книги из ГПНТБ / Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах

преимущество зажимного способа. В связи с этим для укрепления цементацией скальных откосов на карьерах рекомендуется зажим­ ной способ нагнетания (рис. IV.21).

О б о р у д о в а н и е с к в а ж и н . Если не требуется поинтервальное нагнетание цементного раствора, то в устье цементацион­ ных скважин бетонируется трубка-кондуктор с фланцем, к кото­ рому затем подсоединяется цементационная головка с измери­ тельной и запорной аппаратурой (рис. IV.22). Трубка-кондуктор 7 с фланцем 6 (для подключения цементационной головки, снабжен­ ной проточной камерой и вспомогательным фланцем 9, имеющим диаметр, близкий к диаметру скважины, для облегчения бетони­ рования кондуктора в устье скважины) геометрически запирает устье скважины (остальные условные обозначения см. рис. IV.15).

Укрепление цементацией сильнотрещиноватых пород без пред­ варительной армировки скважин производится с помощью по­ гружного инъектора, производящего цементацию отдельными зо­ нами (интервалами). На рис. IV.23 представлен вариант инъекто­ ра типа «Вашкур» с резиновым тампоном для цементации пород зажимным способом через скважины диаметром 100—ПО мм. Инъектор состоит из двух труб. Внутренняя питающая труба 3 имеет внешний диаметр 50 мм и внутренний диаметр 38 мм. Нижний ко­ нец этой трубы снабжен фланцем 6. Поверх питающей трубы на­ девается вспомогательная 2 внешним диаметром 96 мм и внут­ ренним проходным диаметром 53 мм. Нижний конец вспомога­ тельной трубы также снабжается фланцем или упирается в ме­ таллическую шайбу 4. Между фланцем питающей трубы и нижним концом вспомогательной трубы укладываются резиновые кольца тампона 5 диаметром 100 мм и толщиной 10 мм. Высота тампона колеблется от 20 до 40 см. На питателе над устьем наружной вспомогательной трубы укрепляют домкрат /. Вращением рукоя­ ток домкрата трубы передают давление на резиновый уплотни­ тель, который при этом расширяется в радиальном направлении и прижимается к стенкам скважины, чем обеспечивается плотное запирание скважины для цементации. На домкратный патрубок надевается шланг, соединяющий инъектор с насосом; зажимным способом устанавливается штуцер для манометра, подключение которого производится через проточную камеру. При использова­ нии инъектора устье скважины оборудуется обсадной трубой или бетонируется для предотвращения разрушения скважины.

К основному оборудованию, необходимому для проведения ра­ бот по укрепительной цементации, относятся: растворомешалки, цементационные насосы, трубопроводы, нагнетатели, измеритель­ ная и регулировочная аппаратура.

Оборудование для цементации должно удовлетворять следую­ щим основным требованиям:

смесительное оборудование — обеспечивать тщательное переме­ шивание всей массы загружаемого цементного раствора;

141

to

насосы — обеспечивать непрерывную подачу требуемых коли­ честв раствора при заданном давлении;

трубопроводы (раствороводы), составляемые из труб или шлан­ гов, — обеспечивать пропуск требуемого количества раствора и не иметь резких поворотов, где возможно преждевременное оседание твердых фракций тампонажного раствора. Общая длина трубопро­ вода по горизонтали не должна превышать 150 мм;

Для цементационных работ применяют передвижные растворо­ мешалки, поршневые растворонасосы и диафрагмовые растворона-

спективно использование передвижных мобильных цементацион­

востью его в агрессивной среде, характером трещиноватости поро­ ды, сроками схватывания, твердения и стоимостью цементов.

тостойкий портландцемент марки 300 или 400, а также пуццолановый портландцемент. В случае общекислотной агрессии при вели­

143

нового цемента расслаивается и дает очень пористый цементный камень, обладающий малой прочностью.

Концентрация цементного раствора зависит от характера тре­ щиноватости пород и давления, при котором производят нагнета­ ние. Даже при нагнетании в одну и ту же скважину она не остается постоянной. Раствор постепенно сгущают в соответствии

144

с поглощаемостью его породами. Предельная концентрация це­ ментного раствора определяется возможностью всасывания его насосом и соответствует раствору с плотностью 1,5—1,6. При такой:

жают, а давление нагнетания увеличивают, что необходимо для опрессовки цементного материала в трещинах и заполнения слу­ чайно образовавшихся пустот.

