Тема 1. Горнопроходческие работы. 1. Общие сведения
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
24. Строительство вертикальных выработок с применением искусственного замораживания горных пород В случаях, когда необходимо осуществить замораживание пород ниже пройденной и закрепленной постоянной крепью части ствола, а также в случаях замораживания пород, в которых имеет место интенсивное движение подземных вод, применяют каскадное замораживание. При каскадном замораживании замораживающие колонки включаются в рассольную сеть не одновременно. Вначале включаются две диаметрально противоположные колонки, совпадающие с направлением движения потока подземных вод. После снижения температуры в породах у двух смежных скважин до 0 ° С включаются четыре фланговых колонки. Следующую группу фланговых колонок включают после понижения температуры в смежных колонках до 0 ° С. Последнюю пару колонок, замыкающих ледопородный цилиндр, называют замковой. К достоинствам каскадного замораживания следует отнести: - возможность форсировать работу отдельных замораживающих колонок; - наличие сводного выхода воды во внешнюю толщу породы, что позволяет избежать значительного увеличения нагрузок на ранее возведенную крепь ствола; - возможность вести замораживание при меньшей холодопроизводительности замораживающей После достижения проектной толщины ЛПО активное замораживание пород прекращают. Для того чтобы исключить оттаивание замороженных пород, необходимо компенсировать теплоприток к ЛПО. Это достигается нагнетанием охлажденного рассола с такими же параметрами, как и при активном замораживании, но в значительно меньшем количестве (25-50 % от активного). Поддержание ЛПО на период проходки ствола называют пассивным замораживанием. Холод распространяется в различных породах с различной скоростью. Поэтому степень промерзания ядра ствола в различных породах будет неодинаковой. Отличны и прочностные характеристики замороженных пород ( пески - крепкие по прочности, близки к песчанику, глины - вязкие, некоторые их виды способны к быстрому пучению при их обнажении. Все это должно учитываться при выборе схемы организации работ по проходке и креплению ствола в зоне замораживания. Разработка забоя. Проходку стволов в замороженных породах осуществляют по параллельной, последовательной и совмещенной схемам. Иногда проходку ведут одновременно по двум схемам. В основном разработку забоя следует проводить механическими средствами разрушения (отбойными молотками, пневмоломами, отбойными машинами, фрезами, специальными комбайнами и др.). Применение ВВ опасно из-за возможных нарушений ЛПО и в особенности замораживающих колонок. В тех случаях, когда все же необходимо применять БВР, их следует вести осторожно, особенно на контактах различных пород. Заряды ВВ следует применять небольшие, глубина шпуров принимается 1,2-1,5 м. Располагать шпуры нужно под увеличенным углом в направлении к центру ствола и на большем расстоянии от стенок ствола. Шпуры бурят перфораторами с промывкой 2-3-х % раствором хлористого кальция. Удельный расход ВВ принимается в зависимости от крепости пород в пределах 0,1-1 кг на 1 м3 породы в массиве. Величина заряда врубовых шпуров принимают от 1 до 1,5 кг, а периферийных - от 0,5 до 1 кг. Взрывание шпуров производят последовательно с применением электродетонаторов с 2-х секундным замедлением. Временные крепи. В замороженных песчаных породах временное крепление можно не возводить. В глинах, бурых углях временное крепление возводить обязательно. Временное крепление при проходке ствола в замороженной зоне отличается от временной крепи в обычных условиях только тем, что затяжка устанавливается в разбежку. Это необходимо для наблюдения за состоянием замороженных пород. Уборка породы ведется теми же средствами, как и при проходке в обычных условиях. Возведение постоянной крепи. Для крепления стволов в замороженной зоне можно применять все те же виды крепей, что и при обычных способах проходки. В практике шахтного строительства наибольшее применение получили бетонная, металлическая (тюбинговая) и комбинированная (бетонная с металлическими тюбингами) крепи. При применении бетонной крепи следует учитывать что: - бетонная крепь до начала замерзания должна набрать не менее 70 % проектной прочности; - неравномерность давления горных пород по периметру и глубине ствола вызывает в крепи не только сжимающие, но