RU2801986C1

RU2801986C1 - Waterproofing structure

Info

Publication number: RU2801986C1
Application number: RU2023100292A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Коробейников; Вадим Владиленович Ванк; Дмитрий Николаевич Шкуратский
Original assignee: Акционерное общество "ВНИИ Галургии" (АО "ВНИИ Галургии")
Filing date: 2023-01-09
Publication date: 2023-08-22

Abstract

FIELD: mining

SUBSTANCE: underground mining of deposits of potassium salts and other water-soluble minerals, waterproofing flooded areas and mine workings. The waterproofing structure includes a watertight bulkhead, hermetically installed in the cross section of the mining, in front of which, on the side of the unflooded section of the mining, there is a hermetic control-air chamber, limited by at least one airtight bulkhead installed in the mine cut. The chamber is connected to the compressor by high-pressure pipelines for supplying air into it, which are located behind the airtight bulkhead. Indicator gas is supplied to the high-pressure pipeline to control the tightness of the chamber with the possibility of regulating its supply. The air control chamber can be equipped with a lock chamber with hatches to control the watertight bulkhead.

EFFECT: improving the reliability of mining isolation by sealing the body of the bulkhead and the contact of the bulkhead with rocks due to the creation of counterpressure from the unflooded area, as well as increasing the safety of operational maintenance.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при подземной разработке месторождений калийных солей и иных водорастворимых полезных ископаемых для гидроизоляции затопленных участков и горных выработок.The invention relates to the field of mining and can be used in underground mining of deposits of potassium salts and other water-soluble minerals for waterproofing flooded areas and mine workings.

Одним из распространенных методов борьбы с проникновением воды в подземные выработки является возведение гидроизоляционных перемычек. При их сооружении в слоистых породах наиболее сложной задачей является предотвращение обхода водой тела перемычки. Кроме того, обход может происходить по уязвимым зонам, к которым относятся микрощели в зоне контактов «бетон перемычки-металлоконструкции», водо- и рассолопроводящие трещины.One of the common methods to combat the penetration of water into underground workings is the construction of waterproofing lintels. During their construction in layered rocks, the most difficult task is to prevent water from bypassing the body of the cofferdam. In addition, bypassing can occur along vulnerable zones, which include micro-slits in the contact zone "concrete of the lintel-metal structures", water- and brine-conducting cracks.

Известен способ охраны рудника от затопления, в котором вглубь горного массива в плоскости каждого из водопроницаемых прослоев, вскрытых подземной выработкой, бурят сетку взаимно примыкающих и/или пересекающихся скважин, при этом глубину скважин и густоту сетки определяют по данным о фильтрационных свойствах водопроницаемых прослоев, свойствах воды из водопритока и допустимой объемной скорости поступления воды в охраняемую часть подземной выработки; диаметр скважин выбирают для каждого водопроницаемого прослоя больше или равным мощности водопроницаемого прослоя; бурение осуществляют таким образом, чтобы линии сопряжения скважины и водопроницаемого прослоя формировались в средней части поперечного сечения скважины; по завершении бурения каждой из скважин свободное пространство скважины заполняют гидроизоляционным материалом, а затем в пределах участка проведения гидроизоляционных работ возводят гидроизоляционную перемычку (патент ЕА 027515 В1, E21D 11/38, 31.08.2017).A method is known for protecting a mine from flooding, in which a grid of mutually adjacent and/or intersecting wells is drilled deep into the mountain range in the plane of each of the permeable layers opened by underground workings, while the depth of the wells and the density of the grid are determined according to the data on the filtration properties of the permeable layers, properties water from the water inflow and the permissible volumetric flow rate of water into the protected part of the underground working; the diameter of the wells is chosen for each permeable layer greater than or equal to the thickness of the permeable layer; drilling is carried out in such a way that the interface lines of the well and the permeable layer are formed in the middle part of the cross section of the well; upon completion of drilling of each of the wells, the free space of the well is filled with waterproofing material, and then a waterproofing jumper is erected within the area of waterproofing works (patent EA 027515 B1, E21D 11/38, 08/31/2017).

