СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ЭКРАНА В ТРЕЩИНОВАТЫХ ОБВОДНЕННЫХ ГОРНЫХ МАССИВАХ Российский патент 2012 года по МПК E02D19/18 F42D1/08 E02D5/20 

Изобретение относится к горной и горно-химической промышленности и может быть использовано для ограждения и охраны трещиноватого скального горного массива от притоков воды и обрушения горной массы в выработанное пространство.

Известны способы тампонажа и замораживания горного массива с целью закрепления и ограждения от водопритока окружающего трещиноватого горного массива (И.Д.Насонов, М.Н.Шуплик, В.И.Рясин - Технология строительства горных предприятий. - М.: Недра, 1990. - 146-190; 191-259 с.).

Недостатками тампонажа являются большой расход тампонажных растворов, невозможность использования тампонажа в агрессивных средах, отсутствие 100%-ной гарантии от проникновения воды (а лишь только могут снизить объем утечек и проникновения воды). Что касается замораживания, то с помощью этого способа можно создать ледогрунтовый барьер, который необходимо постоянно поддерживать, что значительно удорожает данный способ, к тому же замораживаемый массив не обладает высокой прочностью; оба способа не эффективны в проточных водах.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату является способ формирования прочной ограждающей оболочки (стена в грунте) (И.Д.Насонов, М.Н.Шуплик, В.И.Рясин - Технология строительства горных предприятий. - М.: Недра, 1990. - 27-44 с.).

Недостатками способа является: невозможность использования данного способа в прочных скальных трещиноватых массивах, значительный расход вяжущих материалов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности создаваемой высокопрочной водонепроницаемой перемычки в трещиноватых горных породах, позволяющей оградить эксплуатируемый участок от проникновения и утечек водных рассолов и возможного обрушения горного массива.

С этой целью в известном способе, включающем бурение скважин или шпуров по контуру на расстоянии друг от друга, равном радиусу образующейся при взрыве зоне смятия ограждаемого участка, размещение в них зарядов ВВ в шахматном порядке (размер заряда определяется в зависимости от физико-механических свойств массива и мощности применяемого ВВ) с воздушными (водными) промежутками, размер которых равен длине заряда, одновременное камуфлетное их взрывание с размещением в оставшихся после взрыва скважинах или шпурах тросов-арматуры и заполнением цементным раствором.

Способ поясняется чертежом, где показана схема расположения скважин или шпуров (1), сформированных зарядов (2) и воздушных (водных) промежутков (3).

Способ осуществляется следующим образом. По проектному контуру ограждаемого участка бурят скважины или шпуры таким образом, что расстояние между скважинами или шпурами равно r_см (не более этой величины), размещают в обуренных скважинах или шпурах рассредоточенные заряды длиной ℓ_з (не более этой величины) и воздушные (водные) промежутки ℓ_в в шахматном порядке, длина которых равна длине заряда; взрывают сформированные заряды с центральным инициированием; после взрыва зарядов в оставшихся скважинах или шпурах размещают тросы-арматуру и заполняют цементным раствором.

Величина r_см определяется следующим образом:

Длина заряда при центральном инициировании определяется:

где r_см - радиус образующейся при взрыве зоны смятия, см;

d - диаметр сформированного заряда ВВ, см;

ρ - плотность заряда, кг/м³;

Д - скорость детонации применяемого ВВ, м/с;

σ_сж - предел прочности породы на сжатие, Па;

С_P - скорость распространения продольной волны в массиве, м/с;

ℓ_з - длина заряда при центральном инициировании, см.

Длина воздушного промежутка равна длине заряда:

ℓ_в - длина воздушного (водного) промежутка, см.

Существо и пример конкретного выполнения способа заключается в следующем. Определяются горно-геологические и горно-технические условия трещиноватого массива.

Пример 1: необходимо создать водонепроницаемый экран в породах с пределом прочности на сжатие - 100 МПа; скорость распространения продольной волны - 6 км/с; диаметр скважины - 10 см; плотность заряжания - 1000 кг/м³; ВВ - аммонал (скорость детонации - 4,5 км/с).

1. Определить радиус образующейся при взрыве зоны смятия (согласно формуле 1):

r_см=0,7×10×1000^0.5×4,5×1000×100000000^-0,5=99,6см≈100 см.

