Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема 8. СТРОИТЕЛЬСТВО ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК С ПРИМЕНЕНИЕМ ТАМПОНИРОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД.
8.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СПОСОБЕ ТАМПОНИРОВАНИЯ.
2 ЧАСА
ПЛАН.
Технический прогресс в горном деле выдвинул за последние десятилетия на ведущие позиции среди специальных способов строительства наряду со способом искусственного замораживания также и методы тампонирования горных пород, которые позволяют оперативно, в кратчайшие сроки и параллельно с подготовительным периодом выполнить эффективную защиту выработок от притоков напорных подземных вод.
Сущность способа тампонирования заключается в искусственном заполнении пустот, трещин и пор массива горных пород материалом, способным со временем затвердевать, образуя завесу, и препятствовать тем самым движению по ним подземных вод (рис.8.1.1).
Рис.8.1.1. Схема тампонирования водоносных пород.
Для этого в массиве горных пород бурят специальные (тампонажные) скважины, через которые нагнетают тампонажный раствор. Давление нагнетания принимают в 2-3 раза больше гидростатического напора подземных вод. Тампонажный раствор, распространяясь на определённое расстояние от скважин, заполняет пустоты и трещины в породах, а после его затвердевания в значительной степени улучшается водонепроницаемость массива горных пород, массив стабилизируется, создаётся водонепроницаемая завеса, что даёт возможность под её защитой в относительно благоприятных, близких к обычным, гидрогеологических условиях выполнять горнопроходческие работы (выемку породы и возведение постоянной крепи) при сооружении горных выработок.
С применением тампонирования горных пород проходят около 60 % вертикальных стволов, на которых применяют специальные способы строительства.
По времени производства различают ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ и ПОСЛЕДУЮЩИЙ тампонаж горных пород.
Предварительный тампонаж осуществляют до начала сооружения выработки с целью создания благоприятных горно-геологических условий, как при строительстве, так и при эксплуатации выработки (основной вид).
Последующий тампонаж проводится после завершения строительства горной выработки с целью создания благоприятных горно-геологических условий поддержания выработки на период её эксплуатации. Этот тампонаж применяется в тех случаях, когда после сооружения выработки остаточные притоки воды в неё превышают установленные нормы. При этом также уплотняется крепь, заполняются закрепные пустоты и водоподводящие трещины.
В зависимости от того, какой материал нагнетают в массив горных пород, различают следующие виды тампонирования: ЦЕМЕНТАЦИЯ, ГЛИНИЗАЦИЯ, БИТУМИЗАЦИЯ, СИЛИКАТИЗАЦИЯ, СМОЛИЗАЦИЯ.
Как показывает практика применения тампонирования в горном деле многих стран, основным способом активного водоподавления в настоящее время является ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ обводнённых горных пород. Глубина предварительной цементации с поверхности земли колеблется в широких пределах: в США, Великобритании до 300 м, в Канаде, Германии и Бельгии 700-900 м, в Украине до 1 200 м, в ЮАР около 1 700 м. Предварительную цементацию из забоя обычно выполняют на любой глубине, как того требуют горно-геологические условия.
В целом все виды тампонажа целесообразно применять в скальных трещиноватых породах (песчаники, известняки, песчанистые сланцы, мергели, мел), в несвязных породах (каменная соль, гипс) и других трещиноватых либо крупнопористых водоносных породах изверженного и метаморфического происхождения (в тех породах, в которых есть водонасыщенные пустоты).
При оценке целесообразности применения того или иного вида тампонажа учитывают следующие основные факторы: раскрытие трещин, проницаемость горных пород, химический состав, напор и скорость движения подземных вод.
Цементация это заполнение трещин и пор массива горных пород цементным раствором, который, затвердевая, уменьшает трещиноватость водоносных пород.
Цементацию применяют для: снижения притоков воды или газа при строительстве горных выработок в трещиноватых водоносных или газоносных породах; защиты бетонной крепи от действия агрессивных подземных вод; восстановления разрушенной крепи; усиления (упрочнения) массива горных пород, возведения противофильтрационных завес.
Область применения:
Глинизация состоит в том, что в горные породы вместо цементного раствора нагнетают водный раствор глины.
Достоинства глинизации:
Недостатки глинизации:
При использовании тонкодисперсных глин область применения та же, что и при цементации.
Глинизацию целесообразно применять только в карстовых породах или в породах с весьма крупной трещиноватостью, а также при наличии агрессивных по отношению к цементу подземных вод. Применяют глинизацию и там, где нет большого гидростатического напора, например, при формировании водоизоляционных завес в основаниях плотин, дамб и других инженерных сооружений. Технология выполнения комплекса работ по глинизации существенно не отличается от предварительной цементации.
Битумизация подразделяется на ХОЛОДНУЮ и ГОРЯЧУЮ.
Холодную битумизацию применяют при создании завес в трещиноватых породах с незначительным раскрытием трещин посредством нагнетания тонкодисперсных жидких битумных эмульсий в скважины.
Горячую битумизацию осуществляют путём нагнетания разогретого в специальных котлах до +140-190 °С нефтяного битума и находящегося за счёт этого в расплавленном состоянии, в скважины, оборудованные электроподогревательными нагнетателями. Попадая в заполненные водой трещины или пустоты, горячий битум в результате остывания отвердевает, что делает массив горных пород водонепроницаемым.
