RU2095574C1 - Способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах - Google Patents
Способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2095574C1 RU2095574C1 SU4870660A RU2095574C1 RU 2095574 C1 RU2095574 C1 RU 2095574C1 SU 4870660 A SU4870660 A SU 4870660A RU 2095574 C1 RU2095574 C1 RU 2095574C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rock
- freezing
- curtain
- rock mass
- ice
- Prior art date
Links
Landscapes
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
Использование: в горном деле при строительстве шахт. Сущность: способ включает замораживание горного массива, создание вокруг ледопородного массива водоизоляционный тампонажной завесы путем бурения скважин, нагнетание через них тампонажного раствора для осуществления гидроразрыва и нагнетание в образовавшиеся трещины гидроизоляционного материала, выемку горной породы и крепление ствола шахты. Особенностью способа является то, что создание водоизоляционной завесы осуществляется после замораживания горного массива на границе концентрации температурных напряжений, при этом нагнетание тампонажного раствора осуществляют через обсадные трубы с односторонней перфорацией. Гидроразрыв осуществляют тампонажным раствором низкой плотности, а трещины заполняют тампонажным раствором повышенной плотности. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области горного строительства, предназначенного для защиты от водопритоков шахтных стволов и других капитальных горных выработок, сооружаемых в обводненных неустойчивых породах, а также может быть использовано для предотвращения фильтрации (утечек) из отстойников, шламонакопителей и т. п.
Известны следующие способы сооружения шахтных стволов в неустойчивых обводненных горных породах (плывунах):
с применением металлического шпунтового ограждения, заключающийся в предварительном ограждении шахтного ствола замкнутым контуром из шпунтин, погружаемых вибропогружателями (вибромолотами), и подмывом, с последующей выемкой пород и креплением в огражденной зоне обычным способом;
способ искусственного понижения подземных вод, заключающийся в сооружении вокруг ствола специальных дренажных выработок и в откачке воды из них;
способы предварительной цементации (с поверхности земли всего участка водоносных горных пород, из забоя ствола с одного горизонта, из забоя ствола с различных горизонтов отдельными заходками), заключающиеся в создании водоизоляционных завес вокруг ствола путем нагнетания цементных растворов;
химические способы упрочения неустойчивых грунтов, заключающиеся в нагнетании в грунт химических растворов, вступающих во взаимодействие друг с другом и с окружающей породой и образующих изоляционную завесу.
с применением металлического шпунтового ограждения, заключающийся в предварительном ограждении шахтного ствола замкнутым контуром из шпунтин, погружаемых вибропогружателями (вибромолотами), и подмывом, с последующей выемкой пород и креплением в огражденной зоне обычным способом;
способ искусственного понижения подземных вод, заключающийся в сооружении вокруг ствола специальных дренажных выработок и в откачке воды из них;
способы предварительной цементации (с поверхности земли всего участка водоносных горных пород, из забоя ствола с одного горизонта, из забоя ствола с различных горизонтов отдельными заходками), заключающиеся в создании водоизоляционных завес вокруг ствола путем нагнетания цементных растворов;
химические способы упрочения неустойчивых грунтов, заключающиеся в нагнетании в грунт химических растворов, вступающих во взаимодействие друг с другом и с окружающей породой и образующих изоляционную завесу.
Все эти способы непосредственно в обводненных неустойчивых породах (плывунах) малоэффективны и требуют больших трудозатрат.
В настоящее время при сооружении шахтных стволов и других капитальных горных выработок в обводненных неустойчивых породах наиболее эффективным является способ проходки шахтных стволов с предварительным замораживанием горных пород.
Способ заключается в следующем:
в водоносных неустойчивых породах вокруг места расположения будущего шахтного ствола создают временное ледовое ограждение, защищающее ствол от проникновения в него воды или плывуна во время его проходки;
осуществляют выемку горной породы в замороженной зоне;
выполняют крепление шахтного ствола (как правило, чугунными тюбингами).