2. Определить минимальную длину заряда (при центральном инициировании, согласно формуле 2), обеспечивающую формирование в массиве зоны смятия:

3. Определить длину воздушного (водного) i промежутка согласно формуле 3:

ℓ_в=l_з≈90 см.

Пример 2: необходимо создать водонепроницаемый экран в породах с пределом прочности на сжатие - 120 МПа; скорость распространения продольной волны - 7 км/с; диаметр скважины - 12 см; плотность заряжания - 1200 кг/м³; ВВ - гранулит АС-8 (скорость детонации - 4 км/с).

1. Определить радиус образующейся при взрыве зоны смятия (согласно формуле 1):

r_см=0,7×12×1200^0.5×4000×(12×10⁷)^-0,5=106,25 см ≈ 106 см.

2. Определить минимальную длину заряда (при центральном инициировании, согласно формуле 2), обеспечивающую формирование в массиве зоны смятия:

3. Определить длину воздушного (водного) промежутка согласно формуле 3:

l_в=l_з,

ℓ_в=l_з ≈ 66 см.

Имея все необходимые данные, приступаем к обуриванию, заряжанию и взрыванию трещиноватого обводненного горного массива, после производства взрывных работ в оставшихся после взрыва скважинах или шпурах размещаем трос-арматуру и заполняем цементным раствором, заряды во взрываемых (соседних) скважинах или шпурах располагаем в шахматном порядке длиной 90 см, пример 1 (длиной 66 см, пример 2), длина воздушных (водных) промежутков 90 см, пример 1 (длина 66 см, пример 2) на расстоянии между скважинами - 100 см, пример 1 (106 см, пример 2).

Таким образом, предлагаемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом: позволяет сформировать прочный водонепроницаемый экран в скальных обводненных горных породах; получить оптимальное количество скважин или шпуров для конкретных горно-геологических и горно-технических условий; учесть мощность применяемого ВВ; диаметр скважин или шпуров, в которых формируется заряд и прочностные характеристики массива; определить длину заряда и воздушного (водного) промежутка для конкретных горно-геологических и горно-технических условий; позволяющую сформировать в нем только зону смятия (уплотнения), не нарушая окружающий массив.

Изобретение относится к горной и горно-химической промышленности и может быть использовано для ограждения и охраны трещиноватого горного массива от возможного проникновения за пределы создаваемого экрана жидких растворов и формирования прочного закрепленного участка, исключающего его обрушение. Способ включает бурение параллельных рядов скважин или шпуров, размещение в них зарядов ВВ в шахматном порядке с воздушными или водными промежутками, одновременное камуфлетное их взрывание и размещение в оставшихся скважинах или шпурах стальных тросов-арматуры с последующим заполнением цементным раствором. Для образования зоны смятия используется инициирование, при этом по математическим формулам в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий производства этих видов работ определяются радиус зоны смятия - r_см и длина заряда ℓ₃. Длина воздушного промежутка равна длине заряда. Способ позволяет повысить эффективность и безопасность этих видов работ за счет оптимального распределения скважин или шпуров по контуру создаваемого экрана для конкретных горно-геологических и горно-технических условий. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования водонепроницаемого железобетонного экрана в трещиноватых обводненных горных массивах, включающий бурение параллельных рядов скважин или шпуров, размещение в них зарядов ВВ в шахматном порядке с воздушными или водными промежутками, одновременном камуфлетном их взрывании и размещении в оставшихся скважинах или шпурах стальных тросов-арматуры с последующим заполнением цементным раствором, отличающийся тем, что для образования зоны смятия используется инициирование, при котором ее радиус определяется:

где r_см - радиус образующейся при взрыве зоны смятия, см;
d - диаметр сформированного заряда ВВ, см;
ρ - плотность заряда, кг/м³;
Д - скорость детонации применяемого ВВ, м/с;
σ_сж - предел прочности породы на сжатие, Па;

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина заряда определяется из выражения

где r_см - радиус образующейся при взрыве зоны смятия, см;
С_P - скорость распространения продольной волны в массиве, м/с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина воздушного промежутка равна длине заряда:
ℓ_в=ℓ_з.