книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

бойными молотками -и пневмоломами по всему сечению выра­ ботки. Если породы проморожены по всему сечению, то разра­ ботку породы начинают с центрального вруба на глубину 50 см. Затем отбойку породы ведут в направлении к периферии ство­ ла. Число проходчиков, занятых на разработке породы в забое ствола, определяют из расчета 2,5—3,5 м2 площади на одного человека.

При проходке ствола по крепким трещиноватым заморожен­ ным и незамороженным породам "их разрушение осуществляют взрывным способом. При этом необходимо соблюдать меры предосторожности, не допуская таких деформации ледопород­ ного ограждения, которые могут повредить замораживающие колонки, особенно когда последние находятся близко к конту­ ру ствола из-за их отклонения. Шпуры бурят бурильными мо­ лотками ПР-ЗОК, ПР-ЗОЛ и'др. Диаметр буровых колонок вы­ бирают в пределах 40—60 мм. Для грунтов с коэффициентом крепости f = 5ч-6 применяют буровые коронки крестовой или Долотчатой формы, для пород с f=8-HlO — долотчатой формы. Бурение ведут с продувкой шпуров сжатым воздухом или про­ мывкой 2—3%-ным раствором хлористого кальция, предохра­ няющим бур от примерзания’его к стенкам шпура. Шпуры рас­ полагают по трем-четырем концентрическим окружностям и с уклоном к центру ствола. Угол наклона периферийных шпу­ ров принимают равным 75—76°. Устья шпуров удаляют от сте-

•нок ствола на 30—40 см. По мере приближения к центру ство­ ла угол наклона шпуров уменьшают до 70° Глубину шпуров принимают в пределах 1,2—1,5 м.

Шпуры взрывают последовательно.с применением электро­ детонаторов с двухсекундным замедлением. В первую очередь взрывают восемь — десять врубовых шпуров, затем в дветри серии по восемь — десять шпуров — отбойные шпуры. В по­ следнюю. очередь взрывают периферийные (оконтуривающие) шцуры, т. е. взрывание шпуров осуществляют на обнаженную плоскость. В качестве взрывчатого вещества применяют аммо­ ниты всех типов, которые являются безопасными при низких температурах.

Удельный расход взрывчатых веществ принимают неболь­ шим и в зависимости от крепости пород изменяется в пределах 0,5—0,7 кг на 1 м3 породы в массиве. Величину заряда врубо­

специальных водоотливных средств не предусматривается. Во­ ду, остающуюся в незамороженной породе, удаляют из забоя при погрузке породы в бадью. Поступление в забой значитель­ ного количества воды указывает на наличие «окна» в ледопо­ родном ограждении. Если приток воды появляется в слабых

грунтах (песок, ил, глина, мергель, мел и др.), то организация водоотлива из забоя недопустима, так как движущая вода раз­ рушит ледопородное ограждение, что может привести к серь­ езным осложнениям. В таком случае работы по проходке пре­ кращают, ствол затапливают водой до нормального гидроста­ тического уровня и производят дополнительное замбраживание пород.

Постоянную крепь при проходке стволов способом замора­ живания возводят в сложных горно- и гидрогеологических ус­ ловиях, при отрицательных температурах горных пород и воз­ душной среды в стволе, температурных колебаниях, вызывае­ мых сначала замораживанием, а затем оттаиванием пород, не.- равномерных нагрузках, возникающих при оттаивании пород. В связи с этим постоянная крепь шахтных стволов, проходимых способом замораживания, должна обладать по сравнению с по­ стоянной крепью вертикальных стволов в- обычных условиях повышенной прочностью и водонепроницаемостью, .способ­ ностью не изменять своих физико-механических свойств при за­ мораживании и оттаивании, стойкостью по отношению к раз­ рушающему воздействию агрессивных подземных вод и рассо­ лов, способностью противостоять неравномерным, нагрузкам горных пород. Поэтому в зависимости от геолбгического-строе­ ния пород, пересекаемых стволом, их физико-механических свойств, давления, минерализации подземных вод, диаметра ствола, его глубины в качестве постоянной крепи вертикальных стволов, проходимых способом замораживания, применяют чу­ гунные тюбинги, монолитный бетон или железобетон, металлобетон. Часто применяют комбинированные двух- и трехслойные крепи, состоящие из чугунных тюбингов и монолитного бетона, укладываемого в затюбинговое пространство; чугунных тюбин­ гов и затюбингового пластобетона; временной бетонной крепи

состоящую из двух стальных цилиндров и бетонного заполнения между ними. При залегании обводненных пород до глубины 200 м иногда применяют бетонную крепь с одним стальным эк­ раном. Попытки применять монолитную железобетонную крепь оказывались малоуспешными в связи с большой сложностью производства работ.

