книги из ГПНТБ / Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров - нефтегазохранилищ

Организация работ по проходке горизонтальных выработок следующая. С забоя ствола или скважины с помощью взрывных работ проходят горизонтальную выработку высотой 1,6—1,8 м, шириной 1,4—1,6 м и длиной 10—20 м. Затем выработку расши­ ряют до проектного сечения и в нее (иногда в разобранном виде) спускают механизмы. Дальнейшую проходку горизонтальных вы­ работок производят с помощью этих механизмов. При высоте горизонтальных выработок свыше 4,5 м проходку их производят уступным методом в два или три уступа с отставанием нижнего уступа от верхнего на 6—10 м (рис. 5).

Шпуры в этом случае взрывают раздельно: сначала взрывают шпуры верхнего уступа, затем — нижнего.

Во избежание затрат на сооружение рельсовых путей при про­ ходке горных выработок часто применяют механизмы на гусе­ ничном или пневматическом ходу, однако в выработках значи­ тельной длины и небольшого сечения используют механизмы на рельсовом ходу, в этом случае — шахтные электровозы и ваго­ нетки.

В настоящее время при строительстве хранилищ взорванную породу от проходки горизонтальных выработок транспортируют к стволу комбинированным способом. Проходку выработок осу­ ществляют буровзрывным способом. Породу из забоя транспор­ тируют бульдозером в отвал к породопогрузочной машине. Про­ изводительность бульдозера достигает 20—25 м3/ч. Породопогрузчик находится на расстоянии 50—100 м от ствола. Приме­ няют погрузчики на гусеничном и рельсовом ходу, с помощью которых породу грузят в бадьи емкостью 0,2—0,4 м3, установлен­ ные на специальные тележки. На этих тележках бадьи отвозят к стволу и выдают на поверхность.

Во избежание трещинообразования породу целесообразно раз­ рабатывать несколько ослабленными зарядами ВВ. Удельный расход ВВ принимают обычно по практическим данным или определяют ориентировочно по эмпирическим формулам, наибо­ лее распространенной из которых является формула проф. Н . М . Покровского

Si — коэффициент структуры породы, имеющей для различ­ ных пород значения:

т — число одновременно работающих бурильных машин;

ной длительности смены; при совмещении бурения шпуром с раз­ грузкой породы значение ср принимают в пределах 0,6—0,8, а при последовательном их выполнении — равным единице. При про­ ведении выработок скоростными методами глубину шпуров по породе обычно принимают равной 1,5—2,5 м.

Схему расположения шпуров в забое выбирают в зависимости от структуры и крепости пород, размеров поперечного сечения выработки, применяемого бурового оборудования и способа взрывания. Шпуры следует располагать так, чтобы выработка была правильно оконтурена, чтобы разброс породы был неболь­ шим, а также чтобы исключить подрывку одного шпура другим.

Во избежание излишней выемки (перебора) породы оконтуривающие шпуры необходимо правильно размещать по отношению к проектному контуру сечения выработки. Их забуривают в 20— 30 см от подошвы, кровли и боков выработки, причем забои оконтуривающих шпуров в крепких породах могут выходить за пределы проектного контура, а в породах средней крепости не должны доходить до контура выработки на 10—15 см.

Для максимальной безопасности подрывных работ расстояние между соседними шпуровыми зарядами должно быть не менее 0,3 м для пород крепости f > 7 и 0,45 м для пород крепости f < 7 . Врубовые шпуры располагают либо перпендикулярно к плоско­ сти забоя, либо под углом 60—80°. Наиболее широко применя­ ются вертикально-клиновые врубы (порода внутри контура вру­ бовых шпуров имеет характер приподнятого снизу вверх клина).

Определяющим фактором при выборе того или иного варианта вертикально-клинового вруба является крепость пород. В поро­ дах типа глинистых сланцев (/=2 — 4) рекомендуется применять одинарный вертикально-клиновый вруб, в Породах с }—Ъ—7 — двойной, а при /=8 — 12 — тройной.

Наиболее эффективные результаты взрывания получают в том случае, когда расстояние между концами врубовых шпуров со­ ставляет 0,15—0,20 м.