в водоносных неустойчивых породах вокруг места расположения будущего шахтного ствола создают временное ледовое ограждение, защищающее ствол от проникновения в него воды или плывуна во время его проходки;
осуществляют выемку горной породы в замороженной зоне;
выполняют крепление шахтного ствола (как правило, чугунными тюбингами).
Способ этот имеет ряд недостатков.
Во-первых, после окончания срока заморозки водопритоки в ствол возобновляются и часто достигают величин, недопустимых СНиП, что требует дополнительных затрат по их устранению.
Во-вторых, этот способ требует повышенного крепления шахтного ствола. В основном приходится применять тюбинговую крепь, что является трудоемкой и дорогостоящей операцией.
Целью заявляемого изобретения является повышение надежности водоизоляции и сокращение материальных затрат при сооружении шахтного ствола.
Поставленная цель достигается тем, что после создания ледового ограждения (путем искусственного замораживания) вокруг ледопородной зоны создают водоизоляционную тампонажную завесу, для чего в охлажденной зоне по границе концентрации температурных напряжений бурят скважину в глубину неустойчивого массива, обсаживают их трубами с односторонней перфорацией и путем нагнетания тампонажного раствора низкой плотности осуществляют гидроразрыв в зоне концентрации температурных напряжений, а затем в образовавшиеся трещины нагнетают тампонажный раствор повышенной плотности. В качестве тампонажного раствора используют глиноцементный раствор.
На чертеже показана схема осуществления способа.
На ней приняты следующие обозначения: 1 шахтный ствол; 2 замороженный массив (ледовый цилиндр); 3 охлажденная зона; 4 скважина; 5 - искусственная трещиноватость; 6 контур тампонажной завесы.
Способ осуществляют в следующей последовательности.
На месте расположения будущего шахтного ствола 1 путем искусственного замораживания (любым известным способом) создают ледовой цилиндр 2, вокруг ледового цилиндра 2, на границе зоны концентраций напряжения 3 с поверхности бурят скважины 4 на глубину неустойчивого массива; обсаживают скважины трубами с односторонней перфорацией; путем гидроразрыва создают искусственные направленные трещины 5 в зоне концентрации температурных напряжений, для чего в скважины под давлением нагнетают тампонажный раствор низкой плотности; нагнетая в скважины тампонажный раствор повышенной плотности, формируют вокруг ледового цилиндра изоляционную тампонажную завесу 6; производят выемку горной породы в пределах будущего шахтного ствола; осуществляют крепление шахтного ствола облегченной крепью (например, бетонной).
Пример конкретного выполнения. При строительстве восточного вентиляционного ствола шахты им. Октябрьской революции ПО Ростовуголь проектной глубиной 379 м и диаметром ствола в проходке 6,6 м в интервале 17,3 39,0 м был вскрыт горизонт, представленный плывунными мелкозернистыми заглинизированными песками.
Было принято решение сооружение интервала 17,3 39,0 м осуществить заявленным способом, т. е. с комплексом работ по замораживанию горных пород и последующим формированием тонкой изоляционной завесы за ледопородным контуром.
Комплекс работ по опытно-промышленному испытанию способа был следующий.
Для формирования ледопородной завесы вокруг шахтного ствола пробурено 30 замораживающих скважин глубиной 50 м.
Искусственное замораживание выполнено хладоносителем водным раствором хлористого кальция плотностью 1270 кг/м3. Хладоноситель охлаждался до принятой проектом температуры ( -20oC) в испарителях замораживающей станции. С течением времени вокруг каждой замораживающей колонки образовался массив замороженного грунта цилиндрической формы.
Необходимые расчеты по замораживанию:
толщина ледопородного ограждения определялась по формуле Лямэ:
где Dпр 6,6 м диаметр ствола в проходке
σc- 4МПа сопротивление замороженного песка одноосному сжатию;
ρ 1МПа суммарная величина горного и гидростатического давления на глубине H 50 м залегания песка-плывуна.
толщина ледопородного ограждения определялась по формуле Лямэ:
где Dпр 6,6 м диаметр ствола в проходке
σc- 4МПа сопротивление замороженного песка одноосному сжатию;
ρ 1МПа суммарная величина горного и гидростатического давления на глубине H 50 м залегания песка-плывуна.