и растягивающие напряжения; - в результате значительных изменений температуры в породах, окружающих ствол, в крепи возникают значительные температурные напряжения, которые не должны нарушать цельности крепи; - конструкции крепи должны учитывать нагрузки, возникающие в результате оседания горных пород под влиянием осушения (снятия взвешивающего воздействия напорных подземных вод); - крепь должна быть водонепроницаемой и устойчивой влиянию агрессивных вод. В качестве мер, обеспечивающих сокращение времени набора бетоном требуемой прочности, применяют: - специальные цементы (глиноземистые и др.), выделяющие при реакции гидротации большое количество тепла; - жесткие бетоны, укладываемые с применением вибраторов; - укладку горячего бетона; - введение в бетон специальных добавок, ускоряющих твердение его (хлористый кальций, жидкое стекло и др.); - термоизоляцию уложенного бетона. При возведении монолитной бетонной крепи в стволах, проходящих в зоне замораживания, распространение получили способы “термоса” и “холодного бетона”. Способ “термоса” предусматривает, что общий запас тепла в уложенном бетоне, полученный в результате его подогрева до спуска в ствол и выделения тепла в процессе гидратации цемента, обеспечивает сохранение положительной температуры на время, необходимое для набора бетоном 70 % проектной прочности. Бетон, укладываемый за опалубку, должен иметь температуру не ниже 40 ° С. Учитывая потери тепла бетоном при транспортировке к месту укладки, компоненты бетона - щебень, песок и воду нагревают до температуры 60-75 ° С. Иногда перед спуском бетона в ствол его повторно нагревают с помощью электричества. Для уменьшения потери тепла, уложенный бетон ограждают утепленной опалубкой. Отношение суммы внутренней и наружной поверхности к объему бетона называют модулем поверхности М. Для 1 м2 крепи , (24.1) где d – толщина крепи ствола, м. Способ “термоса” применяется при М5, что соответствует d 0,5. В качестве теплоизоляционных материалов применяют камышит, минеральную вату, минеральный войлок и др. “Холодный бетон” характеризуется тем, что твердение и нарастание прочности происходит при отрицательной температуре. Это достигается путем введения в бетон солей, которые понижают температуру замерзания воды в бетоне и способствуют процессу гидратации цемента в бетоне. В качестве добавок применяют хлористый кальций, хлористый натрий, двуводный гипс, нитрат натрия и др. Хлористый кальций пластифицирует смесь, что позволяет снизить отношение В/Ц, понижает температуру замерзания воды (бетона), обеспечивая твердение бетона при отрицательной температуре. Хлористый натрий – пластифицирует смесь, понижает температуру бетона, применяется совместно с CaCl2. Двуводный гипс способствует связыванию свободной воды и образованию гидросульфоалюмината кальция, что повышает плотность бетона. Нитрат натрия – хороший пластификатор, позволяет снизить В/Ц, образует гидросульфоалюминат и гидрохлоралюминат (придает уплотнение бетону). Институт ВНИИОМШС рекомендует следующие составы бетона для крепи возводимых в зоне замораживания: - состав 1:1,08:3,1 c расходом на 1 м3 бетона 430 кг цемента с добавками CaCl2 5 %, двуводного гипса – 3 %, нитрита натрия 2 % (от веса цемента); - состав 1:1,09:2,8 с расходом цемента 450 кг с добавками CaCl2 1,5 %,хлористого натрия 2,5 %, нитрита натрия 3 %. Подвижность составов 12-15 см. Прочность бетона 25 Мпа. Технология приготовления бетона предусматривает приготовление в отдельных емкостях водных растворов солей, заданных концентраций, из которых они подаются в бетономешалку. Естественное оттаивание замороженных горных пород. Естественное оттаивание пород происходит неравномерно. Вследствие этого крепь по периметру ствола будет испытывать неодинаковые нагрузки, что может повлечь за собой деформацию крепи. Оттаивание в этом случае длится сравнительно долго (год и больше), контроль за крепью ствола в это время обычно ослабевает. Естественное оттаивание применяют при глубинах ствола до 80-100 м. Искусственное оттаивание замороженных горных пород. При более глубоких стволах применяют искусственное оттаивание. Осуществляется оно путем нагнетания в замораживающие колонки подогретого рассола. Подогрев рассола ведется в баке испарителя. В первый период оттаивания нагнетают рассол с температурой, близкой к температуре воздуха. Когда температура обратного рассола станет равной 0 ° С, рассол начинают подогревать, пропуская через змеевики испарителя пар. Температуру рассола постоянно повышают в среднем на 2-3 ° С в сутки. Ликвидация замораживающих скважин обязательна. Она может осуществляться с извлечением замораживающих труб, либо с оставлением их в скважинах. В обоих случаях скважины тампонируются. При ликвидации скважин с извлечением труб производят отрезку башмака колонки, а затем в скважину подается густой глинистый раствор, и постепенно колонка поднимается. При ликвидации замораживающих скважин с оставлением в них замораживающих труб в скважины опускают взрывчатые материалы и на различных горизонтах производят взрывы (торпедируют трубы). Затем в скважину нагнетают цементный раствор. 25. Расчет процесса замораживания Расчетная площадь (м2) поперечного сечения ледопородного ограждения определяется по формуле  (25.1 )Объем замороженных пород (м3) в каждом пласте составит Vi=F* hi , (25.2) где hi - мощность замораживаемого пласта породы, м. Общий объем замороженных пород составит , (25.3) Объем воды (м3), содержащейся в каждом пласте, определяется по формуле , (25.3) где - удельное водосодержание воды в данном пласте породы. Объем твердого скелета (м3) породы в каждом пласте определяется по формуле , (25.4) Определяется количество холода (кДж) , которое необходимо для охлаждения воды до температуры замерзания , перехода воды в лед , охлаждения льда до температуры замораживания и для охлаждения твердого скелета от естественной температуры до температуры замораживания :  где g в - плотность воды, кг/ м3 ; - плотность i-го пласта, кг/ м3 ; Св - удельная теплоемкость воды, кДж/ (кг * ° С); Сл - удельная теплоемкость льда, кДж/ (кг * ° С); - удельная теплоемкость твердого скелета породы пласта, кДж/ (кг * ° С); S - скрытая теплота ледообразования, кДж/ кг ; tп - температура породы в массиве, ° С ; tв - температура воды в массиве, ° С ; t0 - температура замерзания воды, ° С ; tср - средняя температура замораживания, ° С . определяется для каждого пласта отдельно, результаты сводятся в таблицу. Общая потребность холода (кДж) для создания ледопородного ограждения (25.5) Количество тепла, которое необходимо отнять от 1 м3 горной породы для замораживания ее до температуры tср (теплосодержание породы), определяется по формуле , (25.6) Холодопередающая способность (кДж/ч) замораживающих колонок Q может быть определена в упрощенных расчетах по формуле , (25.7) где - коэффициент холодопередачи породе 1 м2 поверхности замораживающей трубы, кДж/ (м2 * ч). F0 - суммарная поверхность замораживающих труб, м2. , (25.8) где dk - наружный диаметр замораживающих труб, м; lk - длина замораживающих труб, м; N - число замораживающих колонок. При упрощенных расчетах принимают q0=840 1050 кДж/ (м2 * ч). Подача замораживающей станции принимается на 10 - 25 % больше холодопередающей способности замораживающих колонок : Замороженные породы по глубине не представляют собой правильного толстостенного цилиндра. Этот цилиндр имеет переменную форму и сечение за счет отклонения скважин от вертикали, разной скорости образования льда в различных породах, разных температур рассола по глубине колонки, разной скорости движения воды и пр. Практически это все учесть при расчете ледопородного ограждения чрезвычайно сложно. Если высота h незакрепленного постоянной крепью участка ствола значительно больше диаметра ствола в проходке, тогда ЛПО рассматривают как толстостенный цилиндр неограниченной высоты. При высоте заходки h меньше или равной диаметру ствола в проходке, ЛПО рассматривается как толстостенный цилиндр, защемленный в обоих торцах. Рекомендуется определять толщину ЛПО по формуле Лямэ-Годолина  , (25.9)для песков при глубине замораживания до 150 м, для глин - не более 50 м. Для больших глубин рекомендуется применять формулу О. Домке  , (25.10) , (25.11)При определении времени, необходимого для создания ледопородного ограждения проектных размеров, следует учитывать потери на компенсацию тепла, непрерывно притекающего к замороженным породам от окружающих пород (земной теплоприток, кДж/ч):  (25.12)где Y - теплоприток к 1 м2 ледопородного ограждения, кДж/ (м2 * ч); Dн , Dвн - соответственно наружный и внутренний диаметры ледопородного ограждения, м; l - высота ледопородного ограждения, равна длине замораживающих колонок, м; l=lk. В приближенных расчетах Y =17 34 кДж/ (м2 * ч). Время активного