Для определения оптимальной конфигурации и размеров сетки скважин применяют численное моделирование геофильтрации (например, имитационное) для каждого водопроницаемого прослоя, что требует длительного времени для подготовки и формирования гидроизоляционного слоя и увеличивает материальные затраты. Кроме того, с увеличением ореола взаимно примыкающих и/или пересекающихся скважин под воздействием горного давления и возникающих деформаций создается угроза нарушения целостности гидроизоляции.To determine the optimal configuration and size of the grid of wells, numerical geofiltration modeling (for example, simulation) is used for each permeable layer, which requires a long time to prepare and form a waterproofing layer and increases material costs. In addition, with an increase in the halo of mutually adjacent and / or intersecting wells under the influence of rock pressure and the resulting deformations, a threat of violation of the integrity of the waterproofing is created.

Известна гидроизоляционная перемычка, включающая установленную в поперечном сечении горной выработки водонепроницаемую стенку, контактирующую с горными породами выработки, в теле которой размещены воздухоподающие трубы и трубы для подачи тампонажного раствора для опрессовки контакта водонепроницаемой стенки с породами горной выработки, контрольно-воздушную камеру, выполненную в горных породах выработки, с подсоединенной к контрольной камере воздухоподающей трубой, средства регулирования подачи воздуха и тампонажных растворов по трубам. Перемычка имеет дополнительные контрольно-воздушные камеры, выполненные на контакте водонепроницаемой стенки с горными породами выработки в виде секционных рассредоточенных по контуру водонепроницаемой стенки щелей, заполненных проницаемым для воздуха и непроницаемым для тампонажного раствора материалом - песком, обработанным нефтепродуктами (авторское свидетельство SU 861647, E21F 5/00, E21F 17/14, 07.09.1981).Known waterproofing jumper, including installed in the cross section of the mine workings waterproof wall in contact with the rocks of the workings, in the body of which there are air supply pipes and pipes for supplying grouting slurry for pressure testing of the contact of the waterproof wall with the rocks of the mine working, an air control chamber made in the mine working rocks, with an air supply pipe connected to the control chamber, a means of regulating the supply of air and grouting slurries through the pipes. The cofferdam has additional control air chambers made at the contact of the waterproof wall with the rocks of the working in the form of sectional slots dispersed along the contour of the waterproof wall filled with air-permeable and impervious to cement slurry material - sand treated with oil products (author's certificate SU 861647, E21F 5 /00, E21F 17/14, 09/07/1981).

Недостатками известной конструкции является то, что она решает вопрос гидроизоляции лишь контакта водонепроницаемой стенки с породами горной выработки, а размещение в бетонной стенке большого количества труб для подачи воздуха и тампонажного раствора создает дополнительные водо- и рассолопроводящие зоны в теле водонепроницаемой стенки.The disadvantages of the known design is that it solves the issue of waterproofing only the contact of the waterproof wall with the rocks of the mine working, and the placement of a large number of pipes for supplying air and cement slurry in the concrete wall creates additional water and brine-conducting zones in the body of the waterproof wall.

Известна конструкция гидроизоляционной перемычки, состоящая из контактирующих с вмещающими породами водонепроницаемых бетонных стенок, в которых размещена металлическая труба-лаз с люком, и заполненной сжатым воздухом камеры, выполненной между стенками и трубой-лазом (авторское свидетельство SU 317809, E21F 17/14, 15.03.1978) - прототип.A well-known design of a waterproofing bridge, consisting of waterproof concrete walls in contact with host rocks, in which a metal manhole pipe with a hatch is placed, and a chamber filled with compressed air, made between the walls and the manhole pipe (author's certificate SU 317809, E21F 17/14, 15.03 .1978) - prototype.