Для сравнительной оценки различных слоев и участков мас­ сива скальных пород, а также количественной характеристики трещиноватости и водопроницаемости пород и выявления худших участков в отношении проницаемости и трещиноватости произво­ дится определение удельного водопоглощения пород путем опыт­ ных нагнетаний.

Начальная консистенция цементного раствора назначается в за­ висимости от величины удельного водопоглощения пород.

Удельным водопоглощением q называется водопоглощение, от­

полное фактическое поглощение скважины при испытании пород под давлением, л/мин; Н — давление, при котором производилось испытание скважины водой, м вод. ст.; h — высота участка сква­ жины, на котором нагнеталась вода, м.

Консистенция растворов подбирается по весовому соотношению или по плотности ареометром (например, по табл. IV. 13) для порт­ ландцемента марки 400.

Вода, применяемая для затворения раствора, не должна содер­ жать вредных примесей, препятствующих нормальному схватыва­ нию и твердению.

Т а б л и ц а IV. 13

145

§ 6. ИЗОЛИРУЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ ПОВЕРХНОСТИ откосов

В результате выветривания горных пород под воздействием различных агентов возникают деформации поверхности откосов уступов, проявляющиеся в виде осыпей и вывалов. Развиваясь со временем, они вызывают серьезные осложнения в работе карьеров.

Для предотвращения выветривания пород применяются различ­ ного рода покрытия, из которых чаще всего употребляется набрызгбетон.

Песок, применяемый для приготовления набрызгбетона (торк­ рета), не должен содержать глинистых или других частиц, способ­ ных разрушаться под действием воды; загрязненный — необходи­ мо промывать. Влажность песка допускается в пределах 4—6%.

В зависимости от требований, предъявляемых к набрызгбетону, состав его берется от 1:2 до 1:7 (цемент : песок по объему). Если требуется высокая плотность и прочность бетона, то принимается

крупных песчинок. Например, при составе смеси 1:3 торкрет полу­ чается состава 1: 2. В среднем от вертикальных стен отскакивает 30—40% частиц заполнителя (от общего объема сухой смеси). Торкрет чаще всего приготовляют из сухой смеси портландцемента марки 500 и песка в пропорции 1 : 3.

Прочность торкрета при наиболее применяемых составах сухой

с арматурой составляет в среднем 15 кгс/см2.

Применяемые для торкретирования отечественные цемент-пуш­ ки С-320, по паспортным данным, дают производительность в су­ хой смеси 1 —1,5 м3/ч, расход воздуха 3—6 м3/мин, давление воз­ духа 2,5—3,5 кгс/см2, давление воды примерно на 1 кгс/см2 боль­ ше, чем давление воздуха у сопла; диаметр материального шланга 25—32 мм, максимальный размер фракций заполнителей до 8 мм, диаметр выходного отверстия сопла от 16 до 25 мм.

Большой опыт по применению торкрет-бетона накоплен при креплении подземных горных выработок [49]. Торкрет наносится с помощью цемент-пушки последовательно, в несколько приемов, слоями толщиной 2—2,5 см на предварительно обобранные и об­ мытые поверхности. При нормальной работе цемент-пушки расход смеси составляет 0,75—1 м3/ч. В течение шестичасовой смены бригада из трех человек при расходе сухой смеси 4 м3 в состоянии закрепить 40—45 м2 поверхности выработок.

146

Торкрет-бетон предохраняет породы как от выветривания, так и от выпадения отдельных небольших блоков. Стоимость 1 м2 по­ крытия торкрет-бетоном при толщине покрытия от 3 до 6,5 см составляет 1,3—1,5 руб.

Для повышения прочности и снижения в нем усадочных напря­ жений в защитном покрытии торкретирование ведут по металли­ ческой сетке из проволоки диаметром 2—6 мм.

Шприц-бетон, так же как и торкрет-бетон, может применяться в сочетании со штанговой крепью и металлической сеткой; осо­ бенно там, где массив горных пород сильно раздроблен, или в слоистых породах, склонных к выветриванию, причем при толщине слоя шприц-бетона свыше 10 см, его можно рассматривать как защитную анкерованную сетку.

