Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Шахтное и подземное строительство


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Часть 2. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ

ТАМПОНИРОВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД С ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

 

 

При цементации и глинизации тампонажные работы включают: бурение скважин в соответствии с принятой схемой; определение гидрогеологических свойств горных пород, подлежащих тампонированию; монтаж тампонажного оборудования; нагнетание раствора в скважину (группу скважин); контроль за качаством работ по тампонированию горных пород; проходка выработки по затампонированным породам.

При бурении тампонажных скважин их устье на глубину от 5 до 20 м закрепляют направляющими обсадными трубами (кондукторами) с тщательной заделкой пространства между трубами и горной породой цементным раствором или бетоном. Бурение осуществляют с промывкой скважины водой. Глинистые растворы следует применять только на нетам-понируемых участках. При бурении тампонажных скважин в породах, склонных к набуханию, в промывочную воду вводят специальные добавки, снижающие набухание горных пород: жидкое стекло, сульфитно-спиртовую барду и др. Вид и число добавок в каждом конкретном случае определяют лабораторным путем с учетом свойств пересекаемых пород.

Для бурения наклонно-направленных тампонажных скважин применяют станки вращательного бурения шпиндельного или роторного типа. Для повышения производительности бурения могут быть использованы турбобуры и гидроударники. Направленность скважин выдерживают с помощью специальных технических средств. В процессе бурения особое внимание следует уделять контролю за отклонением тампонажных скважин от заданного направления. Угол и азимут отклонения скважины от заданного направления определяют при помощи инклинометров типов ИШ-2, ИШ-4, ИК. Замер отклонений производят через каждые 30 м при глубине тампонажных скважин более 100 м. Допустимые отклонения тампонажных скважин не должны превышать для скважин глубиной до 100 м — 3%, 200 м — 1,5% и 300 м и более — 1 % глубины скважины. По окончании бурения для очистки от буровой мелочи (шлама) каждую скважину промывают путем нагнетания или откачки воды. Лучшего эффекта достигают при групповой схеме промывки, когда в одну скважину нагнетают воду, в другую — сжатый воздух ( 9.15, а) или в одну и ту же скважину — воду и сжатый воздух ( 9.15, б). Вода изливается через соседние скважины. Промывку осуществляют до выхода из скважин чистой воды.

 

 

После промывки скважин приступают к расходометрическим и другим исследованиям в скважинах для установления глубины залегания водоносных горизонтов, их мощности, интенсивности водопоглощения на различных участках. Чаще всего при цементации определяют величину удельного водопоглощения горных пород для каждой цементационной за-ходки путем опробования 2—3 скважин. Каждую из этих скважин, а также все контрольные скважины следует опробовать не менее чем при трех ступенях давления нагнетания, с достижением на каждой ступени установившегося расхода воды в течение 10—20 мин. В остальных цементационных скважинах каждой заходки удельное водопоглощение определяют ускоренным методом — при одной ступени давления.

В зависимости от величины удельного водопоглощения назначают начальную консистенцию цементного раствора.

Оборудование тампонажных скважин в основном зависит от способа тампонирования и схемы нагнетания тампонажного раствора.

При цементации горных пород скважину оборудуют кондуктором и цементационной головкой. Кондуктор предназначен для закрепления и герметизации устья скважины, обеспечения заданного направления скважины при бурении, установки на скважине цементационной головки с запорной арматурой и измерительными приборами. Кондуктор выступает над устьем скважины на 0,3—0,5 м. При цементации с поверхности его заделывают на глубину 6—10 м, а при цементации из забоя — на толщину перемычки или породного целика.

Для усиления связи кондуктора с бетоном при цементации из забоя ствола на наружную поверхность кондуктора наваривают кольцевые выступы. На кондукторе крепят цементационную головку, конструкция которой зависит от схемы нагнетания тампонажного раствора в скважины.

После монтажа необходимого оборудования приступают к нагнетанию тампонажного раствора выбранной концентрации. Если при его нагнетании в течение 0,5-1 ч количество раствора, принимаемого скважиной, не уменьшается или не происходит заметный рост давления, концентрацию раствора постепенно увеличивают, пока не будет подобран раствор, обеспечивающий уменьшение расхода и увеличение давления нагнетания. Раствор такой концентрации нагнетают до прекращения приема его скважиной при заданном давлении. Для более полного отжатая избыточной воды из раствора и уплотнения тампонажного материала в трещинах каждую скважину после прекращения нагнетания следует выдерживать под наибольшим давлением нагнетания не менее 30 мин. При тампонаже крупных трещин это время увеличивают до 1 ч. Решение о прекращении нагнетания тампонажного раствора в скважину принимают при снижении удельного расхода до величины не более 0,1 л/мин на 1 м цементируемой зоны при наибольшем давлении нагнетания.

По окончании тампонажа и при затвердевании раствора до необходимой прочности скважину (группу скважин) разбуривают и проводят расходометрические исследования или'определяют удельное водопогло-щение. Если величина удельного водопоглощения будет не более 0,05 л/мин, тампонирование пород через эту скважину считают законченным, в противном случае в скважину (группу скважин) повторно нагнетают тампонажныи раствор и цикл работ повторяют до тех пор, пока величина удельного водопоглощения на участке цементации не снизится до указанной величины.

