Специальные способы проходки стволов.

В связи с вовлечением в разработку месторождений со сложными горно-геологическими условиями возрастают объемы специальных способов проходки шахтных стволов. Наиболее распространенными из них являются проходка с предварительным закреплением пород (тампонаж) и предварительным замораживанием.

Проходка стволов с предварительным замораживанием — более универсальный способ, так как она может применяться в породах разной структуры и крепости.

Наиболее освоено р а сс о л ьн о е з а м о р а ж и в а ние. Сущность его состоит в следующем. В водоносных породах вокруг места расположения будущего ствола пробуривают скважины глубиной на 5—10 м больше глубины ствола. В скважины опускают замораживающие колонки из герметически закрытых снизу металлических труб диаметром 100—175 мм. В колонки помещают две трубы диаметром 25—50 мм, открытые снизу: подающую и отводящую.

В замораживающие колонки под давлением нагнетают по подающим трубам охлажденный до температуры — (25¸ 35)°С раствор хлорида кальция (СаС12) или хлорида магния (MgCl2), который, двигаясь по колонке к отводящей трубе, отдает холод окружающим породам. В результате этого вокруг каждой скважины вода в трещинах и породах замерзает и образуются ледопородные цилиндры, которые с течением времени соединяются друг с другом, образуя сплошной цилиндр вокруг ствола. Внутри такого цилиндра и проходят ствол.

Скважины располагают так, чтобы ледопородный цилиндр находился за пределами поперечного сечения ствола в проходке. Расстояние между скважинами по окружности принимают равным 1—1, 1 м в крепких породах и 0, 8—0, 9 м в слабых.

Рассол охлаждается на замораживающей станции и подается в замораживающие колонки насосом. Процесс замораживания контролируют посредством измерения температуры подаваемого и отводимого рассола, а также измерения температуры в специальных контрольных скважинах, пробуриваемых в площади поперечного сечения ствола и за ее пределами. Время образования ледопородного цилиндра 30—40 сут. Питание замораживающих скважин охлаждающим раствором ведут до окончания проходки и крепления ствола.

Породу при проходке ствола вынимают с помощью отбойных молотков или буровзрывных работ. Шпуры применяют короткие с небольшими зарядами ВВ. В качестве постоянной крепи используют обычно бетон и металлическую (тюбинговую) крепь.

После проходки и крепления ствола производят оттаивание ледопородного цилиндра, подавая в замораживающие колонки подогретый рассол с температурой на 25 — 30° С выше естественной температуры оттаиваемых пород. Скважины после извлечения замораживающих колонок заполняют глинистым или песчаноглинистым раствором для предупреждения обрушения пород. Средняя скорость проходки стволов способом замораживания пород составляет около 30 м/мес.

Ускорить процесс замораживания пород можно применением вместо замораживающих рассолов сжиженных газов. С применением жидкого азота сооружены некоторые участки стволов на шахтах ПО «Лисичанскуголь».

Основной недостаток способа замораживания — временный характер укрепления пород, что приводит к необходимости сооружения устойчивой водонепроницаемой крепи шахтного ствола. Этот недостаток устраняется при предварительном закреплении горных пород способом тампонажа.

При проходке стволов с тампонированием пород поры, пустоты и трещины в окружающих ствол горных породах заполняются путем нагнетания в них под большим давлением по специальным скважинам различных вяжущих веществ. Через некоторое время после нагнетания вяжущие вещества затвердевают и породы становятся водонепроницаемыми.

В качестве вяжущих и закрепляющих веществ применяют цементный и глинистый растворы, битум, твердеющие жидкие составы на основе синтетических смол, жидкого стекла, полиакриламида.

Т а м п о н и р о в а н и е с п о в е р х н о с т и земли производят при неглубоком залегании и значительной мощности водоносных пород, из з а б о я с т в о л а — при залегании водоносных пород на большой глубине или наличии нескольких водоносных горизонтов небольшой мощности, чередующихся с мощными пластами водонепроницаемых пород.

При тампонировании с поверхности работы начинают с бурения скважин станками вращательного действия и турбобурами. Диаметр скважин 76—300 мм. Скважины располагают вокруг ствола по окружности, диаметр которой на 2—4 м больше диаметра ствола вчерне. Расстояние между скважинами 2—3 м. Устья скважин оборудуют для нагнетания раствора и тампонируют отдельными участками в нисходящем или восходящем порядке.

При тампонировании в нисходящем порядке работы по бурению, скважин и подаче тампонажного раствора чередуются. Когда скважина пробурена на глубину 8—15 м, бурение прекращают и производят нагнетание в нее тампонажного раствора. После затвердевания раствора вновь приступают к бурению скважины на глубину, а затем к тампонированию. Такое чередование ведут до тех пор, пока скважина не будет пробурена и затампонирована на всю ее глубину.

При тампонировании в восходящем порядке скважины бурят сразу на проектную глубину и производят тампонирование участками снизу вверх. Тампонажный раствор нагнетается под давлением 0, 7—5 МПа до полного насыщения им пород.

Раствор обычно подается теми же насосами, которыми пользуются для промывки скважин при бурении.

Тампонирование пород из забоя ствола ведут зонами высотой 12—20 м в нисходящем порядке.

Перед началом бурения скважин в забое ствола сооружают бетонные тампонажные подушки для предотвращения выхода раствора в забой ствола при нагнетании. В качестве подушки иногда оставляют слой ранее затампонированной породы. В подушке монтируют направляющие трубы длиной не менее 1, 5—2 м, через которые производят бурение скважин.

Устья скважин располагают на окружности, диаметр которой на 1—1, 5 м меньше диаметра ствола в свету. Расстояние между скважинами диаметром 40--52 мм составляет 1—1, 6 м. Забои скважин располагают на окружности диаметром на 1, 5—1, 7 м больше диаметра ствола в проходке.

Ц е м е н т а ц и ю п о р о д применяют при проходке стволов по крепким мелкотрещиноватым породам при притоке воды в забой более 10 м3/ч. Цемент берется марки не

ниже 300. Для тампонирования пород с большими трещинами и пустотами в целях экономии дорогостоящего  цемента  применяют  г л и н и с т ы е  или  г л и н о ц е м е н т н ы е р а с т в о р ы. При проходке стволов по трещиноватым породам с большой скоростью фильтрации воды по трещинам применяют б и т у м и з а ц и ю пород, подавая в скважины расплавленный битум.

Легкопроницаемые породы (пески, галечник и т. п. ) следует тампонировать химическими закрепителями.

После тампонирования пород приступают к проходке ствола обычным способом, возводя постоянную крепь звеньями высотой при битумизации 3—5 м, при цементации и глинизации 10

— 20 м.