RU2795491C1

RU2795491C1 - Waterproofing structure

Info

Publication number: RU2795491C1
Application number: RU2022125751A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Владимирович Смирнов; Михаил Яковлевич Зданович; Дмитрий Геннадьевич Урминский; Михаил Владимирович Скопинов; Михаил Ильич Русаков; Олег Андреевич Носов; Алексей Александрович Елькин
Original assignee: Акционерное общество "ВНИИ Галургии" (АО "ВНИИ Галургии")
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2023-05-04

Abstract

FIELD: waterproofing.

SUBSTANCE: invention relates to the waterproofing of a mine working in salt mines. A waterproofing structure for a mine working in salt mines consists of a fixed stop hermetically installed in the mine working, a section of a binder material adjacent to it and the mine working, bounded by a second stop on the side of the brine inlet, and at least one layer of permeable material. At the same time, the permeable material is located on the surface of the binder adjacent to the inner side of the second fixed stop hermetically installed in the mine working, in the body of which pipes are mounted to ensure the flow of brine to the binder. On the outer side of the second stop, on the side of the brine inlet, there is a loose salt mass corresponding to the composition of the surrounding rocks and limited by filtering bridges.

EFFECT: increase in the sealing properties of a waterproofing structure and ensuring its effectiveness, regardless of the composition of salt rocks.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидроизоляции участка горной выработки в соляных рудниках.The invention relates to the waterproofing of a mine working in salt mines.

Главной опасностью при отработке запасов в соляных рудниках является нарушение водозащитной толщи (ВЗТ). В результате нарушения ВЗТ вода поступает в горные выработки, происходит выщелачивание горных пород, что в конечном счете ведет к затоплению рудника. Для исключения затопления рудника при поступлении воды в отдельную его часть используются различные гидроизоляционные перемычки, служащие для безопасности горных выработок при их эксплуатации и ликвидации.The main danger in the development of reserves in salt mines is the violation of the water-protective stratum (VZT). As a result of the disturbance of the TVZ, water enters the mine workings, leaching of rocks occurs, which ultimately leads to the flooding of the mine. To prevent flooding of the mine when water enters a separate part of it, various waterproofing bridges are used to ensure the safety of mine workings during their operation and liquidation.

При создании перемычек использовались различные глины с добавками и без добавок в виде простых засыпок, природные органические материалы, строительные материалы на основе цемента. Эти герметизирующие и строительные материалы используются либо по отдельности, либо в сочетании друг с другом для уплотнения поперечного сечения подземных полостей на этапе эксплуатации шахт.When creating the lintels, various clays were used with and without additives in the form of simple backfills, natural organic materials, cement-based building materials. These sealing and building materials are used either alone or in combination with each other to seal the cross section of underground cavities during the operation phase of mines.

Известны поперечные уплотнения в соляных породах в виде кладочной связки, например, в виде перекрестно-кладочного объединения фасонных тел заданной формы из прессованной дробленой соли, содержащей не менее 95% NaCl. Средний диаметр зерен соли, из которой изготовлены формованные тела, составляет менее 0,2 мм (патент DE 4130658 С2, E21D 11/38, 16.09.1993).Known transverse seals in salt rocks in the form of a masonry bond, for example, in the form of a cross-masonry combination of shaped bodies of a given shape from pressed crushed salt containing at least 95% NaCl. The average grain diameter of the salt from which the molded bodies are made is less than 0.2 mm (patent DE 4130658 C2, E21D 11/38, 09/16/1993).

Однако поскольку поступающая вода не является насыщенным рассолом, в солевых уплотнениях начинается процесс выщелачивания и в конечном итоге герметичность уплотнения нарушается.However, since the incoming water is not saturated with brine, a leaching process begins in the salt seals and eventually the seal is broken.

