикального шахтного ствола, включающем разрушение и выемку породы на величину заходки, крепление шахтного ствола с выполнением операций сборки на поверхности опалубки и монтажа арматуры, спуска и установки опалубки, подачи бетонной смеси в запалубочное пространство, выдержки бетонной смеси до ее затвердения, а также отрыва опалубки от бетона и ее перемещения на следующую при наличии опасных по водопритокам водоносных горизонтов близких к поверхности земли, перед началом проходки вертикального шахтного ствола с поверхности земли до водоупора осуществляют бурение расчетного количества скважин в один или несколько рядов по периметру шахтного ствола, затем по скважинам подают под высоким давлением тампонажный раствор, например цементный, и радиально направленными струями заполняют тампонажным раствором поровое пространство водоносного горизонта в околоскважинной зоне, при этом подачу тампонажного раствора осуществляют последовательно от забоя до устья каждой скважины, обеспечивая в процессе тампонирования околоскважинных зон и их смыкания образование единой противофильтрационной завесы, затем путем выемки породы осуществляют проходку шахтного ствола внутри противофильтрационной завесы и по водоупору, а также его крепление на глубину проходки, при встрече проходческими работами нижележащих опасных по водопритокам водоносных горизонтов проходку останавливают, в них аналогично создают противофильтрационную завесу, причем бурение тампонажных скважин осуществляют из забоя шахтного ствола под углом к его оси, затем продолжают проходку ствола путем выемки породы, проходческие работы ведут таким образом до достижения шахтным стволом проектной глубины.

После выполнения операций крепления вертикального шахтного ствола бетонной крепью при необходимости усилить гидроизоляцию вертикального шахтного ствола на внутреннюю поверхность бетонной крепи наносят гидроизолирующий слой специального, например модифицированного полимерами, состава. Слой наносят методом напыления.

На фиг. 1 и 2 представлена схема проходки вертикального шахтного ствола по предлагаемому способу.

Проходку шахтного ствола по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

При обнаружении геологоразведочными работами водоносного горизонта 1 вблизи земной поверхности 2 перед проходкой вертикального шахтного ствола 3 осуществляют формирование противофильтрационной завесы 4 снаружи проектного контура 5 вертикального шахтного ствола 3 до водоупора 6. Для этого бурят с поверхности земли 1 расчетное количество вертикальных скважин 7 в один или несколько рядов по периметру шахтного ствола 3. Через скважины 7 посредством спускаемого монитора 8 в поровое пространство водоносного горизонта 1 под высоким давлением подают тампонажный раствор и с помощью радиально направленных струй 9 тампонируют околоскважинное пространство. Процесс тампонирования около- и внутрискважинного пространства ведут последовательно от забоя скважин 10 к их устью 11, обеспечивая в процессе смыкания затампонированных зон формирование противофильтрационной завесы 4. Затем производят заходками разрушение и выемку породы 12, возводят крепление 13 шахтного ствола 3 с выполнением операций сборки на поверхности опалубки и монтажа арматуры, спуска и установки опалубки, подачи бетонной смеси в запалубочное пространство, выдержки бетонной смеси до ее затвердения, отрыва опалубки от бетона и ее перемещения на следующую заходку (на чертежах не показаны). При этом разрушение и выемку породы 12, а также крепление 13 вертикального шахтного ствола 3 осуществляют на максимальную, по условию отсутствия опасных водопритоков, глубину. При встрече проходческими работами нижележащего опасного по водопритокам водоносного горизонта 14

- 1 015319 создают гидроизоляционную тампонажную завесу 15 путем обработки тампонирующим составом вмещающих пород по внешнему контуру шахтного ствола 3. Тампонаж осуществляют через скважины, пробуренные из забоя 16 шахтного ствола 3 под углом к его оси с помощью направленных струй 17 под высоким давлением. Затем снова осуществляют разрушение, выемку породы 12 и крепление 13 вертикального шахтного ствола 3 на максимальную, по условию отсутствия опасных водопритоков, глубину. Все проходческие работы осуществляют аналогичным образом до достижения вертикальным шахтным стволом 3 проектной отметки 18.

В качестве одного из вариантов крепления вертикального шахтного ствола при проходке в сложных гидрогеологических условиях в данном способе может быть использовано возведение крепления 13 из монтируемых на поверхности металлических элементов. При этом смонтированное из металлических элементов кольцо крепления (на чертежах не показано) опускают в подготовленную выработку вертикального шахтного ствола 3, центрируют, фиксируют в выработке и затем цементируют закрепную зону через отверстия в металлических элементах.

После выполнения операций крепления вертикального шахтного ствола бетонной крепью при необходимости усиления гидроизоляционных свойств бетонного крепления 13 вертикального шахтного ствола 3 на внутреннюю поверхность бетонной крепи наносят гидроизолирующий состав. Гидроизолирующий состав наносят, как правило, методом напыления.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществлять проходку шахтного ствола в сложных гидрогеологических условиях, сократить сроки проходки за счет исключения подготовительного периода, связанного, например, с формированием льдопородного целика, снизить капитальные затраты за счет сокращения сроков проходки и затрат на подготовительный период. Кроме того, способ позволяет повысить безопасность эксплуатации ствола в сейсмично опасных условиях, так как при тектонических подвижках основной удар будет принимать не крепление ствола, а зона прочных затампонированных грунтов или пород.