При применении монолитной бетонной крепи укладку бетон­ ной смеси в замороженной зоне производят способом, основан­ ным на принципе сохранения и использования тепла, выделяе­ мого цементом в процессе твердения смеси (экзотермическое тепло), и тепла, вводимого в бетонную смесь путем подогрева инертных материалов. В связи с этим для приготовления бето-

на целесообразно применять высокомарочные цементы или гли­ ноземистый цемент, выделяющие при твердении большое коли­ чество тепла. Сочетание высокомарочных цементов с ускорите­ лями твердения, подогревом воды и инертных, повышенным рас­ ходом цемента позволяет получить бетон необходимой прочно­ сти. Кроме того, для уменьшения потерь тепла бетонную крепь при ее возведении иногда теплоизолируют от замороженных пород. Как показывает практика, температура бетона, уклады­ ваемого в дело, должна составлять не менее 40 °С. Поэтому в зависимости от применяемого типа цемента подогрев инертных и воды доводят до (60—70) °С.

Для предотвращения проникновения подземных вод через крепь стволов внутрь стволов проводят работы по ее гидроизо­

крепят стволы месторождений с особо сложными гидрогеологи­ ческими условиями, бетонная крепь предназначена для вос­ приятия горного давления, а тюбинговая крепь — для удержа­ ния гидростатического давления подземных вод. Следовательно, гидроизоляция крепей этих стволов сводится главным образом к гидроизоляции тюбинговой крепи. Гидроизоляция тюбинговой крепи состоит в уплотнении следующих ее элементов: верти­ кальных (радиальных) швов; горизонтальных (кольцевых) швов; болтовых соединений; тампонажных отверстий; соедини­ тельных (пикотажных) швов между звеньями крепи.

Защиту ствола от проникновения воды осуществляют: укладкой и чеканкой свинцовой проволоки, имеющей в се­

чении форму эллипса, в вертикальные и горизонтальные швы; установкой и затяжкой уплотнительных сферических метал-

лоасбобитумных шайб в узлах болтовых соединений; установкой и затяжкой свинцовых или асбобитумных плос­

ких шайб под заплечики тампонажных пробок; уплотнением соединительных швов между отдельными

звеньями крепи путем расклинки деревянными клиньями (сое­ динительный пикотаж) или заделки шва цементным тестом.

Гидроизоляцию тюбинговой крепи на калийных и соляных месторождениях производят путем:

укладки и чеканки свинцовых прокладок в виде полос свин­

установки и затяжки свинцовых бочкообразных шайб в уз­ лах болтовых соединений;

установки и затяжкц свинцовых плоских шайб под запле­ чики тампонажных пробок;

уплотнения соединительных швов между отдельными звенья­ ми крепи расклинкой деревянными клиньями (соединительный пикотаж).

Защиту выработок на калийных и соляных месторождениях' со стороны затюбингового пространства от размывающего дей­ ствия грунтовых вод осуществляют путем установки пикотируе­ мых деревянными клиньями водоупорных венцов (кейлькранцев), отсекающих верхние водоносные горизонты и ие допуска­ ющих проникания воды в соляную толщу.

Гидроизоляцию швов тюбинговой крепи производят свинцо­ вым шнуром путем укладки его и последующего уплотнения (зачеканки) чеканочным молотком в образующихся на стыке тюбингов канавках и дальнейшей зачеканки остальной части канавки водонепроницаемым расширяющимся цементом (ВРЦ).

Гидроизоляцию швов тюбингов крепи производят в две ста­

высоких свойств' гидроизоляции стали применять полиэтилено­ вую пленку,' которую заделывают в бетон на всю глубину во­ доносных пород.