Известен способ предотвращения затопления калийных рудников при прорывах в рудник подземных вод из геологических нарушений, в котором гидроизоляция достигается возведением в подземных выработках сдвоенных перемычек из бетона, усиленного арматурой (патент ЕА 020427 В1, E21D 11/38, 29.03.2013).A known method of preventing flooding of potash mines during breakthroughs into the mine of groundwater from geological disturbances, in which waterproofing is achieved by erecting double lintels made of concrete reinforced with reinforcement in underground workings (patent EA 020427 B1, E21D 11/38, 29.03.2013).

Указанная перемычка имеет сложную конструкцию, кроме того она не исключает выщелачивание солей из стенок выработки при затоплении выработки пресной водой или слабоминерализованным рассолом и, соответственно, проникновение рассола по ослабленным вмещающим породам в обход перемычки.The specified jumper has a complex design, in addition, it does not exclude the leaching of salts from the walls of the mine when the mine is flooded with fresh water or low-mineralized brine and, accordingly, the penetration of brine through weakened host rocks bypassing the jumper.

Известна уплотняющая заглушка для герметизации подземной полости, состоящей из неподвижного упора, примыкающего к подземной полости и замыкающего ее, заполнителя из связующего материала, примыкающего к неподвижному упору, вспомогательный упор, хотя бы частично водопроницаемый и ограничивающий заливку из связующего материала, с другой стороны. Задачей изобретения является выравнивание потока воды, вызывающего набухание связующего материала. Согласно изобретению, внутри наполнителя из связующего материала предлагается располагать, по меньшей мере, один слой дополнительного материала таким образом, чтобы слой располагался под углом от 60° до 90° к направлению входа воды. Дополнительный материал имеет водопроницаемость, которая, по крайней мере, на один порядок выше, чем водопроницаемость связующего материала (патент DE 10149972 C1, E21F 17/103, 22.08.2002 - прототип).Known sealing plug for sealing an underground cavity, consisting of a fixed stop adjacent to the underground cavity and closing it, a filler made of a binder material adjacent to a fixed stop, an auxiliary stop, at least partially permeable and limiting the filling of the binder material, on the other hand. The object of the invention is to equalize the flow of water that causes swelling of the binder. According to the invention, it is proposed to place at least one layer of additional material inside the filler of binder material in such a way that the layer is located at an angle of 60° to 90° to the direction of water inlet. The additional material has a water permeability that is at least one order of magnitude higher than the water permeability of the binder material (patent DE 10149972 C1, E21F 17/103, 22.08.2002 - prototype).

Недостатком данной конструкции уплотняющей заглушки является выполнение вспомогательного упора частично водопроницаемым. Частичная водопроницаемость не позволяет определить точки поступления рассола к набухающему связующему материалу, что может привести к огибанию рассолом гидроизоляционного сооружения по контакту с породой в результате выщелачивания и возможной разгерметизации сооружения.The disadvantage of this design of the sealing plug is that the auxiliary stop is partially water-permeable. Partial water permeability does not allow determining the points of brine entry to the swelling binder material, which can lead to the brine wrapping around the waterproofing structure in contact with the rock as a result of leaching and possible depressurization of the structure.

Расположение дополнительного материала внутри связующего материала не обеспечивает равномерного проникновения рассола в поверхностные слои связующего материала, что чревато возникновением в нем перколяционных воронок и возможному смещению слоя дополнительного материала. Кроме того, расположение слоя под углом 60 градусов с практической точки зрения трудноосуществимо.The location of the additional material inside the binder does not provide uniform penetration of the brine into the surface layers of the binder, which is fraught with the appearance of percolation funnels in it and possible displacement of the layer of additional material. In addition, the location of the layer at an angle of 60 degrees from a practical point of view is difficult to implement.

Техническим результатом изобретения является повышение герметизирующих свойств гидроизоляционного сооружения и обеспечение его эффективности вне зависимости от состава соляных горных пород.The technical result of the invention is to increase the sealing properties of the waterproofing structure and ensure its effectiveness, regardless of the composition of salt rocks.

