книги из ГПНТБ / Горбаткин Б.И. Проходчик механизированного забоя при проходке вертикальных стволов специальными способами

диаметром 100—200 мм. В случае необходи­ мости увеличить сечение рассолопровода при­ меняют вместо двух — четыре и т. д. ветви диаметром не более 200 мм каждая. Отдель­ ные трубы рассолопровода можно соединять при помощи фланцев, муфт или сваркой, ко­ торую применяют наиболее часто. В рассолопроводах длиной более 100 м необходимо уст­ раивать компенсаторы длины, так как вслед­ ствие понижения температуры трубы будут укорачиваться, что вызовет нарушения в рассолопроводе.

Непроизводительные потери холода в рассолопроводе могут достигать 40—50%. поэто­ му для их сокращения рассолопровод необхо­ димо тщательно изолировать. При хорошем выполнении изоляции потери холода в рассолопроводе не превышают 1—3%-

При проходке стволов с применением за ­ мораживания вокруг ствола сооружают коль­ цевую выработку — галерею, которая пред­ назначена для:

размещения распределительного кольца с арматурой, благодаря чему можно постоянно контролировать питание замораживающих ко­ лонок рассолом. Кроме того, при проходке ствола распределительное кольцо и устья ко­ лонок будут надежно защищены от поврежде­ ний;

укрепления направляющих труб, предупре­ ждающих отклонение замораживающих сква­ жин от вертикального положения в процессе бурения. Галерею крепят кирпичом, бетоном или железобетоном.

4. Активное и пассивное замораживание горных пород

Контроль за процессом замораживания

Искусственное замораживание горных по­ род принято делить на период образования ле­ догрунтового цилиндра проектных размеров (активное замораживание пород) и на период поддержания созданной ледогрунтовой завесы в замороженном состоянии (пассивное замо­ раживание пород).

В период активного замораживания гор­ ных пород к замораживающим колонкам по­ дается такое количество холода, которое мо­ жет быть передано окружающим породам при максимальной тепловой загрузке колонок и проектной температуре рассола. Так, напри­ мер, при активном замораживании горных по­ род, осуществляемом при температуре прямо­ го рассола —20°С, максимальная тепловая нагрузка 1 м- внешней поверхности замора­ живающей трубы в среднем равна 200— 250 ккал!ч.

При пассивном замораживании горных по­ род в замораживающие колонки подают такое количество холода, которое необходимо для поглощения тепла, притекающего от незаморо­ женных пород. Пассивное замораживание гор­ ных пород продолжается в течение проходки выработки и возведения постоянной крепи в пределах зоны замороженных пород.

При проходке стволов шахт с применением искусственного замораживания горных пород большое значение имеет правильное определе­ ние срока начала горнопроходческих работ. В случае преждевременного начала работ по проходке ‘В неустойчивых водоносных поро­ дах ледогрунтовый цилиндр ствола, будучи

50

дух, а после появления признаков оттаивания пород в замораживающие колонки подают нагретый рассол.

Рассол подогревают в резервуаре, обору­ дованном паровыми змеевиками. Обычно для этой цели используют испаритель заморажи­ вающей станции. Рассол нагревают постепен­ но, чтобы избежать возникновения резких тер­ мических напряжений в замораживающих трубах, могущих вызвать нарушения их соеди­ нений, и создать более равномерное давление оттаявшей породы на крепь ствола. Ежесуточ­ ное повышение температуры рассола принима­ ют 2—3° С.

В конце срока искусственного оттаивания пород температура рассола достигает своего максимума и обычно превышает естественную (первоначальную) температуру пород на 20— 25° С. В ходе оттаивания замороженных по­ род в крепи ствола могут обнаруживаться не­ плотности, которые необходимо устранять. В практике работы треста Шахтспецстрой применяют лишь естественное оттаивание по­ род.

После оттаивания пород замораживающие трубы из скважин необходимо извлечь. Перед извлечением труб демонтируют рассольную сеть на земной поверхности и освобождают колонки от рассола. Рассол из колонок удаля­ ют сжатым воздухом, который подводят к от­ водящей трубе. При глубоких замораживаю­ щих скважинах, когда давление сжатого воз­ духа может быть недостаточным для полного удаления рассола, остаток его вычерпывают из замораживающей трубы желонкой.

