Способ герметизации участка горной выработки в соляном руднике Российский патент 2023 года по МПК E21D11/38 E21F17/103 

Изобретение относится к гидроизоляции участка горной выработки в соляном руднике.

Главной опасностью при отработке запасов в соляных рудниках является нарушение водозащитной толщи (ВЗТ). В результате нарушения ВЗТ вода поступает в горные выработки, происходит выщелачивание горных пород, что в конечном счете ведет к затоплению рудника. Для исключения затопления рудника при поступлении воды в отдельную его часть используются различные гидроизоляционные перемычки, служащие для безопасности горных выработок при их эксплуатации и ликвидации.

При создании перемычек использовались различные глины с добавками и без добавок в виде простых засыпок, природные органические материалы, строительные материалы на основе цемента. Эти герметизирующие и строительные материалы используются либо по отдельности, либо в сочетании друг с другом для уплотнения поперечного сечения подземных полостей на этапе эксплуатации шахт. Однако предпочтительно использовать гидравлическую систему уплотнения на основе высоковязких жидких углеводородных соединений, таких как битумы, масла, асфальты или гудроны.

Известны размероустойчивые блоки и способ их укладки для герметизации участков в соляных породах, особенно участков с термочувствительными и гигроскопическими компонентами, которые изготавливают из литейного песчано-мастичного асфальтобетона такой консистенции, что композит, составленный из этих блоков, монолитизируется на месте под внешним воздействием давления и тепла с формированием герметизирующего элемента (DE 102006059478, E21D 11/38, 21.02.2008).

Недостатками способа являются большие затраты времени и средств на изготовление асфальтобетонной смеси и блоков из нее, пластическая деформация которых на месте не позволяет в полной мере воспроизвести геометрию участка герметизации с заполнением полостей и трещин, требует достаточно продолжительного времени, наличия определенных температурных режимов и давления, применения внешних воздействий давления и тепла для возникновения сжимающих напряжений и монолитизации блоков.

Известна гидроизоляционная система для герметизации поперечного сечения горизонтальных или слабонаклонных горных выработок, состоящая из абатмента и стенки/барьера, между которыми в нижней части системы расположен гидроизоляционный материал с плотностью выше плотности присутствующей жидкости, а в верхней части системы - гидроизоляционный материал с плотностью ниже плотности присутствующей жидкости, и отклоняющее устройство, состоящее из перегородки со стороны абатмента, имеющей проход либо в области кровли, либо в области основания и вместе с абатментом образующее герметизирующее пространство, и перегородки с напорной стороны, имеющей проход либо в области основания, либо в области кровли и вместе со стенкой, расположенной с напорной стороны перед отклоняющим устройством, образует резервуар для гидроизоляционного материала (патент DD 289316, E21D 11/38, 25.04.1991).

Сложность системы состоит в правильном подборе размеров герметизирующих полостей для гидроизоляционных материалов, размеров отклоняющего устройства, включая проходы в области основания или в области кровли, а также в выборе необходимого количества гидроизоляционных материалов для обеспечения баланса давлений и исключения протекания жидкости через проходы отклоняющего устройства в герметизирующее пространство перед абатментом.

Известен способ герметизации растворимых горных пород, особенно в карналлитовой соли, с использованием конструкции из двух бетонных дамб, пространство между которыми заполнено напорной буферной средой. В качестве буферной среды используют жидкие углеводороды, в частности, нефть, отработанное масло или битум. Дамбы выполнены с возможностью размещения труб для сброса и измерения давления и труб линии нагнетания буферной среды в пространство между дамбами. Давление буферной среды всегда остается немного выше давления растворяющей жидкости. Поверхности дамб, контактирующие с горной выработкой и буферной средой, герметизированы (патент DD135103, E21D 11/38, 11.04.1979 - прототип).

