книги из ГПНТБ / Орлов, В. В. Тампонаж в капитальных выработках

дам — 34,3 руб., полная — 73 руб. Средняя стоимость там­ понажных работ на 1 м выработки по прямым нормируе­ мым расходам равна 97 руб., полная — 207 руб.

Опыт тампонажных работ на других шахтах

Кроме вышеуказанных шахт тампонирование закрепного пространства производилось в околосгвольных дворах шахт «Бутовская-Глубокая» (гор. 1012 м ) треста «Макеевуголь», «Красная Звезда» (гор.770 м ) треста «Торезантрацит», «Мушкетовская-Вертикальная» (гор. 415 м ) тре­ ста «Пролетарскуголь» и др.

Шахта «Бутовская-Глубокая». Были приведены тампо­ нажные работы на порожняковой ветви клетевого' ствола гор. 1012 м. Порожняковая ветвь клетевого ствола пройде­ на по сильно трещиноватым, легко обрушающимся гли­ нистым и песчано-глинистым сланцам. Выработка была за­ креплена арками из двутавровых балок № 20а с железо­ бетонными затяжками. Вследствие большого горного давле­ ния крепь начала деформироваться, в своде над крепью об­ разовались большие вывалы пород (рис. 19). Было приня­ то решение арки забетонировать и произвести тампонаж закрепного пространства, забученного породой. Длина участка, подлежащего тампонированию, составляла 90 м, объем закрепного пространства на участке — 275 м3, в том числе объем забученного пространства — 81 м3.

Перед тампонированием закрепного пространства у кле­ тевого ствола и около общей порожняковой ветви были устроены ограждающие перемычки. Перемычки устраива­

61

лись следующим образом. По периметру крепи через каж­ дые 1,5 м были пробурены скважины диаметром 56 мм (рис. 20). В эти скважины вставлялись металлические труб­ ки диаметром 2" и длиной 1 м. Через скважины снизу вверх нагнетался цементно­ песчаный раствор с ми­ нимальным отношением воды и цемента. Нагне­ тание производилось до

появления давления 1,5—2 am. После уст­ ройства первой перемыч­ ки была установлена вторая перемычка; затем произвели чеканку имев­ шихся трещин.

62

цемента марки 300—400, песка — 1 ж* и воды — 600 л. Раствор приготовлялся в шахте. Раствор нагнетался за крепь насосом ЗИФ-200/40 по прорезиненным трубам диа­ метром 2". Вначале раствор нагнетался через две боковые

Рис. 20. Схема устройства ограждающей перемычки.

скважины, потом через верхнюю. Процесс тампонирования заканчивался при повышении давления до 3 am. На рабо­ тах по тампонированию было занято три человека в сме­ ну. Для контроля за качеством тампонажных работ в своде выработки через каждые 5 м бурили шпуры через бе­ тонный свод и затампонированное пространство.

Кроме порожняковой ветви клетевого ствола на шах­ те «Бутовская-Глубокая» были затампонированы: порож­ няковая ветвь скипового ствола, обходная и воздухопо­ дающая выработки, камера ожидания, ходки в камеру ожи­ дания, ходок в насосную камеру и участки полевых штреков.

Состояние крепей, закрепное пространство которых было затампонировано, хорошее.

63

Рис. 21. Схема расположения оборудования при тампониро­ вании закрепного пространства порожняковой ветви клетевого ствола шахты «БутовскаяГлубокая» (гор. 1012 м):

1 — скважина; 2 — шланг для сжатого воздуха; 3 — вагонетка с раствором; 4 — всасывающий шланг диаметром 4"; 5 — шланг для нагнетания раствора; 6 — манометр; 7 — насос ЗИФ-200/40; 8 — ременная передача; 9 — двигатель; /0 — пускатель-

Шахта «Красная Звезда». В околоствольном дворе шах­ ты гор. 770 м были затампонированы: скиповая ветвь, кле­ тевая ветвь, коренной откаточный штрек, заезд на вспомо­ гательный уклон, камера опрокидывателя, камера электро­ подстанции и насосов и восемь узлов. Общая длина затампонированных выработок составила 691 м. Тампонаж на

64

этой шахте производился только через скважины, распо­ ложенные в кровле выработок. Состояние крепей после тампонажа хорошее.

В последнее время работы по тампонажу закрепных пустот и упрочнению окружающих пород производятся так­ же на шахтах им. Ильича, им. Чеснокова и им. XXII партсъезда комбината «Ворошиловградуголь».