Вначале из колонки извлекают питающую и отводящую трубы, а затем замораживаю­ щие. Колонны труб поднимают при помощи

52

I

лебедки с полиспастом. Поднятое верхнее зве­ но питающих труб отвинчивают и удаляют (в том случае, если они металлические). В момент разъединения труб нижнюю часть ко­ лонны удерживают на весу хомутом, опираю­ щимся на торец замораживающей трубы. По­ сле извлечения питающих и отводящих труб приступают к извлечению замораживающих труб.

При извлечении колонны замораживающих труб в первую очередь необходимо отрезать внутренним труборезом башмак заморажива­ ющей трубы, препятствующий использованию трубы для целей тампонажа. После того как башмак замораживающей трубы будет отре­ зан, а труборез и соединяющие его трубы из­ влечены из скважины, приступают к пробно­ му подъему колонны замораживающих труб на небольшую высоту. Сдвиг колонны с места производят домкратом типа ГД 1-300. Даль­ нейшее извлечение колонны труб производят при помощи лебедки с полиспастом. Перед подъемом колонну замораживающих труб пол­ ностью заполняют тампонажным раствором.

По мере подъема колонны труб тампонаж­ ный раствор выходит через нижний конец труг бы в скважину, заполняя пустоты и преду­ преждая обрушение пород. В процессе подъе­ ма труб необходимо наблюдать за уровнем тампонажного раствора. В случае ухода из скважины тампонажного раствора подъем труб следует приостановить и пополнить тру­ бу раствором. Для уплотнения раствора дав­ ление на забой нужно периодически увеличи­ вать путем залива раствора в колонну труб выше уровня поверхности земли. Колонны труб, не поддающиеся извлечению, также за ­ полняют тампонажным раствором.

53

При естественном оттаивании ледогрунгового цилиндра замораживающие трубы из скважин целесообразно извлекать сразу по­ сле окончания проходки ствола и сопряжения. Для извлечения колонн с минимальными за­ тратами энергии и средств необходимо замо­ раживающие трубы отогреть. Местный ото­ грев замораживающих труб производят нагре­ тым раствором, циркулирующим в заморажи­ вающей колонке. Из бака рассол поршневым насосом подается в змеевик, расположенный в жаровом пространстве печи, а затем посту­ пает в питающую трубу. Из колонки охлаж­ денный рассол по обратному трубопроводу поступает в бак, откуда снова забирается на­ сосом. Далее цикл повторяется. Отогревают обычно сразу две или три замораживающие колонки. К моменту окончания отогрева дол­ жно быть подготовлено оборудование для подъема труб замораживающей колонки. По мере подъема трубы отвинчивают и складыва­ ют в стороне. Рассол сливают в специальный бак. Если во время подъема замораживающая труба будет приморожена, ее снова отогре­ вают.

После извлечения обеих колонн труб при­ ступают к тампонажу скважины. Раствор при­ готовляют в растворомешалке и по желобу сливают в скважину. Во избежание примерза­ ния раствора к стенкам скважины его приго­ товляют на горячей воде. Раствор в скважину заливают до тех пор, пока уровень его не поднимется до пола галереи.

После извлечения труб и тампонажа сква­ жин галерею засыпают грунтом до уровня земли с тщательным трамбованием.

Обсадные трубы можно извлекать из сква­

54

жин до замораживания или после окончания оттаивания замороженных пород. Извлекать обсадные трубы лучше до начала заморажи­ вания, сразу после монтажа замораживающих колонок. В этом случае возможные сдвиже­ ния и обрушения пород произойдут до возве­ дения постоянной крепи ствола. Пространст­ во между стенкой скважины и колонной замо­ раживающих труб заполняют глинистым рас­ твором. При извлечении обсадных труб необ­ ходимо строго следить за тем, чтобы вместе с ними не была поднята замораживающая ко­ лонка, так как повторное опускание ее будет затруднено.

Замораживающие трубы, расположенные вокруг ствола, целесообразно извлекать дву­ мя агрегатами одновременно. В первую оче­ редь извлекают две трубы диаметрально рас­ положенных скважин. Далее извлекают дру­ гие две трубы скважин, расположенных на диаметре, перпендикулярном диаметру первых двух скважин. Такой порядок извлечения труб и погашения скважин создает условия для бо­ лее равномерной осадки пород вокруг ствола.