замораживания (сут.) определяется по формуле  , (25.13)26. Строительство вертикальных выработок с применением тампонирования горных пород Тампонаж горных пород применяется при проходке стволов в обводненных трещиноватых скальных породах, а также в породах с карстовыми полостями, заполненными водой или газом. Тампонированием называют искусственное заполнение полостей и трещин в горных породах цементом, глиной, битумом или другим материалом с целью преграждения доступа воды или газа в ствол. Заполнение полостей и трещин производят путем нагнетания через специальные скважины тампонажного раствора. Последний вытесняет воду или газ и затвердевает, полностью или в значительной степени заполняет трещины, снижая при этом водопроницаемость или метанопроницаемость породы. В зависимости от применяемых материалов различают следующие виды тампонажа: цементацию, глинизацию и битумизацию. Различают два способа тампонажа – предварительный, когда водоносные породы тампонируют до начала проходки ствола, и последующий, когда тампонирование пород и закрепного пространства производят после проходки ствола. Предварительный тампонаж трещиноватых скальных пород применяют в случаях, когда приток воды в ствол ожидается более 8 м3/ч. Последующий тампонаж обычно применяют после проходки ствола с целью снижения притока воды в пройденный ствол. Предварительную цементацию целесообразно применять при тампонаже трещиноватых скальных пород с размерами трещин по ширине от 0,2 до 50 мм. Глинизацию целесообразно применять при ширине трещин 50–100 мм и гидростатическом давлении до 25 атм. При тампонаже полостей и трещин размерами более 100 мм в глину рекомендуется добавлять песок и другие материалы. Битумизацию применяют при напорах подземных вод до 2,5 атм. Технология нагнетания цементных и глинистых растворов существенно не отличаются друг от друга. Различают следующие способы нагнетания в скважины тампонажного раствора: циркуляционный, зажимный, полуциркуляционный и сифонный. При циркуляционном способе раствор в скважину нагнетают при постоянном, заранее заданном давлении. Избыток раствора, не принятый скважиной, возвращается в емкость, откуда он снова нагнетается в скважину. Этот способ нагнетания применяется для тампонажа горных пород со средней и крупной трещиноватостью. Зажимный способ предусматривает нагнетание тампонажного растворa при постоянном его расходе. В этом случае давление нагнетания не регулируют. Полуциркулярный способ нагнетания предусматривает разгрузку (снятие) возросшего давления путем выпуска (кратковременного) части раствора из системы нагнетания в емкость с раствором. При сифонном способе насос не применяется, а используется лишь вес столба раствора. Обычно этот способ используется при наличии в тампонируемой породе значительных пустот, а также в тех случаях, когда следует избежать возможности быстрого роста давления в системе (опасность разрушения крепи ствола). Работы по предварительной цементации пород проводят в следующей последовательности. Проводятся предварительные инженерно-геологические изыскания на участке, подлежащем цементации. Задачей этого этапа является оценка фактической трещиноватости пород на участке, подлежащем тампонажу. Эту оценку степени трещиноватости пород проводят в результате специальных испытаний по определению проницаемости пород. Оценка трещиноватости пород, подлежащих тампонажу. Оценка трещиноватости пород, подлежащих тампонажу. Породы, подлежащие тампонажу, по высоте разбивают на зоны, высота которых обычно соответствует высоте цементируемой заходки (т.е. 5;10–15;20). Испытуемую зону в скважине отделяют от вышележащих зон тампоном. В испытуемую зону нагнетают при различных давлениях чистую воду и замеряют расход воды, время и давление. Удельное водопоглощение – расход воды, приведенный к напору в 1 м водяного столба и 1 м скважины – равно , (26.1) где Q – расход воды в испытуемой зоне, л/мин, H – напор, при котором вода нагнеталась в скважину, м водяного столба, h – высота испытуемой зоны, м. Для получения достаточно достоверных данных в каждой испытуемой зоне производят нагнетание воды не менее чем при трех ступенях давления Нг+5, Нг+10, Нг+15, где Нг – гидростатический напор воды в испытуемой зоне, м. По данным проведенных испытаний строится эпюра водопроводимости горных пород. С точки зрения водопроводимости все горные породы условно можно разделить на 7 