В США при прохождении горизонтальных выработок в креп­ ких породах (в основном гранитах) получил широкое распро­ странение канадскийвруб. Канадский вруб состоит из несколь­ ких шпуров диаметром 46—53 мм, пробуренных перпендикулярно к плоскости забоя выработки и расположенных на небольшом расстоянии один от другого (10—15 см). Особенностью канад­ ского вруба является наличие незаряжаемых одного или не­ скольких шпуров.

На рис. 6 показаны два варианта расположения шпуров при канадском врубе. В первом случае пробуривают все шпуры од­ ного диаметра, центральные шпуры вруба не заряжаются, остальные шпуры заряжены. Во втором случае пробуривают пять шпуров, четыре из них диаметром 46—53 мм заряжают, а цент­

ральный шпур большего диаметра остается незаряженным. Один или несколько незаряженных шпуров обеспечивают наличие дополните­ льной открытой поверхности, поз­ воляющей облегчить отрыв поро­ ды врубовыми шпурами. Заряды шпуров взрывают одновременно с помощью детонирующего шнура или электродетонаторов мгновен­ ного действия. Наиболее эффек­ тивен канадский вруб в крепких, хрупких и однородных породах.

37 кг. Кроме того, применяют ручные перфораторы завода «Ком­ мунист» с числом ударов в минуту 1800—1900 и весом 23—25 кг. Перфораторы работают при давлении 5 кг/см2 и потребляют 2,5— 3,5 м3/мин воздуха.

Все перечисленные перфораторы имеют приспособления для установки на пневмоподдержках с виброгасящими каретками и работают с применением воды для промывки шпуров.

Из колонковых бурильных машин наибольшее распростране­ ние получили ПК-3 и ПК-5. Эти машины устанавливают на ко­ лонках, буровых тележках и манипуляторах. Наибольшая глу­ бина бурения машиной ПК-5 при диаметре коронки 65—85 мм равна 12 м.

Впородах твердостью до / = 1 2 для бурения шпуров исполь­ зуют колонковые электросверла, наиболее мощными из которых являются сверла марок ЭБК-5, СЭК-1 и ЭБГ с гидравлическим приводом.

Впоследние годы широкое распространение в шахтном строи­ тельстве получили установки, полностью механизирующие про­ цесс бурения.

Бурильные установки БУ-1, СБУ-2М, БУР-2, СБКНС-2 и БСКН-2П, а также СБКН-3 позволили существенно изменить характер и условия труда бурильщиков, освободить их от физи­ ческих нагрузок в условиях вибрации.

Основные характеристики перечисленных бурильных установок представлены в табл. 4.

Рациональный тип погрузочной машины выбирают в зависи­ мости от крепости подлежащей погрузке породы, размеров попе­ речного сечения выработки « принятой схемы организации работ с таким расчетом, чтобы машины в конкретных условиях были использованы наиболее эффективно.

Для погрузки породы в однопутевых выработках предназна­ чена машина типа механической лопаты ППН-2 (выпускается

вместо машины ПМЛ-5) ковшового типа, с пневмоприводом. Ма­

снабжена двумя приводами: один находится на тележке и

в нее, заполняется. После этого включают двигатель подъема, и порода при крайнем верхнем положении ковша высыпается в ва­ гонетку, после чего ковш опускают к подошве выработки, и цикл погрузки повторяют. Машина оборудована автоматической оро­ сительной системой для гашения пыли.

Для механизации погрузки породы в вагонетки при проведе­ нии горизонтальных выработок сечением в свету 4,5 м2 и более, высотой не менее 2 м предназначена малогабаритная машина 2ППН-5п, ленточный конвейер которой обеспечивает 'загрузку вагонеток высотой до 1150 мм и может поворачиваться в гори­ зонтальной плоскости на 15°. Машина снабжена электрическим взрывобезопасным или пневматическим приводом.

