SU1126698A1 - Способ проходки глубоких шахтных стволов в слабых обводненных породах - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ПРОХОДКИ ГЛУБОКИХ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ В СЛАБЫХ ОБводавиных ПОРОДАХ, включающий предварительное определение упругих и прочностных Характеристик горных пород в заморо жеином состо нии,искусстйенное закиораживание горных пород дл  созда ..ш  временного  едопородного ограждени  проходку ствола эаходками с прсле уадим возведением посто нной крепи тампонажем закрепленного пространства, о- тли чающийс   тем,что,с целью повышени  эффективности проходки шахтных стволов путем уменьшени  объема замораживани  и обеспечени  возможности {проходки стволов на большую глубину , при проходке ствола контролируют величину смещени  ледопородного ограждени  а , предельное значение которой определ ют по формуле if - толщина стенки ледопородного ограждени ; h - предельна  длина заходки, определ ема  по формуле в(.) пр р. - реологические параметры замороженного ледопородного массива; 1о расчетное врем  процесса отставани  возведени  посто нной крепи (интервал времени от начала обнажени  стенки ледопородного ограждени  до момента постановки крепи); предельно допустимый пр прогиб стенки ледопо1О родного ограждени f ф eicO-y- параметр,завис щий от толщины стенки ледоОд породного ограждени ) со 00 P(t - величина горного дав- лени  на глубине заходки , а посто нную крепь возвод т при до-стижении значени  предельной величины смещени  ледопородного ограждени .

Description

Изобретение относитс  к горному делу, в частности к способам проходки шахтных стволов в слабых обводненных породах. Известен способ проходки шахтных стволов в слабых породах, включающий предварительное закрепление пород химическими, электрохимически ми и др.методами дл  создани  защит ного ограждени , проходку ствола, крепление и тампонаж закрепного про странства fl J. Недостатком известного способа  вл етс  ограниченна  область применени , так как он не может быть и пользован в услови х глинистых и об водненных пород. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемо1му  вл етс  способ про ходки шахтных стволов в слабых обводненных пародах, включающий предварительное определение и прочностных характеристик горных пород в замороженном состо нии, рас чет толщины ледопородного ограждени , искусственное замораживание,.гор ных пород дл  создани  временного ледопородного ограждени  и проходку ствола заходками с последующим креп лением и тампонажем закрепного пространства t2j . Недостатком этого способа  вл етс  то,что толщину стенки ледопородного ограждени  принимают из услови работы замороженной породы лишь в области упругости, в результате чего при проходке шахтного ствола на боль шую глубину возникает необходимость образовани  больших толщин ледопородного ограждени , св занных со значительными объемами работ по замораживанию и трудоемкостью, с расхо дом большого количества дефицитных материалов и удлинением сроков строительства , в результате чего область применени  этого способа ограничиваетс  глубинами стволов, как правило , не более 300 м. Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности проходки шахтных стволов путем уменьшени  объема замораживани  и обеспечени  возмож ности проходки стволов на большую глубину. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу проходки глубоких шахтных стволов в слабых обвод ненных породах, включающему предварительное определение упругих и про ностных характеристик горных пород в замороженном состо нии, искусствен ное замораживание горных пород дл  создани  временного ледопородного ог раждени  и проходку ствола заходками с последующим возведением посто нной крепи и тампонажем закрепного пространства , при проходке ствола контуют величину смещени  ледопородограждени  iJct предельное значеоторой определ ют по формуле )-.ь Л - толщина стенки ледопородного ограждени ; 1| - предельна  длина заходки, определ ема  по формуле . д г, т . m В(сЛ) и m - реологические параметры замороженного . ледопородного массива; ip - расчетное врем  процесса отставани  возведени  посто нной крепи (интервал времени от начала обнажени  стенки ледопородного ограждени  до момента постановки крепи); предельно допустимый прог51б стенки ледопородного ограждени ; Б(t)- параметр, завис щий от толщины стенки ледопородного ограждени  ; Р - величина горного давлени  на глубине заходки , то нную крепь возвод т при донии значени  предельной величиещени  ледопородного ограждеходным решением дл  вывода форпредельной величины заходки  в  известное решение о смещении енки толстостенной трубы неогенной ДЛИНЫ под воздействием льного давлени  Р, полученное нове теории пластичности. Эта а решаетс  из совместного рас« ени  уравнений равновеси ,, ений неразрывности деформации внени  нелинейного пластическоформировани  по закону и и - деформаци  и напр жение; m- пластического деформировани . лученное решение может быть предено в виде и Ь - внутренний (вчерне) и внешний радиусы трубы. использовани  формулы (2) димо учитывать развитие пластических деформаций замороженной пород во времени, т.е.  вление ползучести; ограничение длины ледопородного ограждени  путем его защемлени  по концам обнаженного участка проходки длиной Ъ . Учет  влени  ползучести осуществл етс  тем, что параметр пластичности А в формуле (1) рассматриваетс  как функци  времени (t), что характеризует развитие пластических деформаций ползучести. Параметры А (i) и m опреА;эл ют из испытани  на ползучесть образцов замороженной породы при заданной температуре в, в результате чего получают семейство кривых ползучести f- при различных & . Эти кривые перестраивают в семей ство кривых напр жение 6 - деформаци дл  различных моментов времени t, откуда наход т значение параметра w (от i не завис щего) и значени  параметра А (i) дл  различных t . На основе этих данных стро т график изменени  А (t) : во времени и по нему наход т значение A(tp) дл  расчетного момента времени tp. Учет защемлени  ледопородного цилиндра осуществл ют введением коэффи циента (.,5), характеризующего услови ,защемлени  верхнего и нижнего концов обнаженного участка ледопородного ограждени . В верхнем конце это защемление осуществл етс  постановкой крепи, а в нижнем естественной (замороженной или талой породой, расположенной ниже дна забо массива. Принима  линейный закон распредел ни  касательных напр жений по высоте h и наход  их значени  в местах за делки, получаем расчетную формулу 1.«л(р)л;. (3) -функци  отношени  Ъ/с , где в (() т.е. толщина стенки J--fc-a. HTiri ( i-)( На основе проведенных опытов установлено, что коэффициент защемлени  можно прин ть равным ,0,1, а значение m равно: дл  пылеватых водонасыщен«ых песков и супесей ,27; дл  суглинков и м гкопласт ных глин м 0,3; дл  твердых глин т 0,4. Соответственно, формула (4) дл  песков и супесей имеет вид