Шприц-бетон состоит из смеси цемента, гравия или щебня,, песка, воды и специальной добавки, ускоряющей схватывание и твердение покрытия и придающей ему водонепроницаемость.

Прочность бетона, плотность и быстрота твердения обеспечи­ ваются большей, по сравнению с торкрет-бетоном, крупностью фракций заполнителя (до 25 мм), введением добавки ускорителя схватывания, а также методом его нанесения на поверхность. Шприц-бетон наносится слоями толщиной 4—5 см и более. Он яв­ ляется достаточно надежной гидроизоляцией и может наноситься как на сухую, так и на влажную поверхность. Покрытия толщиной 5—15 см обеспечивают создание эффективного защитного слоя и его прочную связь с поверхностью.

Содержание фракций заполнителей зависит от типа применяе­ мой машины. Для машин, работающих на мелких заполнителях (до 10 мм), частицы размером от 0,1 до 1 мм обычно составляют 2/з от общего объема, а размером от 1 до 10 мм— */3. При приме­ нении фракций от 10 до 25 мм их содержание для некоторых ма­ шин не должно превышать 30% от общего объема заполнителей.

Влажность применяемых инертных заполнителей должна со­ ставлять от 2 до 7%. Для шприц-бетона применяется любой све­ жий цемент; преимущественно употребляется чистый портландце­ мент. Расход цемента намного меньше, чем в торкрете, за счет более крупных заполнителей и равен 300—350 кг/м3 сухой смеси инертных материалов, или 400—430 кг/м3 готового шприц-бетона.

Водоцементное отношение составляет 0,5, т. е. потребный рас­ ход воды равен 200—220 л на 1 м3 готового шприц-бетона. Воз­ можность повышения водоцементного отношения в шприц-бетоне, по сравнению с торкретом, создается наличием в нем специальной добавки, однако, чем меньше водоцементное отношение, тем ма­ териал получается более плотным и менее водонепроницаемым.

Добавка — ускоритель схватывания и твердения (алюминат натрия, хлорное железо, жидкое стекло и т. д.) вводится в сухую смесь в количестве 2—4% от массы цемента; эта добавка может вводиться в раствор и вместе с водой.

147

Прочность шприц-бетона в 2,5—3 раза выше прочности обыч­ ного бетона. Показатели прочности на 28-й день, по разным источ­ никам, колеблются от 400 до 700 кгс/см2 на сжатие и от 80 до 120 кгс/см2 на изгиб. При толщине 8—10 см шприц-бетон является плотным водонепроницаемым материалом. Он обладает повышен­ ной устойчивостью против влияния грунтовых вод и других хими­ ческих воздействий. Сцепление шприц-бетона с горными породами и арматурой в 2—3 раза выше, чем обычного бетона.

Для производства покрытия шприц-бетоном институтом «ЦНИИПодземшахтострой» сконструированы машины БМ-60П с одной камерой и пневматическим приводом и БМ-60 — двухка­ мерные с электрическим приводом, выпускаемые Московским за­ водом строительных машин. Двухкамерная машина обеспечивает непрерывную работу по нанесению бетона и более, чем однокамер­ ная ,машина (предназначенная для работ в стесненных условиях горных выработок), пригодна для открытых горных работ.

Техническая характеристика машин БМ-60 приведена в главе V. При торкретировании высоких откосов машину БМ-60 удобнее располагать на берме, лежащей над откосом, подлежащим покры­ тию. Работа производится с люльки, которая по мере покрытия отдельных лент передвигается по простиранию укрепляемого уча­ стка. Однако большой производительности можно достигнуть лишь

с использованием механизированных комплексов.

Для покрытия поверхности откосов набрызгбетоном на Кальмакырском карьере применяли следующий комплект оборудо­ вания:

1)самоходный полок СП-12;

2)бетономашина БМ-60;

3)смеситель конструкции ВНИИЦветмет;

4)компрессор К-9.

Покрытия поверхностей откосов пленками из горячего битума с минеральным наполнителем применяют для изоляции пологих

и др.) в количестве до 30% по объему. Кроме того, для снижения расхода битума возможно применение в качестве добавок местных

148

уголь дает слишком высокую температуру. Подогреваемый битум должен иметь температуру не ниже 180 и не выше 200°, так как при температуре свыше 220° он может воспламениться. Произво­ дительность котла около 1,5 т в смену.