Обычная горячая укладка битума или асфальта в подземные карьеры не только технически сложна в реализации, но и опасна, т.к. существует большая вероятность выбросов. Еще одним недостатком горячей укладки битума и асфальта является огромная обратная деформация, обусловленная коэффициентом теплового расширения битума при охлаждении, что неизбежно приводит к несовершенствам при заполнении полости.

В горизонтальных горных выработках жидкий характер буферной среды является недостатком, так как может привести к расслоению по плотности. Кроме того, это влечет за собой необходимость выполнения в бетонных дамбах дополнительных проходов для размещения труб сброса давления, что негативным образом отражается на герметизирующей функции бетонной конструкции.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и упрощение способа гидроизоляции участка горной выработки.

Технический результат достигается за счет того, что в способе герметизации участка горной выработки в соляном руднике посредством сооружения двух бетонных перемычек, герметично установленных в горной выработке, с заполнением межперемычного пространства буферным напорным материалом, в соответствии с изобретением межперемычное пространство заполняют одновременно с монтажом бетонных перемычек укладкой асфальтового материала с образованием монолитной структуры, после чего осуществляют подачу в межперемычное пространство битумной эмульсии под избыточным давлением.

Укладка асфальтового материала одновременно с монтажом перемычек позволяет контролировать процесс формирования в межперемычном пространстве монолитной самоуплотняющейся структуры при пластической деформации материала. За счет вязко-текучей консистенции асфальтового материала при температуре окружающей среды достигается идеальное уплотняющее поведение с получением бесшовной однородной структуры.

Кроме того, укладка пластичного асфальтового материала одновременно с монтажом перемычек позволяет избежать необходимости применения дополнительных устройств сброса давления, например, выполнения в бетонных дамбах дополнительных проходов для размещения труб. Это повышает надежность гидроизоляции и упрощает процесс.

Подачу битумной эмульсии в межперемычное пространство осуществляют по трубам, проходящим через бетонную перемычку, расположенную с противоположной стороны от поступления рассола. Обладающая низкой вязкостью битумная эмульсия при воздействии избыточного давления распределяется тонким слоем, проникая в трещины и прочие локальные места нарушения массива, делая его водонепроницаемым.

Заполнение всего объема межперемычного пространства однородным пластичным асфальтовым материалом с последующей подачей битумной эмульсии под избыточным давлением исключает расслоение буферного материала присутствующей жидкостью, обеспечивает безопасное позиционирование материалов, что гарантирует долгосрочную функциональность уплотнения. Избыточное давление может поддерживаться автоматически.

Для ускорения времени насыщения поступающего рассола перед бетонной перемычкой со стороны поступления рассола по всей ширине выработки на максимально возможную высоту размещают насыщающий материал, соответствующий составу окружающих пород и ограниченный фильтрами. Фильтры, конструкция которых определяется с учетом состава окружающих соляных пород, способствуют сохранению рассолом, контактирующим с гидроизоляционным сооружением, насыщенного состояния. Таким образом, минимизируется выщелачивание горной породы в районе гидроизоляционного сооружения.

Бетонные перемычки и буферный материал размещают во врубах горной выработки, что позволяет компенсировать усилия, возникающие внутри сооружения, и тем самым, повышать его гидроизоляционные свойства. Контакт буферного материала с поверхностью вруба и бетонных перемычек выполнен изолированным посредством прослойки из инертного эластичного материала для улучшения герметизации его контакта с породой.

В районе врубов может быть выполнен тампонаж окружающего массива.

На фиг. 1 представлен разрез гидроизолированного участка горной выработки.

Способ герметизации заключается в возведении гидроизоляционного сооружения, состоящего из двух бетонных перемычек 1 и 2, герметично установленных в горной выработке 3 с образованием межперемычного пространства между ними. Одновременно с монтажом бетонных перемычек в межперемычное пространство осуществляют укладку асфальтового материала 4 с образованием монолитной структуры, после чего осуществляют подачу в межперемычное пространство битумной эмульсии 5 по трубам 6 под избыточным давлением. Перед бетонной перемычкой со стороны поступления воды по всей ширине выработки на максимально возможную высоту размещают разрыхленную горную соляную массу 7, ограниченную фильтрами 8.