Подставляя в выражение (1) численное значение входящих величин, получим:
Диаметр окружности расположения устья замораживающих скважин с учетом их допустимого отклонения от проектного профиля определяется по формуле:
D3 Dnp + 2•0,6E + 2a,
где E толщина ледопородного ограждения, м;
a 0,005H допустимое отклонение замораживающих скважин, м;
H глубина скважины, м,
D3 6,6 + 2•0,6 • 1,5 + 0,005 • 50 8,9 м.
Диаметр окружности расположения устья замораживающих скважин с учетом их допустимого отклонения от проектного профиля определяется по формуле:
D3 Dnp + 2•0,6E + 2a,
где E толщина ледопородного ограждения, м;
a 0,005H допустимое отклонение замораживающих скважин, м;
H глубина скважины, м,
D3 6,6 + 2•0,6 • 1,5 + 0,005 • 50 8,9 м.
С учетом технологического фактора (диаметр опорного венца устья ствола составляет 10 м) принимаем D3 11,0 м.
Радиус замораживания пород и максимальное расстояние между колонками определяем из выражения:
где l расстояние между замораживающими колонками (l 1,44 м);
lm максимальное расстояние между замораживающими колонками, м (lm 1,7 м).
где l расстояние между замораживающими колонками (l 1,44 м);
lm максимальное расстояние между замораживающими колонками, м (lm 1,7 м).
Наружный диаметр ледопородного контура определяется из выражения:
Dн.к. D3 + 2R3 11,0 + 2•1,25 13,5 м (4)
Принимаем Dн.к. 13,5 м.
Dн.к. D3 + 2R3 11,0 + 2•1,25 13,5 м (4)
Принимаем Dн.к. 13,5 м.
Располагаем тампонажные скважины на 0,5 м далее созданного ледопородного контура:
Dрс 13,5 м + 0,5 м 14 м
За ледопородным контуром, в охлажденной зоне, т. е. в зоне с температурой ±0oC, пробурены тампонажные скважины.
Dрс 13,5 м + 0,5 м 14 м
За ледопородным контуром, в охлажденной зоне, т. е. в зоне с температурой ±0oC, пробурены тампонажные скважины.
Скважины обсажены трубами с односторонней перфорацией (направление перфорации в сторону ледопородного контура).
Осуществляли нагнетание тампонажного глиноцементного раствора с целью создания искусственной трещиноватости.
Длина трещин гидроразрыва определится из выражения:
где L длина трещин гидроразрыва, м;
n число тампонажных скважин;
β1 коэффициент запаса по расстоянию между скважинами;
β2 коэффициент запаса по длине развития трещины гидроразрыва;
Среднее раскрытие трещин гидроразрыва и гидрорасчленения:
где δ - среднее раскрытие трещин гидроразрыва, м;
ΔP - перепад давления при гидроразрыве тампонажным раствором горных пород, МПа;
E модуль деформации горных пород, МПа; (для песков E 5 МПа);
γ - коэффициент Пуассона (для песков γ 0,3).
где L длина трещин гидроразрыва, м;
n число тампонажных скважин;
β1 коэффициент запаса по расстоянию между скважинами;
β2 коэффициент запаса по длине развития трещины гидроразрыва;
Среднее раскрытие трещин гидроразрыва и гидрорасчленения:
где δ - среднее раскрытие трещин гидроразрыва, м;
ΔP - перепад давления при гидроразрыве тампонажным раствором горных пород, МПа;
E модуль деформации горных пород, МПа; (для песков E 5 МПа);
γ - коэффициент Пуассона (для песков γ 0,3).
DP = (1-γ)(2P8+σp),
Pг полное горное давление, МПа;
Pк пластовое давление подземных вод (0,1 МПа), МПа;
P8 боковое горное давление, МПа;
sp - предел прочности пород на разрыв, МПа.
Pг полное горное давление, МПа;
Pк пластовое давление подземных вод (0,1 МПа), МПа;
P8 боковое горное давление, МПа;
sp - предел прочности пород на разрыв, МПа.