Область применения горячей битумизации:
Достоинства битумизации:
Недостатки битумизации:
Из-за крупных недостатков способ битумизации не нашёл широкого применения в практике шахтного строительства. Целесообразно битумизацию применять для тампонирования закрепного пространства.
Силикатизация заключается в применении неорганических высокомолекулярных соединений силикатных растворов силиката натрия («жидкого стекла») и его производных, которые при соединении с коагулянтом образуют гель кремниевой кислоты, цементирующей частицы грунта. В настоящее время различают следующие виды силикатизации: двухрастворная, однорастворная и газовая.
При двухрастворном способе силикатизации через перфорированные трубы (инъекторы), погруженные в породу на заданную глубину, закачивают поочерёдно растворы силиката натрия и коагулянта (хлористого кальция). Образуемый в результате смешивания гель кремниевой кислоты придаёт грунту прочность при сжатии 1,5-5 МПа и водонепроницаемость.
При однорастворном способе силикатизации в грунт закачивается один гелеобразный раствор, приготовленный из смеси силиката натрия с коагулянтом (ортофосфорная, кремнефтористоводородная кислоты или алюминат натрия). При смешивании этих растворов образование геля кремниевой кислоты происходит в заданное время, зависящее от количества коагулянта. Закреплённый таким образом грунт имеет прочность на сжатие 2-5 МПа.
При газовой силикатизации в грунт, подлежащий закреплению, через инъекторы (забитые или установленные в скважинах) нагнетается углекислый газ для предварительной активизации грунта, затем раствор силиката натрия и, наконец, вторично углекислый газ для отвердения раствора силиката натрия. Породы приобретают прочность, водоустойчивость и водонепроницаемость.
Область применения силикатизации:
- закрепление и придание водонепроницаемости песчаным и лёссовидным грунтам с коэффициентом фильтрации 0,5-80 м/сут, со скоростью движения под земных вод не более 5-8 м/сут и показателем кислотности рН<7.
Смолизация заключается в том, что в массив горных пород нагнетают водные растворы высокомолекулярных органических соединений (смол) с добавками коагулянтов. В результате химических реакций, происходящих в массиве горных пород, смолы переходят из жидкого в твёрдое состояние. В результате этого горные породы упрочняются, уменьшается их водопроницаемость и увеличивается прочность. Так, пески, закреплённые синтетическими смолами, обладают прочностью на сжатие до 5 МПа в зависимости от типа песков и смол. Процесс полимеризации смолы протекает в три стадии: раствор густеет, переходит в гелеобразное, а затем в твёрдое состояние.
Область применения смолизации: трещиноватые и трещиновато-пористые породы с коэффициентом фильтрации 0,5-50 м/сут при минимальном размере частиц несвязанного массива 0,01 -0,05 мм.
Смолизацию можно применить там, где цементация будет неэффективна - для водоизоляции тонкотрещиноватых и мелкопористых пород.
Недостатки смолизации:
По мере развития химической промышленности и удешевления производства синтетических смол способ смолизации будет применяться всё активнее.
Комплексный метод тампонажа (КМТ) водоносных горных пород разработан специализированным производственным объединением "Спецтампонажгеология" (г.Антрацит, Украина). Как наиболее прогрессивный, высокоэффективный метод тампонажа широко применяется с конца 60-х годов при строительстве современных глубоких шахт, рудников, карьеров и разрезов в сложных горно-геологических условиях.
При применении КМТ сокращается продолжительность подготовительного периода строительства шахты вследствие выполнения тампонажа с поверхности заранее или параллельно с оснащением ствола (рис. 8.1.2); умень шается срок проходки стволов благодаря исключению работ по цементации из забоя на каждом водоносном горизонте; отпадает необходимость в выполнении последующей цементации, в перекачном и подвесном оборудовании водоотлива при проходке стволов; снижаются трудоёмкость и энергоёмкость работ; улучшаются условия работы проходчиков, что приводит к снижению травматизма, простудных заболеваний и повышению производительности труда.
Работы по предварительному тампонажу с применением КМТ успешно выполнены более чем на 200 объектах в нашей стране и за рубежом, в том числе при проходке шахтных стволов глубиной свыше 1 200 м. Из стран дальнего зарубежья работы по тампонажу проводились в Румынии, Болгарии, Испании, Австралии, на Тайване и др.
Основные отличия КМТ от традиционной цементации:
|
Рис. 8.1.2. Схема расположения тампонажных скважин при комплексном методе тампонажа |
Наряду с водоподавлением при сооружении шахтных стволов КМТ успешно применялся для постановки изоляционных завес с целью:
1) в зонах тектонических нарушений для обеспечения развития очистных работ;
2) подавления водопритоков при проведении горизонтальных и наклонных капитальных и подготовительных горных выработок;
3) предупреждения осложнений и ликвидации поглощений промывочного раствора при бурении стволов и скважин большого диаметра (что позволило упростить конструкцию скважин и отказаться от промежуточных обсадных колонн);
4) подавления водопритоков при сооружении околоствольных дворов шахт;
5) подавления остаточных водопритоков в стволы;
6) ликвидации аварийных прорывов воды из старых горных выработок;
7) укрепления неустойчивых горных пород;
8) ремонта плотин и т.д.