Технический результат достигается за счет того, что в гидроизоляционном сооружении для горной выработки в соляных рудниках, состоящем из неподвижного упора, примыкающего к горной выработке и замыкающего ее, секции из связующего материала, примыкающего к неподвижному упору и горной выработке, второго упора, ограничивающего секцию из связующего материала со стороны поступления рассола, и, по крайней мере, одного слоя водопроницаемого материала, в соответствии с изобретением водопроницаемый материал расположен на поверхности связующего материала, примыкающей к внутренней стороне второго замыкающего горную выработку неподвижного упора, в тело которого вмонтированы трубы для обеспечения поступления рассола к связующему материалу, а с наружной стороны второго упора со стороны поступления воды расположена рыхлая соляная масса, соответствующая составу окружающих пород и ограниченная фильтрующими перемычками.The technical result is achieved due to the fact that in a waterproofing structure for a mine working in salt mines, consisting of a fixed stop adjacent to the mine working and closing it, a section of a binder material adjacent to the fixed stop and the mine working, the second stop limiting the section of of the binder on the side of the brine inlet, and at least one layer of permeable material, in accordance with the invention, the permeable material is located on the surface of the binder adjacent to the inner side of the second fixed stop closing the mine working, in the body of which pipes are mounted to ensure the inflow of brine to the binder material, and on the outer side of the second stop on the side of water inflow there is a loose salt mass corresponding to the composition of the surrounding rocks and limited by filtering bridges.

В качестве связующего материала используют монтмориллонитовые глины, например, бентонит, который набухает при поглощении рассола и значительно увеличивает свой объем. При ограничении свободного пространства для набухания, создается напряженное состояние в структуре бентонита. Этот эффект используется для достижения постоянного уплотняющего эффекта. Упоры, выполняют из материала повышенной прочности на сжатие, например, бетона, что предотвращает расширение набухающего бентонита в направлении горной выработки.As a binder, montmorillonite clays are used, for example, bentonite, which swells when brine is absorbed and significantly increases its volume. When the free space for swelling is limited, a stressed state is created in the bentonite structure. This effect is used to achieve a permanent sealing effect. The stops are made of a material of increased compressive strength, for example, concrete, which prevents the expansion of the swelling bentonite in the direction of the mine working.

Упоры и секция из связующего материала установлены во врубах горной выработки, причем контакт связующего материала с поверхностью вруба осуществляется через гидроизолирующую прослойку из инертного эластичного материала.The stops and the section of the binder are installed in the cuts of the mine working, and the contact of the binder with the surface of the cut is carried out through a waterproofing layer of an inert elastic material.

Размещение труб внутри второго упора, позволяет определять положение и количество точек поступления рассола, что снижает вероятность проникновения рассолов по контакту сооружение-порода, а расположение водопроницаемого материала на поверхности связующего материала обеспечивает большую площадь смачивания поверхностных слоев связующего материала и более равномерное проникновение в него поступающего рассола. Это позволяет достичь однородного нарастания давления связующего материала и получения требуемого герметизирующего эффекта.Placement of pipes inside the second stop makes it possible to determine the position and number of brine entry points, which reduces the likelihood of brine penetration through the structure-rock contact, and the location of the permeable material on the surface of the binder material provides a large area of wetting of the surface layers of the binder material and more uniform penetration of the incoming brine into it . This makes it possible to achieve a uniform pressure build-up of the bonding material and obtain the desired sealing effect.

Водопроницаемый материал представляет собой рулонный синтетический материал. Количество слоев материала определяется в зависимости от состава соляных пород на конкретном участке.The permeable material is a rolled synthetic material. The number of layers of material is determined depending on the composition of salt rocks in a particular area.