категорий: 1 – породы с удельным поглощением меньше 0,01 л/мин* м2 (практически водонепроницаемые), 2 – породы с удельным поглощением 0,01 – 0,01 л/мин* м2 (слабопроницаемые), 3 – породы с удельным поглощением 0,01 – 0,1 л/мин* м2 (средней водопроводимости), 4 – породы с удельным поглощением 0,1 – 1 л/мин* м2 (высокой проводимости), 5 – породы с удельным поглощением 1 – 10 л/мин* м2 (весьма высокой проводимости), 6 – породы с удельным поглощением 10 – 100 л/мин* м2 (исключительно высокой проводимости). Породы с удельным водопоглощением менее 0,01 л/мин* м2 цементации не поддаются. Практически считают целесообразным проводить цементацию пород, если удельное водопоглощение этих пород q 0,05 л/мин*м2. , л/мин* м, Расход воды, отнесенный к 1 м скважины называют приведенным расходом воды. По величине Q0 можно судить о режиме течения воды в трещинах (ламинарный или турбулентный). Для этого строят диаграмму зависимости давления от расхода воды при опытном нагнетании воды в скважину. Если зависимость Q–H выражена прямой линией, проходящей через начало координат то в трещинах режим движения ламинарный, а трещины – тонкие. Если зависимость Q–H выражена кривой линией, обращенной выпуклостью вверх, то режим движения воды – турбулентный, а трещины – толстые. Предварительный тампонаж горных пород можно вести с поверхности земли и из забоя ствола. Во втором случае можно тампонировать породы с одного горизонта или с нескольких горизонтов. При тампонировании с поверхности, а также из забоя ствола с одного горизонта тампонажный раствор можно нагнетать одновременно на всю глубину скважины, пробуренной до проектной отметки, или последовательно на отдельных участках скважины. Тампонаж по участкам можно производить как сверху вниз (метод нисходящих зон), так и снизу вверх (метод восходящих зон). При тампонаже методом нисходящих зон скважину бурят на глубину тампонируемой зоны. Для тампонажа каждой следующей зоны разбуривают пробку из затвердевшего раствора в вышележащей зоне и бурят очередную зону. При тампонаже методом восходящих зон каждую скважину бурят на всю проектную глубину, раствор нагнетают, начиная с нижней зоны, при этом вышележащий участок перекрывают тампоном. Число тампонажных скважин, их расположение и очередность бурения и тампонажа представлены в таблице. Начальное манометрическое давление нагнетания у верхней границы цементационной заходки при зажимной и циркуляционной схеме принимается в зависимости от степени раскрытия трещин.  , (26.1)“+” или “–” применяют соответственно при залегании статического уровня подземных вод выше или ниже устья скважины. При раскрытии трещин: до 1 мм H0= 0,6 – 0,8 МПа; 1 – 5 мм H0= 0,3 – 0,6 МПа; 5 – 20 мм H0= 0,2 – 0,3 МПпа; > 20 мм H0= 0,05 – 0,2 МПа; hст – расстояние от статического уровня подземных вод до манометра на устье скважины, м; hп – расстояние от кровли пласта до статического уровня подземных вод; g р и g в – соответственно плотность раствора и воды, г/см3. Конечное давление нагнетания на устье первой цементационной скважины, необходимое для обеспечения заданного радиуса цементации, определяется по формуле  , (26.2)где D Pк – конечный перепад давления по длине потока раствора в трещинах, необходимое для достижения требуемого радиуса цементации, Па. Для нестабильных растворов (растворы без добавок и с добавкой CaCl2 c Ц:В = 1:4 – 1:1 и растворы с добавкой жидкого стекла с Ц:В = 1:4 – 1:2  , (26.3)Для стабильных растворов (растворы с добавкой CaCl2 и без нее с Ц:В > 1, а также растворы с добавкой жидкого стекла с Ц:В > 1)  , (26.4)где – коэффициент динамической вязкости нестабильного раствора, Па* с. Можно принимать , (26.5) где и– удельные веса раствора и воды, Н/м3; – коэффициент динамической вязкости воды (принимать по таблице). Таблица № 26.2 - Значение коэффициента динамической вязкости воды в зависимости от температуры
Vкр – минимальная безосадочная скорость движения нестабильных цементных растворов, м/с; , (26.6) – среднее раскрытие трещин, м; d – эмпирический коэффициент, принимается в зависимости от Ц:В: Таблица № 26.2