Опыт тампонирования при сооружении метро, тунне­ лей и других выработок. Нагнетание раствора за крепь при­ менялось еще в 30-х годах при строительстве Московского метро, а также при проходке туннелей 18]. При строи­ тельстве метро раствор подавался сжатым воздухом первона­ чально при давлении 3—4 am. При повторном нагнетании с целью заполнения пустот и трещин в породах и получения водонепроницаемой оболочки давление доводили до 8—12 am. Тампонаж при сооружении стволов шахт впервые был приме­ нен в 1926 г. в Донбассе. В 1955 г. с появлением тюбинговых крепей в стволах закрепные пустоты заполнялись цементным

вклад внес институт ВНИИОМШС [14].

Применение последующего тампонажа в горизонталь­ ных выработках и, особенно, заполнение закрепного про­ странства с целью ликвидации пустот в Донбассе до пос­ леднего времени носило эпизодический характер. Известны случаи заполнения закрепного пространства в сопря­ жениях стволов с околоствольными дворами.

Впервые, с участием одного из авторов книги, в 1937 г. были заполнены породой и песчано-цементным раствором значительные пустоты за крепью горизонтальных вырабо­ ток околоствольного двора гор. 240 м шахты № 12—13 трес-

та «Красногвардейскуголь», что значительно повысило ус­ тойчивость выработок. Затем в трудах [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 14], на основании оценки результатов многолетних исследований, рекомендовалось закрепные пустоты ка­ питальных выработок с монолитной бетонной и железо­ бетонной крепью заполнять породой и песчано-цементным раствором, а окружающие породы упрочнять.

С 1960—1962 гг. в Донбассе и других бассейнах тампо­ наж закрепного пространства, особенно в околоствольных дворах, получает значительное распространение.

Нагнетание цементного раствора и тампонаж горных пород давно известны в практике строительства туннелей. Нагнетанием цементного раствора исключается возмож­ ность отклонения крепи в пустоты и местные максималь­ ные нагрузки в окружающих породах непосредственно не воздействуют на крепь. В результате тампонажа окружаю­ щих пород цементным молоком минимум на расстояние 3 м породы упрочняются. Нагнетание цементно-песчаного раст­ вора в закрепное пространство — это подача раствора под давлением 4 am главным образом через скважины на глу­ бину 0,8 — 1,5 м. Тампонаж — это нагнетание цемент­ ного молока в горные породы под давлением 45 am через скважины на глубину 3—4 м. Оба процесса производятся последовательно. В первом случае применяется цементно­ песчаный раствор состава 1 : 3 (цемент : песок). Консистен­ ция раствора принимается от пластической до литой. Пе­ ред началом нагнетания при металлической арочной кре­ пи, когда нет сплошной затяжки, должна быть установле­ на опалубка. Для нагнетания раствора достаточно исполь­

66

ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ТАМПОНАЖНЫХ РАБОТ В КАПИТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Подготовительные работы

Проектным институтам на основании опыта строитель­ ства существующих шахт, а также данных геологической разведки, в проектах строительства шахт следует преду­ сматривать тампонирование закрепного пространства и упрочнение окружающих пород, с указанием участков вы­ работок, их длины, ориентировочного расхода раствора и его состава, количества скважин, оборудования и смет­ ной стоимости тампонажных работ. Капитальные выработ­ ки, в которых запроектированы тампонажные работы, дол­ жны проходиться с помощью гладкостенного контурного взрывания шпуров, обеспечивающего минимальные пере­ боры породы и сохранность устойчивости их стенок. На основании этих данных строительные организации разра­ батывают проекты производства тампонажных работ и за­ благовременно приобретают оборудование и материалы и готовят рабочие кадры.

К подготовительным работам по тампонированию отно­ сятся: бурение скважин или шпуров, чеканка швов и тре­ щин в крепи, устройство ограждающих перемычек и др.

Бурение скважин (шпуров). В крепях, в которых не пре­ дусмотрены тампонажные отверстия, бурятся скважины. Длина шпуров определяется толщиной крепи и колеблет­ ся в пределах 0,5—1 м. Шпуры большей длины (2—3 м) буряттогда, когда требуется затампонировать крупные тре­ щины и упрочнить окружающие выработку породы. Коли­ чество шпуров по периметру должно быть не менее трех (два — в боках и один — в своде), диаметр — 58—60 мм.

Расстояние между шпурами по длине выработки опре­ деляется размером пустот в закрепном пространстве. При

величине пустот за крепью до 10 см расстояние между шпу­ рами по длине выработки должно быть 2 — 4 м, при ве­ личине пустот более 10 см — до 5—10 м. Верхние сква­ жины по отношению к боковым должны быть сдвинуты на

2— Ъ м .