Недостатком известной конструкции является возможность проникновения подземных вод через кольцевую полость, образующуюся по контакту «металл трубы - бетон перемычки» вследствие температурных колебаний и усадки бетона. Недостатком является также размещение трубопроводной арматуры внутри лаза, затрудняющей перемещение материалов, инструментов и оборудования, кроме того, осуществление тампонажно-опрессовочных работ из трубы-лаза подразумевает нахождение обслуживающего персонала в непосредственной близости к воде, находящейся под высоким давлением.The disadvantage of the known design is the possibility of groundwater penetration through the annular cavity formed at the contact "pipe metal - concrete lintel" due to temperature fluctuations and concrete shrinkage. The disadvantage is also the placement of pipeline fittings inside the manhole, which makes it difficult to move materials, tools and equipment, in addition, the implementation of plugging and pressure testing from the manhole pipe implies the presence of maintenance personnel in close proximity to high-pressure water.

Техническим результатом предлагаемого гидроизоляционного сооружения является повышение надежности изоляции горной выработки путем герметизации тела перемычки и контакта перемычки с горными породами за счет создания противодавления со стороны незатопленного участка, а также повышение безопасности и удобства эксплуатационного обслуживания.The technical result of the proposed waterproofing structure is to increase the reliability of isolation of the mine working by sealing the body of the cofferdam and the contact of the cofferdam with rocks by creating counterpressure from the unflooded area, as well as improving safety and ease of maintenance.

Предлагаемое гидроизоляционное сооружение может обеспечивать изоляцию горной выработки как до поступления воды к гидроизолируемому контакту у перемычки, так и после во до проявлений.The proposed waterproofing structure can provide isolation of the mine working both before water enters the waterproofed contact at the cofferdam, and after water manifestations.

Технический результат достигается тем, что в гидроизоляционном сооружении, включающем герметично установленную в поперечном сечении горной выработки водонепроницаемую перемычку и герметичную контрольно-воздушную камеру, выполненную в горных породах выработки, с подсоединенными к ней средствами подачи и регулирования воздушной среды, в соответствии с изобретением контрольно-воздушная камера с подсоединенными к ней средствами подачи и регулирования воздушной среды расположена перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленной горной выработки и ограничена, по крайней мере, одной воздухонепроницаемой перемычкой.The technical result is achieved by the fact that in a waterproofing structure, including a watertight jumper hermetically installed in the cross section of a mine working and a sealed air control chamber made in the rocks of the working, with means for supplying and regulating the air medium connected to it, in accordance with the invention, the control the air chamber with means for supplying and regulating the air medium connected to it is located in front of the watertight bulkhead on the side of the unflooded mine working and is limited by at least one airtight bulkhead.

Водонепроницаемая перемычка может представлять собой действующую, находящуюся в эксплуатации перемычку.The watertight seal may be an active, in-service seal.

Герметичная контрольно-воздушная камера, которая расположена в объеме горной выработки перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленной горной выработки и заполнена воздушной средой под давлением, равным либо превышающим давление жидкости в затопленной части горной выработки, создает противодавление, воздействующее на всю поверхность тела водонепроницаемой перемычки, а также зону контакта перемычки с горными породами и на поверхность горной выработки, что позволяет обеспечить надежную гидроизоляцию горной выработки.The sealed air control chamber, which is located in the volume of the mine working in front of the watertight cofferdam on the side of the unflooded mine working and is filled with air at a pressure equal to or greater than the pressure of the liquid in the flooded part of the mine working, creates a counterpressure that acts on the entire surface of the body of the watertight cofferdam, and as well as the contact zone of the bridge with rocks and on the surface of the mine working, which makes it possible to ensure reliable waterproofing of the mine working.

Кроме того, размещение контрольно-воздушной камеры и средств подачи и регулирования воздушной среды перед водонепроницаемой перемычкой с незатопленной стороны пространства горной выработки позволяет обеспечить безопасность, а также удобство контроля состояния и эксплуатационного обслуживания гидроизоляционного сооружения.In addition, the placement of the air control chamber and the means of supplying and regulating the air environment in front of the watertight bulkhead on the non-flooded side of the mine working space makes it possible to ensure safety, as well as the convenience of monitoring the condition and maintenance of the waterproofing structure.