В практике работы треста Шахтспецстрой обычно трубы из скважин извлекают путем местного (частичного) отогрева пород теплым рассолом. Эти работы выполняет бригада из трех человек. Средняя продолжительность по­ гашения одной скважины глубиной 100— 120 'м, включая работы по частичному отогре­ ву пород, извлечению труб и тампонажу сква­ жины, составляет 16—24 ч.

Демонтаж замораживающей станции и рассольной сети можно начинать после про­ ходки и закрепления ствола несколько ниже замороженной зоны.

55

6. О т б о й к а и п о г р у з к а п о р о д ы

О т б о й к а з а м о р о ж е н н ы х п о р о д

Проходка ствола в зоне замороженных по­ род может быть начата только после того, как будет достаточно точно установлено, что ледо­ грунтовый цилиндр ствола отвечает заданным требованиям прочности и водонепроницае­ мости.

Разработку породы в забоях стволов (вну­ три ледогрунтового контура) надлежит произ­ водить: в породах до IV категории по класси­ фикации СНиП (с коэффициентом крепости пород по классификации проф. Протодьяко-

буровзрывных работ и частичным применени­

песчаная глина, валунная глина, пески, гравий и т. д.) следует разрыхлять пневматическими или электрическими отбойными молотками и пневмоломами.

Замороженные породы типа песков, гра­ вия, гальки, мела, мергеля легче поддаются воздействию пневмоинструмента, чем глины, суглинки, лёсс, которые в замороженном .со­ стоянии приобретают свойства вязкости.

Для отбойки мерзлых валунной глины, плывуна, песчаной глины и других пород сле­ дует применять наконечники отбойных молот­ ков. имеющих форму пики или лопатки.

Выемку пород производят следующим об­ разом.

56

Если какая-то часть пород забоя ствола не заморожена, начинать выемку необходимо с этой части. После выемки этих пород на глу­ бину 50—70 см отбойку замороженных повод продолжают вдоль их обнаженной плоскости по всему сечению ствола при помощи отбойныv молотков и пневмоломов.

В стволах диаметром 6—8 м в паботе дол­ жно находиться не менее 5—6 отбойных мо­ лотков и 2—3 пневмоломов при общем числе проходчиков 10— 12.

Если породы заморожены по всему сече­ нию ствола, то выемку следует начинать с производства центрального вруба на глубину 40—50 см и далее отбойку продолжать от это­ го впмба по наплавлению к периферии.

Крепкие замороженные известняки, песча­ ники и т. д. следует разрабатывать с примене­ нием буровзрывных работ, олнако буровзрыв­ ные работы в зоне замороженных п о р о д необ­ ходимо выполнять с соблюдением мер предо­ сторожности с тем, чтобы не нарушить це­ лостность ледогпунтового цилиндра и замора­ живающих колонок.

Порядок и способы производства буро­ взрывных работ в замороженной зоне изло­ жены в разделе «Производство буровзрывных работ в стволах, проходимых специальными способами».

При выемке породы в стволах соляных шахт работы следует выполнять следующим образом.

При подходе забоя ствола на 10 м к кон­

приостановить проходку ствола, уложить бе­ тонную подушку и произвести цементацию. В верхней части соляного тела ствол следует проходить без применения буровзрывных ра­ бот во избежание появления трещин в соля­ ном теле, которые могут явиться проводника­ ми рассола контактной зоны в соль. Выемку соли на этом участке производят пневмоин­ струментом.

В тех случаях, когда ожидается суфлярное выделение газов, бурят передовые скважины, опережающие забой не менее чем на 5 м. При обнаружении суфлярных выделений из забоя бурцт не менее пяти дегазационных скважин (одну по центру и четыре по контуру).

Перед проходкой ствола ниже зоны замо­

закрытия .возможных трещин в соли.

Для удобства бурения устья цементаци­ онных скважин обычно располагают по ок­ ружности, диаметр которой на 0,5—1 м мень­

вкоторой предстоит заложить водонепрони­ цаемые венцы тюбинговой крепи.

Взависимости от гидрогеологических усло­ вий и типа постоянной крепи величина заходок

встволах, проходимых способом искусствен­ ного замораживания пород, может быть раз­

личной.

При проходке стволов с применением обычной временной крепи и последующим воз­ ведением постоянной чугунной тюбинговой крепи с заполнением затюбингового простран­ ства бетоном или возведением железобетон-

58