Рыхлая соляная горная масса, расположенная перед сооружением со стороны поступления воды по всей ширине выработки на максимально возможную высоту, соответствует составу окружающих пород, что обеспечивает насыщение поступающей воды до насыщенного рассола и исключение выщелачивания пород на этом участке. Фильтрующие перемычки, конструкция которых определяется с учетом состава окружающих соляных пород, способствуют сохранению рассолом, контактирующим с гидроизоляционным сооружением, насыщенного состояния. Таким образом, снижается вероятность выщелачивания горной породы в районе гидроизоляционного сооружения.Loose salt rock mass, located in front of the structure from the side of water inflow across the entire width of the working to the maximum possible height, corresponds to the composition of the surrounding rocks, which ensures the saturation of the incoming water to saturated brine and the exclusion of leaching of rocks in this area. Filter bridges, whose design is determined taking into account the composition of the surrounding salt rocks, help to maintain a saturated state of brine in contact with the waterproofing structure. Thus, the probability of rock leaching in the area of the waterproofing structure is reduced.

Размещение гидроизоляционного сооружения во врубах горной выработки позволяет компенсировать усилия, возникающие внутри сооружения, и тем самым, повышать его гидроизоляционные свойства. Для улучшения герметизации контакта связующий материал-порода предусмотрена обработка поверхности вруба гидроизолирующим материалом.Placing a waterproofing structure in the cuts of a mine working makes it possible to compensate for the forces that arise inside the structure, and thereby increase its waterproofing properties. To improve the sealing of the bonding material-rock contact, the cutting surface is treated with a waterproofing material.

На фиг. 1 показано гидроизоляционное сооружение, разрез.In FIG. 1 shows a waterproofing structure, section.

Гидроизоляционная перемычка включает два упора 1 и 2 из материала повышенной прочности на сжатие (например, бетона), установленные во врубах 3, выполненных по периметру горной выработки 4. Между упорами без зазоров расположена секция 5 из связующего материала (например, бентонита), герметично установленная в обработанном гидроизолирующим материалом врубе 6, площадь поперечного сечения которого должна быть больше площади поперечного сечения врубов 3 для упоров 1 и 2. Внутри упора 2, расположенного со стороны поступления рассола, вмонтированы трубы 7 для обеспечения активации бентонитовой секции 5 поступающим по ним рассолом. На торцевой стенке бентонитовой секции 5 со стороны поступления рассолов размещен слой водопроницаемого материала 8, обеспечивающего большую площадь смачивания поверхностных слоев бентонита и более равномерное проникновение в него поступающего рассола из труб 7. С наружной стороны упора 2 со стороны поступления рассола в выработке расположена разрыхленная горная соляная масса 9, соответствующая составу окружающих пород и ограниченная фильтрующими перемычками 10.The waterproofing jumper includes two stops 1 and 2 made of a material of increased compressive strength (for example, concrete) installed in cuts 3 made along the perimeter of the mine working 4. Between the stops without gaps, there is a section 5 made of a binder material (for example, bentonite), hermetically installed in cut 6 treated with waterproofing material, the cross-sectional area of which should be greater than the cross-sectional area of cuts 3 for stops 1 and 2. Pipes 7 are mounted inside stop 2, located on the brine inlet side, to ensure activation of the bentonite section 5 by the brine flowing through them. On the end wall of the bentonite section 5, on the side of the brine inlet, there is a layer of permeable material 8, which provides a large wetting area for the surface layers of bentonite and more uniform penetration of the incoming brine from pipes 7 into it. mass 9, corresponding to the composition of the surrounding rocks and limited by filtering bridges 10.

Гидроизоляционную перемычку возводят следующим образом.The waterproofing jumper is erected as follows.

Проходят три вруба с площадью поперечного сечения, превышающей площадь горной выработки. Количество врубов может быть иным, в зависимости от особенностей условий строительства. Площадь поперечного сечения среднего вруба должна быть больше площади поперечного сечения соседних врубов. С поверхности вруба, расположенного в центре сооружения, удаляют шероховатости, а затем обрабатывают ее гидроизолирующим материалом.Three cuts pass with a cross-sectional area exceeding the area of the mine working. The number of cuts may be different, depending on the specifics of the construction conditions. The cross-sectional area of the middle cut must be greater than the cross-sectional area of adjacent cuts. Roughness is removed from the surface of the cut located in the center of the structure, and then it is treated with a waterproofing material.