где плотность вышележащих слоев горных пород,
Давление гидроразрыва на насосе (Pтн)
где Pк напор подземных вод, МПа;
ΔPтp - потери напора при течении раствора в трубах, МПа;
Pст. гидростатическое давление столба тампонажного раствора в скважине
где L1 длина нагнетательного трубопровода, м;
τo- динамическое напряжение сдвига, ПА;
dвн. внутренний диаметр нагнетательного трубопровода, м;
где ρт.p.- плотность тампонажного раствора, кг/м3;
Pт.н. 0,1 + 0,36 + 1,03 0,22 1,71 МПа.
В качестве тампонажного материала принимаются глиноцементные растворы, состав и свойства которых приведены ниже.
В качестве жидкости гидроразрыва был использован глиноцементный раствор плотностью 1230 кг/м3, динамическим напряжением сдвига 66 Па, пластической прочностью 1,6 МПа, приготавливаемый на основе глинистого раствора плотностью 1180 кг/м3 с добавлением 100 кг сульфатостойкого портландцемента на 1 м3 раствора и 10 кг жидкого стекла.
Непосредственно тампонаж осуществлялся глиноцементным раствором плотностью 1280 кг/м3, динамическим напряжением сдвига 197 Па, пластической прочностью 2,6 МПа, приготавливаемый на основе глинистого раствора плотностью 1230 кг/м3, с добавлением 100 кг сульфатостойкого портландцемента на 1 м3 раствора и 10 кг жидкого стекла.
Объем тампонажного раствора для создания тонкой завесы определится из выражения:
V=K•L•M•δ•n , (14)
где М мощность водоносного горизонта, м (М 21,7 м);
k коэффициент, учитывающий отфильтровывание жидкой фазы, а также отклонение средней величины раскрытия трещин и их длины (k 2oC3)
V 3 • 8,4 • 21,7 • 0,072 • 8 315 м 3.
V=K•L•M•δ•n , (14)
где М мощность водоносного горизонта, м (М 21,7 м);
k коэффициент, учитывающий отфильтровывание жидкой фазы, а также отклонение средней величины раскрытия трещин и их длины (k 2oC3)
V 3 • 8,4 • 21,7 • 0,072 • 8 315 м 3.
Осуществлено нагнетание расчетного количества вышеприведенного глиноцементного раствора, в результате чего была сформирована изоляционная тампонажная завеса толщиной 1 м за ледопородным контуром. На создание тонкой инъекционной завесы было израсходовано 40 м3 глиноцементного раствора пониженной плотностью 1230 кг/м3 и 300 м3 глиноцементного раствора плотностью 1280 кг/м3.
Нагнетание тампонажного раствора осуществлялось комплексом цементировочного оборудования по зажимной схеме, методом последовательного сближения скважины.
Проходка ствола осуществлялась под защитой ледопородного контура и тонкой инъекционной завесы. После закрепления ствола бетонной крепью замораживающие колонки извлекаются, а скважины ликвидируются.
Проходка ствола в закрепленном интервале прошла успешно.
После размораживания горных пород притока воды и нарушений плотности крепи не было.