В случае достаточно близкого расположения к зоне затопления пересекающей горной выработки для предотвращения предполагаемых или изоляции появившихся водопроявлений контрольно-воздушная камера может быть расположена на пересечении двух горных выработок и ограничена двумя дополнительными воздухонепроницаемыми перемычками, установленными напротив друг друга в пересекающей горной выработке.In the case of a sufficiently close location to the flood zone of the intersecting mine working to prevent alleged or isolate water intrusions that have appeared, the air control chamber can be located at the intersection of two mine workings and is limited by two additional airtight bulkheads installed opposite each other in the intersecting mine working.

Воздухонепроницаемые перемычки должны выдерживать сопротивление давлению воздушной среды, создаваемому в герметичной камере, горному давлению и при необходимости могут быть снабжены креплениями к стенкам горной выработки. Каждая из воздухонепроницаемых перемычек имеет полуэллиптическую форму и выполнена из металла или иных материалов, обеспечивающих их устойчивость по результатам расчета. Каждая перемычка устанавливается в полости, выполненной по периметру сечения горной выработки и обработанной в области контакта с воздухонепроницаемой перемычкой с применением уплотнителей, при этом фокус эллипса должен быть размещен в сторону области более низкого давления (вогнутой стороной наружу).Airtight lintels must withstand the pressure of the air environment created in the sealed chamber, rock pressure and, if necessary, can be provided with fasteners to the walls of the mine working. Each of the airtight lintels has a semi-elliptical shape and is made of metal or other materials that ensure their stability according to the calculation results. Each jumper is installed in a cavity made along the perimeter of the section of the mine working and processed in the area of contact with the airtight jumper using seals, while the focus of the ellipse should be placed towards the area of lower pressure (concave side out).

В качестве воздушной среды может быть использован воздух с добавкой индикаторного газа, что позволит определить места утечки воздуха из камеры.As an air medium, air with the addition of tracer gas can be used, which will make it possible to determine the places of air leakage from the chamber.

На фиг. 1 схематично показано гидроизоляционное сооружение в горной выработке, на фиг. 2 - гидроизоляционное сооружение, в котором контрольно-воздушная камера расположена на пересечении двух горных выработок.In FIG. 1 schematically shows a waterproofing structure in a mine working, FIG. 2 - waterproofing structure, in which the air control chamber is located at the intersection of two mine workings.

Гидроизоляционное сооружение включает герметично установленную в поперечном сечении горной выработки водонепроницаемую перемычку 1. Перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленного участка горной выработки 2 расположена герметичная контрольно-воздушная камера 3, которая ограничена, по крайней мере, одной воздухонепроницаемой перемычкой 4, установленной во врубе горной выработки с уплотняющим материалом 5. Контрольно-воздушная камера 3 подсоединена к компрессору 6 трубопроводами высокого давления 7 для подачи в нее воздушной среды, которые расположены за воздухонепроницаемой перемычкой 4. Кроме того, к трубопроводу высокого давления 7 выполнен подвод индикаторного газа из баллона 8 для контроля герметичности камеры с возможностью регулирования его подачи редуктором 9. Контрольно-воздушная камера может быть снабжена шлюзовой камерой 10 с люками 11 для контроля за водонепроницаемой перемычкой, изолирующей затопленную горную выработку 12. Воздухонепроницаемые перемычки гидроизоляционного сооружения могут иметь компенсирующие устройства 13.The waterproofing structure includes a waterproof bulkhead 1, hermetically installed in the cross section of the mine working. In front of the waterproof bulkhead from the side of the unflooded section of the mine working 2, there is a hermetic control air chamber 3, which is limited by at least one airtight jumper 4 installed in the mine opening with sealing material 5. The control air chamber 3 is connected to the compressor 6 by high-pressure pipelines 7 for supplying air into it, which are located behind the air-tight jumper 4. In addition, indicator gas is supplied to the high-pressure pipeline 7 from a cylinder 8 to control the tightness of the chamber with the possibility of regulating its supply by a reducer 9. The control-air chamber can be equipped with a lock chamber 10 with hatches 11 to control the watertight bulkhead that isolates the flooded mine working 12. The airtight jumpers of the waterproofing structure can have compensating devices 13.