k0 – коэффициент трещинной проницаемости цементируемого массива, м2; , (26.7) kф – коэффициент фильтрации массива, м/с; – коэффициент динамической вязкости воды, Па* с; – удельный вес воды, Н/м3; mт – скважинность (коэффициент трещиноватости горных пород), , (14.8) R – радиус цементации, м (ориентировочно принимают 3 – 3,5 м); – предельное напряжение сдвига стабильных цементных растворов, Па: для наиболее часто применяемых растворов = 0,75 – 7,5 соответственно для концентрации растворов 1:0,8 > Ц:В > 1:0,5; – эмпирический коэффициент, характеризующий отношение трещинной проницаемости горного массива при течении цементного раствора к проницаемости при течении в нем воды; для рассматриваемых растворов = 0,74. Для последующих скважин конечное давление нагнетания определяется по формуле  , (26.9)где q0 – удельное водопоглощение на первой скважине, л/мин* м2; q – удельное водопоглощение в тампонируемой скважине, л/мин*м2; n – коэффициент проницаемости, принимается 0,275 для растворов Ц:В 1:1 и 0,55 для растворов Ц:В > 1:1. Определение высоты цементационной заходки и производительности цементационного насоса. Высота цементационной заходки (l) и поглощающая способность скважины (Qск) описываются уравнением  , (14.10)где k – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления скважины при переходе от течения воды в скважине к течению раствора; q – удельное водопоглощение породы, л/мин* м; Qск – поглощающая способность скважины, л/мин. Таблица №26.3 - Значение коэффициента k в зависимости от концентрации раствора и удельного водопоглощения пород
Если верхняя граница цементационной заходки находится неглубоко от земной поверхности, то величиной hст и можно пренебречь и принять hм = H0, тогда , (26.11) При цементации по циркуляционной схеме необходимо учитывать и количество раствора, циркулирующего в межтрубном пространстве Qц. Скорость циркулирующего раствора в межтрубном пространстве (Vц) должна быть не менее 0,7 м/с. Тогда минимальное количество циркулирующего раствора  , (26.12)где Dск – диаметр скважины, м; dтр – наружный диаметр тампонажной трубы, м. Производительность цементационного насоса Qн принимается равной Qск – при зажимном способе тампонажа, и равной Qск + Qц при циркуляционном. Для цементации горных пород применяются следующие вяжущие: портландцемент, глиноземистый цемент, пуццолановый портландцемент, сульфатостойкий портландцемент, тампонажный цемент и шлакопортландцемент. Они отличаются по содержанию цементного клинкера и добавок. По свойствам цементы отличаются сроками твердения, устойчивостью к воздействию агрессивных вод. При тампонаже (цементации) пород с крупными трещинами, кавернами и полостями в целях экономии цемента и улучшения свойств растворов в них добавляют активные или наполнительные минеральные добавки. Активные добавки: диатомиды, трепелы, пеплы, туфы, пемзы, доменные, гранулированные шлаки и др. Наполнители: пески, глины, золы, топливные шлаки, горелые породы и др. При нагнетании раствора в пористые породы и в породы с тонкими трещинами отфильтровывается вода и растворы густеют. В таких случаях рекомендуется предварительно нагнетать в скважину жидкое стекло и другие химикалии. Характеристики применяемых цементных растворов представлены в таблице. Для проведения тампонажа с поверхности земли разработан и применяется комплекс оборудования КЦП, который состоит из 4-х основных агрегатов: бурильная установка на автомобильном ходу; цементировочный агрегат на автомобильном ходу; смесительная машина на автомобильном ходу; цементационная универсальная головка. При тампонаже из забоя ствола сокращается объем бурения тампонажных скважин. При глубоком залегании тампонируемых пород этот объем значителен. При тампонировании пород с горизонтальным залеганием пластов бурят вертикальные скважины. При тампонировании пород с залегающими наклонными или крутопадающими пластами скважины бурят наклонными. Зенитный угол наклона , (26.1) где = 0,3 - 0,5 м – расстояние, определяющееся удобством бурения; l – расстояние от забоя скважины до вертикали, проведенной через ее устье, м; h – глубина скважины, м. В горных породах с крутопадающими или наклонными трещинами скважинам придают тангенциальный наклон, то есть такой наклон, при котором оси скважины должны быть повернуты с таким расчетом, чтобы они составляли некоторый угол с направлением радиуса ствола шахты. Тангенциальный угол позволяет скважинам пересечь наибольшее число крутопадающих трещин. Тангенциальный угол = 110 – 135о. Устья скважины располагают на окружности диаметром , (26.2) где Dпр – диаметр ствола в проходке, м. Число тампонажных скважин определяется в зависимости от диаметра ствола , (26.3) где Nт – число тампонажных скважин; lт – расстояние между устьями тампонажных скважин. При бурении вертикальных тампонажных скважин lт принимают 1,5 – 2,0 м; при наклонных скважинах lт = 0,8 – 1,5 м. Нагнетание тампонажного раствора ведут через предохранительный породный целик, а если он по прочности не удовлетворяет предъявляемым требованиям, то нагнетание ведут через специально сооружаемые бетонные тампонажные подушки. Расчет предохранительного целика. Расчет предохранительного породного целике ведется по формуле , (26.3) где b – толщина предохранительного целика, м; – коэффициент перегрузки, равный 1,1 – 1,2; Рн – конечное давление нагнетания раствора, Па; Dпр – диаметр ствола в проходке, м; – допускаемое напряжение породы на скалывание (срез), Па. Расчет тампонажных подушек. Тампонажные подушки различают плоские и сферические. Радиус сферической подушки , (26.4) Угол наклона боковых граней подушки относительно вертикали , (26.5) Толщина сферической тампонажной подушки определяется по формуле  , (26.6)Толщина плоской тампонажной подушки – по формуле  , (26.7)где r – радиус ствола в проходке, м; m – коэффициент условий работы, равный 0,7 – 0,8; h – высота свода сферической подушки, а в плоской подушке – фиктивная высота свода сферической подушки, м; [Rб] – расчетное сопротивление сжатию бетона в разном возрасте, Па: [Rб] = R28n, где R28 – предел прочности бетона в 28-дневном возрасте, Па; n – коэффициент относительной прочности бетона в разном возрасте. Высота свода подушки принимается обычно h = 0,15Dпр. В случаях, когда толщина тампонажной подушки превышает 2,5 м, целесообразно переходить на многоступенчатые подушки. Определенную по вышеприведенным формулам толщину подушки bп делят на высоту одной подушки (1,3 – 2,5) и получают число подушек. По полученным данным b, R, – выполняют графическое построение подушки. Некоторые основные положения, которые необходимо соблюдать при производстве тампонажных работ. Некоторые положения, которые необходимо соблюдать при производстве тампонажных работ. После бурения в скважинах остается часть буровой муки и грязи, а в трещинах может находиться некоторое количество глинистых частиц. Поэтому перед нагнетанием раствора скважину необходимо промыть. Предпочтительно промывку осуществлять откачиванием воды из скважины и, если можно, быстрым снижением уровня воды в скважине. В соляных породах промывку нужно вести раствором соли. При выборе цемента необходимо: а) учитывать агрессивность вод; б) при цементации пород с тонкими трещинами целесообразно применять не слишком быстро схватывающиеся цементы; в) при значительных скоростях течения подземных вод рекомендуется применять быстро схватывающиеся цементы. При нагнетании растворов в обычные породы цементы затвердеваются на воде; при нагнетании в соляные породы – на насыщенных растворах солей. Нагнетаемые растворы должны обеспечить заданное проникновение в породы; минимальное содержание цемента в растворе 5 – 10 %, максимальное – 68 – 69 % (чаще 37 – 50 %). При крупных трещинах нагнетают густой раствор, а в заключительной фазе (когда скважина перестает принимать) жидкий раствор. При сочетании мелких и крупных трещин вначале подают жидкий раствор, а затем переходят на густой раствор. Нельзя допускать перерывов в нагнетании раствора (образуются воздушные пробки). Движение цементного раствора не должно быть слишком медленным (образуются цементные пробки в трещинах). О ходе нормального процесса нагнетания раствора можно судить по повышению давления в скважине в процессе нагнетания. Если давление не поднимается, то нагнетаемый раствор уходит на большое расстояние. Рекомендуется приостановить нагнетание на 1 – 2 смены и увеличить густоту раствора. Если после первой остановки не достигнут эффект, остановки повторяют до получения эффекта. 10. Срок, необходимый для твердения цементного раствора в скважинах и трещинах: в тонких трещинах 1 – 3 суток, после чего скважины можно разбуривать и тампонировать следующую заходку; при более широких трещинах время твердения раствора большее. Контроль за качеством тампонирования горных пород заключается в определении прочности, монолитности и водопроницаемости затампонированного массива. Эти параметры можно получить: по кернам пород, взятых при бурении контрольных скважин; по удельным водопоглощениям в тампонажных и контрольных скважинах; по изменению фильтрационных свойств за тампонированного массива. |