.1,.,,о4,4Г1(-) ( ( 41

(fcl

65 л  суглинков и м гкопластйчных.глин . 1.1,..(4Г(1Г- дл  твердых глин : )-,1(4Г(|-) .- (1 Параметр А( tp ) зависит от расчетного времени tp и от температуры замороженной породы 9 , В табл.1 представлены экспериментально установленные значени  A(tp) при разных tpи- в , В табл.2 предйтавлены значени  длительной прочности &-(tp) при разных tp и .6 . . Врем  отставани -процесса возведени  посто нной крепи контролируетс  по предельной величине рмещени  стенки ледопородного ограждени , определ емой из выражени  . где и, , - предельна  величина смещени  ледопородного ограждени ; c - толщина стенки цилиндра ледопородного ограждени , причем прогиб колонки пропорционален смещению стенки. Дл  проверки толщины стенки ледопородного ограждени  по прочности ( по первому предельному состо нию) используют условие идеальной пластичности , согласно которому в формуле ( 1) принимаетс  , где Э5 - предел прочности. Учитыва   вление снижени  прочности замороженной породы в зависимости от времени действи  нагрузки, рассматрива  функцию времени ё, (t) , значение ei(t) определ ют из опытов на ползучесть с доведением образцов до разрушени . Зависимость между разрушающей нагрузкой 6д и временем до разрушени  tpp определ ет кривую длительной прочности. Дл  расчета выбиг раюг на этой кривой значение (tp), соответствующее расчетному времени tp . Тогда формулы расчета толщины стенки ледопородного ограждени  по условию прочности получаютс  из формулы . (3) путем подстановки в нее перечисленных выше условий , А &5 (tp) , f 0,1 Ь ,., о.э .р T- -&77t7i

Предлагаемый способ проходки глубоких шахтных стволов в слабых обводненных породах исходит из основного положени реологии мерзлых грун тов, заключающегос  в том, что в замороженных грунтах развиваютс  во времени пластические деформации ползучести , а прочность пород снижаетс . Поэтому при устройстве ледопородного Цилиндра в качестве защитного ограждени  необходимо учитывать врем  его работы от момента обнажени  стенки ледопородного ограждени  до момента возведени  посто нной крепи твердени  тампонажного раствора. Нарастание пластических деформаций за этот период зависит от реологических свойств замороженного ледопородного массива, температуры,величины горного давлени , размеров стенки ледопородного цилиндра и длины заходки.