Работы с горячим битумом опасны для обслуживающего пер­ сонала, вследствие чего их следует производить с необходимой осторожностью.

§ 7. К О М П Л Е К С Н О Е У К Р Е П Л Е Н И Е У С Т У П О В

Наблюдения за бортами карьеров, поставленных в предельное положение, свидетельствуют о значительном влиянии фактора времени на сохранность заданного уступу профиля. В результате воздействия агентов выветривания, а также сейсмического дей­ ствия взрывов происходит разрушение пород поверхности откосов с образованием вывалов и осыпей. Интенсивность выветривания отдельных разновидностей пород различна.

При длительном стоянии бортов карьеров без обновления, что возможно в глубоких карьерах, применение таких способов укреп­ ления, как штанги и сваи, без дополнительных мероприятий, ис­ ключающих образование осыпей, положительных результатов не дает.

На Коунрадском карьере участок борта, укрепленный штанга­ ми, сложен крепкими породами — гранодиоритами и гранодиоритпорфирами. Замеры показали, что после семи лет стояния даже в крепких породах мощность выветрившегося слоя составила в среднем 10 см. Этого оказалось достаточно, чтобы штанговая крепь потеряла натяжение. На Коркинском карьере участок опыт­ ного укрепления уступа был сложен аргиллитами и углистыми сланцами. Здесь интенсивность выветривания пород была несрав­ нимо выше. Железобетонные сваи оголились на глубину до 1 м уже после одного года стояния.

Последствия деформаций откосов за счет выветривания очень серьезны, хотя на первый взгляд это наиболее безопасный вид. деформации. Поэтому при длительном стоянии откосов необхдимо применять комбинированное их укрепление. Сочетание механиче­ ских способов укрепления (штанги и сваи) с цементацией прибортового массива улучшает условия работы конструкций. Монолит­ ный массив сдвигается как одно целое, не вызывая их изгиба.

Если породы дополнительно подвергаются упрочнению, то не­ обходимо учитывать общее дополнительное сопротивление сдвигу, создаваемое комплексом укрепительных мероприятий.

Цементацию горных пород с интенсивной трещиноватостью ре­ комендуется во всех случаях производить в сочетании с укрепле­ нием железобетонными сваями, чтобы с максимальным эффектом использовать пробуренные скважины. Число свай определяется предварительно рассчитанным паспортом укрепления.

149

§ 8. И С К У С С Т В Е Н Н Ы Е У Л А В Л И В А Ю Щ И Е Б Е Р М Ы В Г Л У Б О К И Х К А Р Ь Е Р А Х

При разработке месторождений, сложенных наклонными или крутопадающими слоями пород, уступы борта лежачего бока заоткашиваются по слоистости. При падении слоев пород под углами 20—35° общий угол наклона борта выполаживается до 15° в то время как по условию устойчивости общий угол наклона борта в этих случаях может быть равен углу падения слоев.

Рис. IV.24. Конструкция искусственных берм:

Выполаживание борта за счет берм приводит к значительному увеличению объема вскрыши. Практика открытых горных работ показывает, что при падении слоев под углами 20—40° для устрой­ ства берм можно не разносить борт положе слоистости, а соору­ жать искусственные бермы безопасности (рис. IV.24, а) или укреп­ лять их (рис. IV.24, б).

Такие бермы, при сравнительно небольшой стоимости, позво­ ляют уменьшить объем вскрыши и создать безопасные условия работы на нижних горизонтах карьеров под высокими откосами.

При укрепленной берме, расположенной на подрезанных кон­ тактах между слоями, высота шпунта должна задаваться, исходя из условия получения ширины бермы безопасности, равной 6—8 м.

Когда сцепление по контактам слоев очень мало и при подходе горных работ к предельному контуру связность пород по наиболее слабым контактам не сохраняется, вместо укрепленных берм сле­ дует создавать искусственные.

Искусственная улавливающая берма имеет вид анкерованной шпунтовой стенки. В качестве шпунтов используются двутавровые балки (с номерами профиля 16—20) или рельсы тяжелого профиля (Р-43, Р-50, Р-65). Шпунты устанавливают вразбежку с интерва­ лом, который определяется расчетом в зависимости от конкретных условий. Затяжку шпунтовой стенки производят железобетонными

150