Со стороны поступления воды по всей ширине выработки на максимально возможную высоту размещают разрыхленную горную соляную массу, ограниченную фильтрующими перемычками. Состав разрыхленной горной массы должен соответствовать составу окружающих пород. При поступлении воды через выработку на участке, где расположена разрыхленная соляная порода, происходит насыщение раствора до насыщенного рассола, вследствие чего исключается выщелачивание пород на этом участке.From the side of water inflow, along the entire width of the working, loosened rock salt mass, limited by filtering bridges, is placed to the maximum possible height. The composition of the loosened rock mass must correspond to the composition of the surrounding rocks. When water enters through the working in the area where the loosened salt rock is located, the solution is saturated to saturated brine, as a result of which the leaching of rocks in this area is excluded.

В крайнем врубе, выполненном со стороны поступления рассола, возводят упор, внутри которого укладывают трубы, обеспечивающие поступление рассола для активации связующего материала. Весь объем среднего вруба заполняют без зазоров бентонитовым материалом, например, бентонитовыми кирпичами. На торцевую поверхность бентонитовой секции со стороны поступления рассолов помещают, по крайней мере, один слой водопроницаемого материала. Это обеспечивает равномерное смачивание поступающим по трубам рассолом всей торцевой поверхности бентонита и более эффективную его активацию. В крайнем, наиболее удаленном от поступления рассола врубе возводят второй упор гидроизоляционного сооружения. Упоры выполняют из материала повышенной прочности на сжатие, например, из бетона.In the extreme cut, made from the side of the brine inlet, a stop is erected, inside which pipes are laid to ensure the brine inlet to activate the binder material. The entire volume of the middle cut is filled without gaps with bentonite material, for example, bentonite bricks. At least one layer of permeable material is placed on the end surface of the bentonite section from the brine inlet side. This ensures uniform wetting of the entire end surface of bentonite by the brine flowing through the pipes and its more efficient activation. In the extreme, most remote from the brine inlet, the cut is erected the second stop of the waterproofing structure. The stops are made of a material of increased compressive strength, for example, concrete.

Насыщенный рассол по трубам поступает к бентонитовой секции через прослойку водопроницаемого материала, в результате чего бентонит становится гелеобразным и увеличивается в объеме. Таким образом возрастает давление на упоры и стенки выработки, гелеобразный бентонит заполняет возможные полости и обеспечивает герметизацию участка горной выработки.The saturated brine flows through pipes to the bentonite section through a layer of permeable material, as a result of which the bentonite becomes gel-like and increases in volume. Thus, the pressure on the stops and the walls of the working increases, the gel-like bentonite fills the possible cavities and ensures the sealing of the mine working area.

Claims

1. A waterproofing structure for a mine working in salt mines, consisting of a fixed stop hermetically installed in the mine working, a section of a binder material adjacent to it and the mine working, limited on the side of the brine inlet by a second stop, and at least one layer of permeable material, characterized in that the water-permeable material is located on the surface of the binder adjacent to the inner side of the second fixed stop hermetically installed in the mine working, in the body of which pipes are mounted to ensure the flow of brine to the binder material, and on the outer side of the second stop, on the side of the brine inlet, there is a loose salt mass corresponding to the composition of the surrounding rocks and limited by filter bridges.

2. A waterproofing structure according to claim 1, characterized in that montmorillonite clay, such as bentonite, is used as a binder, and the stops are made of a material of increased compressive strength, such as concrete.

3. A waterproofing structure according to claim 1, characterized in that the stops and the section of the binder are installed in the cuts of the mine working, and the contact of the binder with the surface of the cut is made insulated by means of a layer of inert elastic material.