Claims (1)
- Способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах, включающий замораживание горного массива, создание вокруг ледопородного массива водоизоляционной тампонажной завесы путем бурения скважин, нагнетание через них тампонажного раствора для осуществления гидроразрыва и нагнетание в образовавшиеся трещины гидроизоляционного материала, выемку горной породы и крепление ствола, отличающийся тем, что создание водоизоляционной завесы осуществляют после замораживания горного массива на границе концентрации температурных напряжений, при этом нагнетание тампонажного раствора осуществляют через обсадные трубы с односторонней перфорацией, причем гидроразрыв осуществляют тампонажным раствором низкой плотности, а трещины заполняют тампонажным раствором повышенной плотности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4870660 RU2095574C1 (ru) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | Способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4870660 RU2095574C1 (ru) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | Способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2095574C1 true RU2095574C1 (ru) | 1997-11-10 |
Family
ID=21538536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4870660 RU2095574C1 (ru) | 1990-10-02 | 1990-10-02 | Способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2095574C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534274C1 (ru) * | 2013-07-30 | 2014-11-27 | Ибрагим Магомедович Паланкоев | Способ проходки вертикальных шахтных стволов в неустойчивых и обводненных породах |
RU2558085C1 (ru) * | 2014-08-01 | 2015-07-27 | Ибрагим Магомедович Паланкоев | Способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых горных породах |
RU2569383C1 (ru) * | 2014-12-23 | 2015-11-27 | Валерий Иванович Сергеев | Способ создания противофильтрационной завесы в грунте методом ориентированной разрывной инъекции |
RU2685365C1 (ru) * | 2018-08-28 | 2019-04-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" | Способ сооружения шахтного ствола и стволопроходческий комбайн |
-
1990
- 1990-10-02 RU SU4870660 patent/RU2095574C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1138506, кл. E 21 D 1/12, 1983. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534274C1 (ru) * | 2013-07-30 | 2014-11-27 | Ибрагим Магомедович Паланкоев | Способ проходки вертикальных шахтных стволов в неустойчивых и обводненных породах |
RU2558085C1 (ru) * | 2014-08-01 | 2015-07-27 | Ибрагим Магомедович Паланкоев | Способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых горных породах |
RU2569383C1 (ru) * | 2014-12-23 | 2015-11-27 | Валерий Иванович Сергеев | Способ создания противофильтрационной завесы в грунте методом ориентированной разрывной инъекции |
RU2685365C1 (ru) * | 2018-08-28 | 2019-04-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" | Способ сооружения шахтного ствола и стволопроходческий комбайн |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2297429T3 (es) | Metodo de construccion de un intercambiador de calor geotermico. | |
CN111119940B (zh) | 一种注浆施工处理方法 | |
CN105041344B (zh) | 一种微裂隙围岩预切槽高压气体扩缝注浆堵水方法 | |
US3688507A (en) | Grouting | |
CN113073983B (zh) | 海底隧道穿越富水断层破碎带的围挡式注浆施工方法 | |
CN114233385B (zh) | 一种斜井井筒突泥涌水的治理方法 | |
US3690106A (en) | Method of treating permeable formations | |
CN111852513A (zh) | 一种利用爆破在富水孔隙岩层形成隔水注浆帷幕施工方法 | |
RU2095574C1 (ru) | Способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах | |
RU2076923C1 (ru) | Способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах | |
CN114991774A (zh) | 破碎安山质玄武岩地层地面分段下行式注浆方法 | |
CN107558948A (zh) | 一种通过收水管对含水层内的裂隙进行注浆封堵的方法及利用其开挖立井井筒的方法 | |
CN1013132B (zh) | 含水砂层的井壁注浆方法 | |
RU2249699C2 (ru) | Способ проходки дренажных горных выработок в нарушенном и обводненном массиве | |
Itoh et al. | A new urban tunnelling method adopted to the soft ground with high groundwater level | |
RU2305153C2 (ru) | Способ усиления рыхлых оснований фундаментов направленным горизонтальным площадным гидроразрывом и устройство для горизонтального разрыва | |
Yatimov et al. | Consolidation of rocks in chamber workings and tunnels during the construction of underground hydroelectric power plants | |
RU2133342C1 (ru) | Способ предотвращения затопления калийных рудников | |
SU1710699A1 (ru) | Способ тампонажа буровой скважины | |
RU2043501C1 (ru) | Способ проведения тоннелей в неустойчивых водонасыщенных горных породах | |
Yang et al. | Surface pre-grouting and freezing for shaft sinking in aquifer formations | |
RU2534274C1 (ru) | Способ проходки вертикальных шахтных стволов в неустойчивых и обводненных породах | |
RU2762373C1 (ru) | Способ создания в грунте геотехнической конструкции | |
RU2278267C1 (ru) | Способ ликвидации вертикальных горных выработок | |
RU2687725C1 (ru) | Способ изоляции горной выработки при термошахтной разработке нефтяных месторождений |