Толщину стенки ледопородного ограждени  и длину заходки«определ ют по двум предельным состо ни м: по .прочности ледйпородного ограждени  и по деформаци м - смещени м стенки ограждени . Определение предельной прочности ледопородного ограждени  производитс  исход  из недопустимост нарутаени  монолитности ледопородного ограждени  и прорыва грунтовых вод

и плывуна. Этоопределение производитс  по приведенным формулам (6) с введением в них значени  прочности дл  данного расчетного времени i.p.

Определение предельной деформации производитс  исход  из предельно дйп пустимого прогиба замораживаклдиХ труб и недопустимости их разрыва с целью исключени  размораживани  ледопородного ограждени .

Предлагаемый способ проходки глубоких шахтных стволов в слабых обводненных породах осуществл етс  следующим образом.

С помощью известных средств с поверхности по контуру сечени  шахтного ствола бур т скважины параллельно оси ствола на требуемую глубину заложени , оборудуют скважины : эамораживающими колонками и производ т искусственное замораживание ледопородного цилиндра известными методами , предварительно выбрав (определив по данным инженерно-геологических изысканий и экспериментальньлх исследований оптимальную толщину стенки ледопородного ограждени .

Перед проходкой очередного цикла |3аходки определ ют предельную ее длину в зависимости от реологических свойств замороженных пород, от горного давлени  и фактически образованной трлщины стенки ледопо- . родного ограждени  по формулам ( 3) и (4),

,Цлина очередной заходки ствола  вл етс  переменной функцией и зависит от измен ющихс  параметров свойств грунтов (пород) и глубины проходки.

в процессе проходки очередной заходки ствола осуществл етс  контро за предельным смещением внутренней поверхности ледопородного ограждени  с помощью известных средств.

Предельна  величина смещени  стенки ледопород ого ограждени  определ етс  из выражени  (5).

Если контролируема  величина смещени  стенки ледопородного ограждени приближаетс  к предельному значению, то начинают срочно возводить посто нную крепь ствола.

Предлагаемы способ проходки глубоких шахтных стволов может .быть использован дл  строительства шахт, особенно в тех случа х, когда шахты проектируютс  с большой глубиной заложени  в ггеблагопри тных горно-геологически-х услови х (в слабых обвод« ненных породах)..

Предлагаемый способ позвол ет пов1ысить эффективность проходки шахтных стволов на большие глубины, повысить производительность труда проходчиков и темпы строительства стволов и ускорить ввод их в эксплуатаци вследствие значительного сокращени  трудоёмкости по замораживанию. .Таблица 1

9,5 5,7 3,4 8,5 5,1 2,9 7,5 4,5 2,6

8,3 5,2 3,3 :13,8 7,6 4,2 7,7 4,8 3,1 11,3 6,2 3,4 7,1 4,4 2,8, 9,1 5,0 2,8

6,2. 3,6 2,4 5,9 3,3 2,2 5,3 3,1 l.,9

Таблица 2

4,1 2,8 1,7

3,2 1,9 3,9 2,5 1,6

3,0 1,8 3,7 2,3 1,5

2,7 1,6

Claims (1)

1. СПОСОБ ПРОХОДКИ ГЛУБОКИХ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ В СЛАБЫХ ОБВОДНЕННЫХ ПОРОДАХ, включающий предварительное опрёделёние упругих и прочностных характеристик горных пород в заморо женном состоянии,искусственное за- *мораживание горных пород для создании я временного ледопородного ограждения проходку ствола заходками с последующим возведением постоянной крепи и тампонажем закрепленного пространства, о· т л и ч а ю щ и й с я тем,что,с целью повышения эффективности проходки шахтных стволов путем уменьшения объема замораживания и обеспечения возможности ‘ (проходки стволов на большую глубину, при проходке ствола контролируют величину смещения ледопородного ограждения , предельное значение которой определяют по формуле где - толщина стенки ледопородного ограждения;

   h - предельная длина заходки, определяемая по формуле . ..АГ! Та”' 81*^) ^ь-^аАГр]^ллр Р₂ ’ где /l[t_p ] ил' - реологические параметры замороженного ледопородного массива;

   tp - расчетное время процесса отставания возведения постоянной крепи (интервал времени от начала обнажения стенки ледопородного _п Q ограждения до момента , постановки крепи);

   д - предельно допустимый прогиб стенки ледопородного ограждения;

   8((М~ параметр, зависящий от толщины стенки ледопородного ограждения; P(tl - величина горного дав-* ления на глубине эаходки, а постоянную крепь возводят при достижении значения предельной величины смещения ледопородного ограждения.