К горнопроходческим работам приступают через 4—6 дней после завершения тампонирования всей толщи водоносных горных пород. Выемку породы в зацементированной зоне проводят обычным буровзрывным способом с соблюдением некоторых предосторожностей. В частности, во избежание больших сотрясений окружающего выработку массива горных пород количество взрывчатого вещества должно быть меньше, чем при обычном способе проходки. Глубину шпуров принимают равной 1 — 1,5 м. Применяют короткозамедленное или последовательное взрывание шпуров. По мере выемки породы в затампонированной зоне осуществляют наблюдение за состоянием стенок ствола, определяют размер трещин, характер трещиноватости, степень заполнения там-понажным камнем, прочность и плотность образовавшегося камня, устанавливают влияние взрывных работ на сплошность и устойчивость за-тампонированных горных пород и определяют остаточные водопритоки в ствол.

На выполнение работ, связанных с тампонированием трещиноватых пород, в среднем затрачивают 30-50% общего времени, необходимого на проходку ствола на участке водоносных пород.

Особенности силикатизации и смолизации пород обусловлены небольшой глубиной тампонирования (до 30 м), стесненностью строительной площадки, свойствами пород и растворов, тампонажным оборудованием и т.д. Основные элементы выполнения работ по силикатизации и смолизации пород: погружение инъекторов на заданную глубину, нагнетание растворов, контроль за проведением работ, извлечение инъекторов, вспомогательные работы.

Инъектор состоит из наголовника, колонны глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей. Колонну глухих труб инъектора собирают из отдельных звеньев длиной 1-1,5 м, имеющих на концах внутреннюю металлическую резьбу. Звенья труб соединяют между собой ниппелем.

Основная часть инъектора — перфорированное звено длиной 0,5— 1,5 м с отверстиями диаметром 2—3 мм. Инъекторы бывают двух типов. Инъекторы первого типа изготавливают из стальных цельнотянутых труб с внутренним диаметром 19—42 мм и толщиной стенки не менее 5 мм, по периметру которых просверливают отверстия / диаметром 3 мм, расположенные четырьмя рядами в шахматном порядке из расчета 60—80 отверстий на 1 м длины трубы ( 9.16, а). Отверстия защищены от засорения резиновыми клапанами 2.

Наибольшее распространение в практике смолизации получили инъекторы второго типа ( 9.16, б). Их изготавливают из толстостенной трубы диаметром 32—42 мм, на боковой поверхности которой проточены круговые канавки 3. В канавках просверливают черыре диаметрально расположенных отверстия диаметром 2—3 мм, закрываемых резиновыми кольцами, укладываемыми в канавку на глубину 2—3 мм. Ширина канавок 8—10 мм.

При сплошном закреплении массива инъекторы располагают по сетке в шахматном порядке. При создании противофильтрационных завес инъекторы располагают по контуру выработки в один или два ряда.

Способ погружения инъекторов в породу зависит от физико-механических свойств закрепляемых пород, принятой схемы нагнетания раствора, глубины тампонирования. Инъекторы забивают в породу с поверхности или погружают их в предварительно пробуренные скважины.

Используют станки и оборудование, позволяющие бурить скважины диаметром 60—127 мм на глубину 15-30 м. Порядок погружения инъекторов принимают в зависимости от выбранной схемы закрепления пород восходящими или нисходящими заходками.

Породы, имеющие одинаковый коэффициент фильтрации, закрепляют заходками сверху вниз (нисходящая схема). При увеличении коэффициента фильтрации с глубиной породы закрепляют восходящими заходками. Предельная величина давления нагнетания определена проектом и подлежит корректировке по результатам пробного нагнетания.

При двухрастворном способе силикатизации и наличии фильтрации подземных вод тампонажный раствор нагнетают в следующем порядке. При скорости подземных вод до 1 м/сут вначале нагнетают жидкое стекло последовательно нисходящими заходками на всю глубину закрепляемых пород, после чего в обратном направлении восходящими заходками нагнетают раствор хлористого кальция. При скорости подземных вод 1-3 м/сут поочередно в каждую заходку нагнетают жидкое стекло и раствор хлористого кальция. При скорости подземных вод более 3 м/сут породу закрепляют в две очереди: вначале устраивают временную водонепроницаемую завесу, а затем под ее защитой закрепляют весь массив.

Жидкое стекло и раствор хлористого кальция нагнетают отдельными насосами сначала в нечетные ряды инъекторов, а затем в четные. При этом стремятся к тому, чтобы перерывы между нагнетанием жидкого стекла и хлористого кальция в массив были минимальными

При однорастворной силикатизации раствор нагнетают вначале в первый ряд инъекторов, затем во второй и т.д. В рядах раствор нагнетают в каждый второй инъектор.

При смолизации тампонажный раствор также нагнетают в каждый второй инъектор в ряду. В случае смолизации с предварительной обработкой грунта кислотой вначале в каждую заходку нагнетают 3—5%-ный раствор кислоты, затем прокачивают небольшое количество воды (20— 30 л) и только после этого нагнетают гелеобразующий раствор. Перерыв между нагнетанием кислоты и гелеобразующего раствора не должен превышать 1 ч.

По окончании нагнетания раствора давление в системе постепенно снижают до нуля, после чего отсоединяют шланги от инъекторов. Резкое снижение давления может привести к забивке инъектора породой.

 

К содержанию книги: ГОРНОЕ ДЕЛО: Шахтное и подземное строительство

 

 Смотрите также:

 

Строительные машины    Оборудование для производства железобетонных изделий    Строительные машины   Краны для строительства мостов   Монтаж трубопроводов   Грузовые автомобили    Строительные машины и их эксплуатация