4.3.4. Оттаивание замороженных пород и ликвидация замораживающих скважин

После возведения постоянной крепи на участке заморожен­ ных пород работа замораживающей станции прекращается и можно приступить к работам по ликвидации ледопородного ограждения (оттаиванию). Оттаивание замороженных пород осуществляют с целью обеспечения равномерной нагрузки гор­ ных пород на постоянную крепь, определения степени водопро­ ницаемости крепи и ускорения начала работ по гидроизоляции ствола.

Оттаивание замороженных пород может быть осуществлено естественным путем *или можно производить искусственно. При естественном способе оттаивание пород происходит только под влиянием земного теплопритока со стороны незамороженных пород. Продолжительность естественного оттаивания пород за­ висит от количества холода, переданного породами во время их замораживания, температуры замороженных и окружающих пород, а также от их теплофизических свойств (теплопровод­ ность, теплоемкость и др.). Скорость естественного оттаивания пород в зависимости от их типа составляет в среднем 0,1— 0,15 см/сут. Для пород с более высоким коэффициентом тепло­ проводности эта скорость больше и наоборот. Небольшая ско­ рость естественного оттаивания мерзлых пород под влиянием земного теплопритока объясняется аккумуляцией горными по­ родами большого количества холода и крайне слабым процес­ сом теплообмена между замороженными и талыми породами.

Достоинством естественного оттаивания пород является отсут­ ствие затрат на его осуществление. Основным недостатком ес­ тественного оттаивания пород является длительность во време­ ни и невозможность управления процессом, что может привести к неравномерному оттаиванию пород по периметру ствола и как следствие этого к нарушению герметичности крепи, ее де­ формации и т. д. Известное влияние на оттаивание заморожен­ ных пород оказывает поведение подземных вод. При наличии фильтрации подземных вод имеет место крайне неравномерный процесс оттаивания пород.

Искусственное оттаивание замороженных пород осуществля­ ют с помощью циркуляции подогретого хладоносителя в колон­ ках; заполнения ствола водой с последующим подогревом ее паром; подогрева воздуха, подаваемого в ствол, и т. д. В по­ следнее время в отечественной и зарубежной практике оттаи­ вание пород производят комбинированным способом: интенсив­ ным проветриванием ствола подогретым влажным воздухом с одновременной прокачкой через замораживающие колонки по­ догретого хладоносителя. Этот способ в настоящее время яв­ ляется наиболее целесообразным.

Можно производить оттаивание замороженных пород не че­ рез все колонки и не по всему ледопородному ограждению, а через одну или несколько колонок, расположенных в местах с наименьшей толщиной ледопородного ограждения. В этом слу­ чае с помощью подогретого влажного воздуха, прокачиваемого через ствол, предварительно оттаивают породу за крепью ство­ ла на глубину 0,3—0,5 м для создания равномерного гидроста­

сителя в испарителях начинают производить после достижения

сутки во избежание повреждения колонок при резких темпе­ ратурных колебаниях. Максимальную температуру хладоноси­ теля, подаваемого в колонки, обычно принимают на 20—25 °С выше естественной температуры горных пород.

Воздух, подаваемый в ствол, подогревают в калориферах, установленных на всасывающей стороне вентилятора, с таким расчетом, чтобы его температура на забое ствола не превыша­ ла 26°С (согларно правилам безопасности). Движение подо­ гретого воздуха осуществляется по тому же пути, что и при вентиляции ствола. Для ускорения оттаивания крепи ствола и примыкающих к нему пород под воздействием подогретого воз­ духа рекомендуется удалить с поверхности тюбингов ствола слой льда, так как теплопроводность льда меньше чугуна.

В летний период в дневное время воздух можно не подогре­ вать, так как его естественная температура может оказаться достаточно .высокой.

Искусственное оттаивание замороженных, пород осуществ­ ляют на глубоких стволах. При сооружении стволов на малые глубины (30—50 м) ледолородиые ограждения оттаивают в большинстве случаев естественным способом.