Пример осуществления способа.

Бурение контрольно-стволовых скважин на промплощадке горно-обогатительного предприятия по производству калийных удобрений на базе Гарлыкского месторождения калийных солей в Туркменистане показало, что геологическое строение участка территории, где проектом предусмотрена проходка шахтных стволов довольно сложное в гидрогеологическом отношении: примерно до 60 м идут водоносные гравийно-галечные отложения с переслаиванием небольших по мощности глинистых прослоек, затем до 85 м идет водоупор - плотный суглинок, дальше до 88 м водонасыщенный слой гравийногалечных отложений, после которых - водоупорные глины, мергели и соленосные отложения. Учитывая такое геологическое строение этого участка месторождения, проектом было принято решение проходить стволы спецспособом. С целью сокращения сроков проходки и ее стоимости (в сравнении со способом с использованием заморозки), повышения безопасности эксплуатации шахтных стволов, проходку стволов осуществляют следующим образом.

Перед началом проходки с поверхности земли до первого водоупора (до 69 м) бурят в три ряда скважины по периметру шахтного ствола, затем по скважинам с помощью мониторов подают под высоким давлением тампонажный цементный раствор и радиально направленными струями заполняют тампонажным раствором поровое пространство гравийно-галечных отложений в околоскважинной зоне. Подачу тампонажного раствора осуществляют последовательно от забоя до устья каждой скважины, обеспечивая в процессе тампонирования околоскважинных зон и их смыкания единую противофильтрационную завесу. После чего осуществляют проходку шахтного ствола внутри завесы и по водоупору до глубины 83,5 м путем выемки грунта и его крепление на глубину проходки. С глубины 83,5 м до глубины 88,0 м аналогично формируют новую противофильтрационную завесу, но при этом скважины бурят из забоя шахтного ствола. С глубины 88,0 м до проектной глубины (~400 м) проходку осуществляют аналогичным образом.

Крепление шахтного ствола осуществляют с помощью операций сборки на поверхности опалубки и монтажа арматуры, спуска и установки опалубки, подачи бетонной смеси в запалубочное пространство, выдержки бетонной смеси до ее затвердения, а также отрыв опалубки от бетона и ее перемещения на следующую заходку. С целью усиления гидроизоляционных свойств бетонной крепи на ее внутреннюю поверхность наносят гидроизолирующий состав. Нанесение состава выполняют методом напыления.

При осуществлении по предлагаемому способу проходки шахтных стволов в сложных гидрогеологических условиях на Гарлыкском месторождении калийных солей сокращаются сроки проходки и ее стоимость по сравнению с другими спецспособами. Кроме того, повышается безопасность работ при эксплуатации шахтных стволов в сейсмически опасном регионе, так как при тектонических подвижках основной удар будет принимать не крепления стволов, а противофильтрационная завеса, представляющая собой мощный слой зацементированных пород.

Источники информации

1. Патент ВИ № 2055207, МПК Е21В 5/04, опубл. 1996.02.27.

2. Патент КН № 2151292, МПК Е21С 41/16, опубл. 2000.06.20 - прототип.

- 2 015319

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ проходки вертикального шахтного ствола, включающий разрушение и выемку породы на величину заходки, крепление шахтного ствола с выполнением операций сборки на поверхности земли опалубки и монтажа арматуры, спуска и установки опалубки, подачи бетонной смеси в запалубочное пространство, выдержки бетонной смеси до ее затвердения, а также отрыв опалубки от бетона и ее перемещения на следующую заходку, отличающийся тем, что при наличии опасных по водопритокам водоносных горизонтов, близких к поверхности земли, перед началом проходки вертикального шахтного ствола с поверхности земли до водоупора осуществляют бурение расчетного количества скважин в один или несколько рядов по периметру шахтного ствола, затем по скважинам подают под высоким давлением тампонажный раствор, например цементный, и радиально направленными струями заполняют тампонажным раствором поровое пространство водоносного горизонта в околоскважинной зоне, при этом подачу тампонажного раствора осуществляют последовательно от забоя до устья каждой скважины, обеспечивая в процессе тампонирования околоскважинных зон и их смыкания образование единой противофильтрационной завесы, затем путем выемки породы осуществляют проходку шахтного ствола внутри противофильтрационной завесы и по водоупору, а также его крепление на глубину проходки, при встрече проходческими работами нижележащих опасных по водопритокам водоносных горизонтов проходку останавливают, в них аналогично создают противофильтрационную завесу, причем бурение тампонажных скважин осуществляют из забоя шахтного ствола в боковом относительно его оси направлении, затем продолжают проходку ствола путем выемки породы, проходческие работы ведут таким образом до достижения шахтным стволом проектной глубины.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выполнения операций крепления шахтного ствола выполняют нанесение напылением гидроизолирующего состава на внутреннюю поверхность бетонной крепи.