Скважины бурят обычными ручными бурильными мо­ лотками или электросверлами в зависимости от вида приме­ няемой в шахте энергии и крепости пород. Верхние шпуры бурят с помощью переносных полков или специальных ваго­ неток. В шпуры вставляются металлические трубки-кондук­ торы диаметром 50 мм.

Чеканка швов и трещин крепи. Все швы крепи и тре­ щины перед нагнетанием раствора чеканят (паклей и це­ ментным раствором). Для этих целей целесообразно приме­ нять расширяющийся цемент. При большом количестве конструктивных швов в крепи или значительном количест­ ве трещин целесообразно на тампонируемый участок нанес­ ти слой торкрет-бетона толщиной 2 — 3 см. Очень нарушен­ ные крепи предварительно ремонтируют или перекрепля­ ют. Если размеры выработки соответствуют проектным, то после чеканки швов и трещин устанавливается сборная щит-оболочка, под защитой которой производятся тампо­ нажные работы. После производства тампонажных работ щит-оболочка снимается.

Устройство ограждающих перемычек. Если требуется затампонировать отдельный участок выработки или если на стыке участков с различной крепью возможно вытека­ ние раствора, то на границах участка устраиваются ограж­ дающие перемычки (пояса). Перемычки можно устраивать двумя способами. В первом случае на границах участка по периметру выработки бурят шпуры через 1— 2 м, встав­ ляют в них кондукторы и нагнетают цементно-песчаный раствор. При большом зазоре между крепью и породой раст­ вор необходимо нагнетать последовательно слоями толщи-

68

ной 10—15 см, давая каждому слою схватиться (через каж­ дые 1— 2 ч).

Во втором случае ограждающие перемычки устраива­ ются из бетона. Возведение таких перемычек предусмат­ ривается на границах участков и выполняется во время возведения крепи. Ширина ограждающей перемычки долж­ на быть равна 1,5 — 2,5 м. Если же возникает необходи­ мость нагнетания раствора в трещины окружающих пород под давлением более 5 от, то нужно делать перемычки с врубом в окружающие породы на глубину не менее 0,5 м.

Кроме вышеуказанных, выполняются также следую­ щие подготовительные работы: прокладка шлангов или ка­ белей и подключение сжатого воздуха или электроэнергии к двигателю насоса; доставка насоса к месту работы; прок­ ладка и подключение шлангов для воды; доставка и уста­ новка переносных рам с полками для бурения скважин; установка тампонажных головок (кондукторов); присоеди­ нение всасывающего и нагнетательного ставов; маневро­ вые работы с вагонетками, груженными цементом, песком; доставка и установка тампонажного оборудования; при­ готовление растворов; отсоединение всасывающего и наг­ нетательного ставов; испытание става нагнетанием воды; демонтаж тампонажного става и др.

Организация работ

Организация работ по тампонированию закрепного про­ странства и упрочнению окружающих пород зависит от места приготовления раствора, объема тампонажных ра­ бот, схемы расположения оборудования, длины нагнета­ тельных ставов труб и т. д. Прежде всего необходимо опре­ делить объем работ по тампонированию и ремонту крепи и по подготовительным работам. Все выработки околоствольного двора и другие капитальные выработки разби­

69

ваются на участки в зависимости от размеров закрепных пустот. Для каждого участка составляется индивидуаль­ ный проект с расчетом объемов работ, потребности в мате­ риалах, устанавливается состав раствора и т. д.

На основании полученного объема работ рассчиты­ вается требуемое количество оборудования, количество бригад и время тампонирования. Составляются графи­ ки организации работ по каждому участку и календар­ ный график тампонажных работ по всему объему. В гра­ фике работ по участку указываются подготовительные работы (бурение скважин и установка кондукторов, устройство ограждающих перемычек, нагнетание раство­ ра за крепь и в окружающие выработку породы). Кроме того, составляется график организации работ по тампони­ рованию на смену или сутки с указанием всех процессов и операций.

При большом объеме работ по тампонированию и для обеспечения непрерывности нагнетания раствора необхо­ димо иметь два насоса на каждой точке тампонажных ра­ бот. Если раствор приготовляется на поверхности, то необ­ ходимо иметь бригады: одна работает в шахте по тампона­

раствора достаточно иметь по три человека. Обязанности рабочих по тампонажу: первый рабочий (звеньевой) управ­ ляет насосом, наблюдает за приборами и осуществляет кон­ троль за качеством работ, второй рабочий — следит за сво­ евременным прибытием вагонеток с раствором и занимает­ ся перемешиванием раствора; третий рабочий — подклю­ чает шланг к тампонажной головке, следит за шлангом, переставляет тампонажные головки в процессе работы, наб­ людает за манометром на тампонажной головке. Работы

ю