Контроль за процессом искусственного оттаивания пород осу­ ществляют наблюдением за изменением температуры пород в контрольных температурных скважинах, температуры хладоносителя, .поступающего в колонки и выходящего из них, со­ стоянием крепи ствола и температурой пород непосредственно за крепыо, выходом в ствол рассола и воды через неплотности крепи. Измерение температуры пород в контрольных темпера­ турных скважинах и температуры хладоносителя, поступающе­ го в колонки и выходящего из них, производят так же, как и при замораживании пород. Наблюдение за состоянием крепи ствола производят непосредственным осмотром крепи, а также путем измерения температуры крепи и пород, примыкающих к крепи.

Визуальный осмотр крепи позволяет судить об интенсивно­ сти процесса оттаивания по уменьшению слоя инея на крепи. Исчезновение инея свидетельствует о том, что температура кре­ пи ствола достигла 0 °С.

Появление воды через неплотности крепи ствола свидетель­ ствует о том, что температура пород за крепью ствола достиг­ ла 0°С. Температуру пород за крепыо определяют с помощью термопар, помещаемых в горизонтальных скважинах, пробурен­ ных через тампонажные отверстия в тюбингах. По показаниям термопар определяют момент достижения породами, примыка­ ющиминепосредственно к крепи, температуры несколько выше 0 °С (2—4) °С. В этот момент производят первичное уплотне­ ние крепи ствола путем расчеканки свинцовых прокладок, под­ тяжки болтов и нагнетания тампонажного раствора (положи­ тельная температура пород за крепыо необходима для нор­ мального схватывания и твердения цементного раствора). Во избежание проникновения в ствол через неплотности его крепи большого количества воды уплотнение производят под защи­ той частично сохранившегося, но еще не нарушившего сплош­ ности ледолородного ограждения. Практикой установлено, что для оттаивания крепи ствола и небольшого слоя пород за крепью при сохранении сплошности ледопородного ограждения необходимо передать замороженным породам примерно 10%

При наличии водоупора в лотковой части выработки заморажи­

упор. Это необходимо для того,, чтобы не промораживать по­ роду в месте проведения выработки. Если водоупорные породы залегают на значительной глубине, то скважины гвсех рядов заглубляют ниже лотковой части выработки на 3—6 м.

При строительстве подземных сооружений неглубокого зало­ жения (до 20 м) ледопородные массивы образуют на всю глу­ бину скважины. При глубине заложения выработки более 20 м ч (рис. 4.23, б) предусматривается создание ледопородного ограж­ дения 1 ограниченных размеров по высоте с-помощью колонок зонального замораживания 2. При наличии неустойчивых по­ род в кровле выработок предусматривается образование ледо­ породных потолочин мощностью 4—6 м.

В рассмотренных схемах крайние продольные ряды сква­ жин называют контурными, а ряды, расположенные между ни­ ми,— внутренними или центральными. Число продольных ря­ дов замораживающих скважин зависит от ширины или диамет­ ра проектируемой выработки и составляет от двух до девяти, а иногда и более рядов. Ряды замораживающих скважин, рас­ положенные перпендикулярно к осевой линии проектируемой выработки, называют поперечными рядами, их число опреде­ ляют в зависимости от длины сооружаемой выработки. В прак­ тике строительства расстояние между замораживающими сква­

между продольными рядами принимают равным от 1,5 до 2,6 м. Схему создания ледопородных ограждений вертикальными скважинами применяют при проведении протяженных наклон­ ных выработок с углом наклона менее 30° и длиной более 80 м. Недостатками этой схемы являются большой объем буро­ вых работ, увеличение стоимости работ и усложнение механи­ зации выемки породы вследствие того, что приходится разра­ батывать замороженную породу. Однако, несмотря на указан­ ные недостатки, на практике эта схема получила наиболее ши­ рокое распространение в силу простоты работ по бурению и оборудованию скважин.

По второй схеме при проведении горизонтальных вырабо­ ток в неустойчивых породах ледогрунтовое ограждение может быть создано непосредственно из забоя выработки или же из специальной выработки (ствола, котлована, камеры). Ледо­ грунтовое ограждение из забоя выработки может быть созда­ но с применением горизонтальных замораживающих скважин, располагаемых внутри контура выработки (рис. 4.24,а), или же расходящимся пучком (рис. 4.24,6). При этом заморажи­ вающие скважины должны быть заглублены в водоулор. В про-