Гидроизоляционное сооружение возводят следующим образом. При гидроизоляции горных выработок калийных рудников во врубе горной выработки с площадью поперечного сечения, превышающей площадь поперечного сечения горной выработки, герметично устанавливают водонепроницаемую перемычку, выполненную, например, из бетона, достаточную для восприятия гидростатического давления. Перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленного участка горной выработки готовят участок для размещения контрольно-воздушной герметичной камеры, для чего выполняют вруб для монтажа воздухонепроницаемой перемычки и обрабатывают вруб уплотняющим материалом для предотвращения утечки воздуха из герметичной контрольно-воздушной камеры. Во врубе перемычку, например, из металла, с размещением фокуса эллипса в сторону области с более низким давлением. Размер камеры и ее конструктивные особенности определяют расчетным путем, исходя из требований по обеспечению необходимого противодавления и особенностей горной выработки. При необходимости в целях предотвращения деформации поверхности воздухонепроницаемой перемычки под действием давления воздушной среды воздухонепроницаемая перемычка может быть обеспечена компенсирующими устройствами, например, гидрокомпенсаторами, с их креплением к стенкам горной выработки.The waterproofing structure is erected as follows. When waterproofing mine workings of potash mines in the cut of a mine working with a cross-sectional area exceeding the cross-sectional area of the mine working, a watertight jumper is hermetically installed, made, for example, of concrete, sufficient to absorb hydrostatic pressure. A section is prepared in front of the watertight cofferdam from the side of the unflooded section of the mine working to accommodate the airtight control chamber, for which a cut is made for mounting the airtight cofferdam and the cut is treated with a sealing material to prevent air leakage from the airtight control chamber. In the cut, a jumper, for example, made of metal, with the focus of the ellipse placed towards the area with lower pressure. The size of the chamber and its design features are determined by calculation, based on the requirements for providing the necessary back pressure and the features of the mine working. If necessary, in order to prevent deformation of the surface of the airtight bulkhead under the action of air pressure, the airtight bulkhead can be provided with compensating devices, for example, hydraulic compensators, with their attachment to the walls of the mine working.

После монтажа контрольно-воздушной камеры производят ее заполнение с помощью компрессора по трубопроводам высокого давления до давления равного или незначительно превышающего гидростатическое давление поступающего рассола (определяется расчетным путем). Для контроля состояния водонепроницаемой перемычки и ее обслуживания контрольно-воздушная камера может быть оборудована шлюзовой камерой с люками. Для контроля герметичности контрольно-воздушной камеры может быть использован индикаторный газ, который через редуктор будет подаваться в камеру, что позволит определить места утечки воздуха из камеры и своевременно их устранить.After mounting the control air chamber, it is filled with a compressor through high pressure pipelines to a pressure equal to or slightly higher than the hydrostatic pressure of the incoming brine (determined by calculation). To control the condition of the watertight bulkhead and its maintenance, the air control chamber can be equipped with an air lock chamber with hatches. To control the tightness of the air control chamber, tracer gas can be used, which will be supplied to the chamber through a reducer, which will make it possible to determine the places of air leakage from the chamber and eliminate them in a timely manner.

Claims

1. A waterproofing structure, including a waterproof jumper hermetically installed in the cross section of a mine working and a sealed air control chamber made in the rocks of the working, with means for supplying and regulating the air environment connected to it, characterized in that the air control chamber with connected to it is located in front of the watertight bulkhead from the side of the unflooded mine working by means of supplying and regulating the air environment and is limited by at least one airtight bulkhead.

2. A waterproofing structure according to claim 1, characterized in that the watertight lintel is an operating lintel.

3. A waterproofing structure according to claim 1, characterized in that the sealed air control chamber is located at the intersection of two mine workings and is limited by two additional airtight jumpers installed opposite each other in the crossing mine working.

4. A waterproofing structure according to claim 1, characterized in that the airtight lintel is provided with attachments to the walls of the mine working.

5. A waterproofing structure according to claim 1, characterized in that air with the addition of tracer gas is used as the air medium.