Самоходная машина трубкового типа ПДВ-2 предназначена для погрузки и доставки породы на расстояние до 50 м при про­ изводстве горизонтальных выработок сечением не менее 4,5 м2. Погрузочно-доставочная машина Ш Д Н - 2 с нижним черпанием и пневмоприводом предназначается для уборки породы на рас­ стояние до 100 м в выработках сечением не менее 9 м2.

Наиболее распространенными погрузочными машинами в США, применяющимися при прохождении горных выработок, являются механические лопаты и ковшовые погрузчики типа «Эймко».

Машины этого типа не имеют перегрузочного конвейера, ковш смонтирован на кулисах, катящихся по направляющим. При пе­ реключении рукоятей ковш поднимается вверх и опрокидывается за машиной. Направляющие расположены на раме машины, по­

с этим машину откатывают от забоя и породу выгружают в ваго­ нетку, затем цикл повторяют.

Наиболее распространены машины на гусеничном ходу высо­ той с поднятым ковшом 2600 мм, емкостью ковша 0,4 м3, с рас­ четной производительностью до 400 мг\ч и машины фирмы «Двой Салливен» высотой с поднятым ковшом 2007—2160 мм, емкостью ковша 0,11'—0,13 ж3 , производительностью 240 м5/ч. Дл я по­ грузки породы в подземных выработках применяют также по­ грузчики типа «Катерпиллер». Производительность погрузчика

данного типа составляет 56 т/ч, или 450 т породы за 8-часовую смену.

Проходку подземных выработок обычно осуществляют комп­ лексные бригады. Основная бригада выполняет операции по бу­ рению, заряжению и взрыванию шпуров, погрузке породы и смене вагонеток под погрузкой.

После окончания проходки горизонтальных выработок при­ ступают к проходке зумпфа глубиной, достаточной для помеще­ ния погружного насоса, и бетонированию дна емкости для луч­ шего стока сжиженного газа к зумпфу. После окончания этих работ проходческие механизмы демонтируют и выдают на по­ верхность, трубы и сварные швы опрессовывают водой. Дл я устранения возможной утечки паров сжиженных газов из храни­ лища в стволе или в выработках рудничного двора сооружают бетонную перемычку.

Сооружение перемычки —• одна из ответственных задач строи­ тельства. Перемычку, через которую пропускают трубы, служа­ щие для закачки или выкачки жидкости, изготовляют из высоко­ качественного жесткого бетона толщиной 1,5—2,5 м. Во избежа­ ние проникновения газа в месте соединения перемычки с окру­ жающей породой в породе делают вруб глубиной 0,5—0,8 м в за­ висимости от крепости и трещиноватости пород. Дл я предотвра­ щения проникновения газов через бетон и повышения непрони­ цаемости перемычек последние иногда сооружают двойными с расстояниями между ними до 0,5—0,7 м. В это пространство закачивают специальную жидкость, препятствующую проникно­ вению газа через бетон (рис. 7).

Рис. 7. Схема устройства газоне­ проницаемой перемычки:

Если бетонную перемычку предусмотрено поставить вблизи ствола на рудничном дворе, то в этом случае выработку на про­ тяжении 15—20 м от ствола проходят небольшим сечением и только дальше расширяют до проектного сечения.

В случае проходки выработки от ствола полным сечением перемычку сооружают непосредственно в стволе, немного выше кровли хранилища. Дл я проверки герметичности подземные хра­ нилища подвергают опрессовке. Емкости для хранения пропана

опрессовывают сжатым воздухом под давлением 12—14 ат в те­ чение 24 ч. При положительных результатах приступают к осна­ щению скважины и ствола для осуществления сливо-наливных операций.

Хранилища большой емкости опрессовывают дважды: впервые тогда, когда емкость выработок хранилища составляет всего 500—1000 ж3 , в этом случае испытывают проницаемость горных пород под давлением воздуха 8—10 ат в течение суток; вторично опрессовку производят после полного окончания строительства хранилища, т. е. когда пройдены горные выработки, сооружены перемычки и установлено необходимое оборудование (задвижки на обсадные трубы стволов и скважин, глубинные насосы, уров­ немеры и т. д.). Опрессовку в этом случае производят также в те­ чение суток, но при давлении воздуха 12—14 ат, т. е. при давле­ нии, которое в полтора — два раза превышает предполагаемое давление сжиженных газов в хранилище.

Хранилища для бутана опрессовывают при меньшем давле­ нии, которое, однако, также превышает в полтора — два раза предполагаемое давление газа в хранилище. В процессе опрессовки хранилищ производят наблюдение за постоянством давле­ ния и температурой внутри хранилища.

Выработки-емкости считаются выдержавшими испытание на герметичность, если видимое падение давления не превышает па­ дения давления вследствие изменения температуры. В заверше­ ние испытаний по количеству нагнетавшегося и выданного воз­ духа определяется емкость хранилища.

Перед заполнением емкости продуктом, после того как осуще­ ствлена опрессовка и получены положительные результаты, ем­ кость, приборы и трубопроводы очищают от находящихся в них воздуха и различных газов. Очистку осуществляют нагнетанием в системы трубопроводов и выработки паров теплого пропана при атмосферном давлении. Нагнетание производят до тех пор» пока лабораторные испытания не покажут полного отсутствия в парах пропана примесей воздуха.

Продукт продувки вводят в емкости небольшими порциями через наполнительный клапан. Во время продувки емкости пред­ принимаются все меры предосторожности во избежание возник­ новения взрыва смеси паров газа и воздуха. Пары пропана после продувки отводятся на значительное расстояние от хранилища.

Система закачки газа в подземные хранилища очень проста. В случае наклона выработок к стволу ее производят через быв­ шие вентиляционные скважины, находящиеся в наиболее отда­ ленных от вертикальных выработок частях хранилища, в случае-

§ 6. Крепление горизонтальных выработок

В связи с тем, что проходку горизонтальных выработок-емко­ стей в большинстве случаев осуществляют в устойчивых породах, не требующих сплошной тяжелой крепи, в качестве крепи кровли, а иногда и стен выработок чаще всего применяют анкерную крепь.

Анкерование — это искусственное упрочение пород, окружаю­ щих горную выработку, путем скрепления между собой отдель­ ных пластов и наслоения слагающих пород. Анкерование при­ меняют с целью увеличения несущей способности толщи заанкерованных пород, окружающих выработку.

Скрепленная плита может воспринимать без разрушения зна­ чительно большие нагрузки, чем совокупность тонких плит, сла­ гающих эту толщу.

Анкерование применяют в двух различных горных условиях. Во-первых, в том случае, когда вмещающие выработку породы состоят только из мелкослоистой толщи большой мощности (на­ пример, глинистые сланцы), во-вторых, когда толща мелкослои­ стых пород имеет небольшую мощность (менее 3 м) и над ней расположены монолитные породы основной кровли. В первом случае возможно создать монолитную плиту, равную по мощ­ ности глубине анкерования, которая и является прочной поро­ дой, окружающей выработку. Во втором случае анкерами скреп­ ляют мелкослоистые породы с монолитными породами основной кровли. Анкерной крепью могут быть закреплены как кровля и боковые стенки выработок, так и почва.

Опыт показал, что выработки с анкерной крепью становятся более устойчивыми в пролетах и не разрушаются под действием горного давления даже при отсутствии какой-либо другой крепи. Анкерная крепь позволяет до некоторой степени сохранить перво­ начальные, имеющиеся в массиве (до проходки выработок) на­ пряжения пород, прочность которых всегда выше прочности по­ род после проведения выработок.

Широкое распространение этого вида крепи свидетельствует об эффективности ее применения в большом диапазоне горно­ геологических условий.

Нецелесообразно устанавливать анкерную крепь в водообильных породах в связи с коррозией стали. В случае необходимости установки анкеров в таких породах для увеличения срока служ­ бы болтов шпуры цементируют. В опытном порядке в водо­ носных породах были испытаны анкерные болты из сплава алю­ миния.

Анкерный болт состоит из штанги,_ длина которой несколько превышает мощность скрепляемой толщи пород, анкерной го­ ловки, расположенной на верхнем конце штанги, и натяжного приспособления на ее нижнем конце. Последнее обычно выпол­ нено в виде широкой подкладки и гайки, навинчиваемой на