Гидроизоляцию участка горной выработки осуществляют следующим образом.

В горной выработке последовательно выполняют проходку трех врубов с площадью поперечного сечения, превышающей площадь выработки. Количество врубов может быть иным, в зависимости от особенностей условий строительства. Поверхность среднего вруба изолируют инертным эластичным материалом для улучшения герметизации контакта буферный материал-порода.

Со стороны поступления воды по всей ширине выработки на максимально возможную высоту размещают разрыхленную горную соляную массу. Состав разрыхленной горной массы должен соответствовать составу окружающих пород. При поступлении воды через выработку на участке, где расположена разрыхленная соляная порода, происходит насыщение раствора до состояния насыщенного рассола, вследствие чего минимизируется выщелачивание пород на этом участке.

В крайних врубах возводят перемычки из материала повышенной прочности на сжатие (например, из бетона). Используемый для перемычек бетон смешивают с полностью насыщенным рассолом. Перемычки должны соприкасаться со стенками выработок без зазоров. В перемычке, расположенной с противоположной стороны от поступления рассола, на этапе строительства укладывают трубы для подачи в межперемычное пространство битумной эмульсии под избыточным давлением.

Весь объем межперемычного пространства порционно заполняют асфальтовым материалом, обладающим динамической вязкостью не более 6000 Пас и плотностью не менее 1350 кг/м³ при 25°С (например, смесью битума с карбонатным минеральным порошком).

После этого размещенные в бетонной перемычке трубы присоединяют к установке, с помощью которой в межперемычное пространство подают битумную эмульсию (конусная пенетрация битума (180-360) 0,1 мм при 15°С), создавая в нем избыточное давление. При воздействии избыточного давления битумная эмульсия проникает в трещины и прочие локальные места нарушения массива.

Изобретение относится к гидроизоляции участка горной выработки в соляном руднике. Технический результат - повышение эффективности и упрощение способа гидроизоляции участка горной выработки. Способ герметизации заключается в возведении гидроизоляционного сооружения, состоящего из двух бетонных перемычек, герметично установленных в горной выработке с образованием межперемычного пространства между ними. Одновременно с монтажом бетонных перемычек осуществляют укладку асфальтового материала в межперемычное пространство с образованием монолитной структуры, после чего осуществляют подачу в межперемычное пространство битумной эмульсии под избыточным давлением. Перед бетонной перемычкой со стороны поступления рассола размещают насыщающий материал, соответствующий составу окружающих пород и ограниченный фильтрами. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ герметизации участка горной выработки в соляном руднике посредством сооружения двух бетонных перемычек, герметично установленных в горной выработке, с заполнением межперемычного пространства буферным напорным материалом, отличающийся тем, что межперемычное пространство заполняют одновременно с монтажом бетонных перемычек укладкой асфальтового материала с образованием монолитной структуры, после чего осуществляют подачу в межперемычное пространство битумной эмульсии под избыточным давлением.

2. Способ герметизации по п. 1, отличающийся тем, что подачу битумной эмульсии в межперемычное пространство осуществляют по трубам, проходящим через бетонную перемычку, расположенную с противоположной стороны от поступления рассола.

3. Способ герметизации по п. 1, отличающийся тем, что избыточное давление выше давления поступающего рассола.

4. Способ герметизации по п. 1, отличающийся тем, что перед бетонной перемычкой со стороны поступления рассола размещают насыщающий материал, соответствующий составу окружающих пород и ограниченный фильтрами.

5. Способ герметизации по п. 1, отличающийся тем, что бетонные перемычки и буферный напорный материал размещают во врубах горной выработки, причем контакт буферного материала с поверхностью вруба и бетонными перемычками выполнен изолированным посредством прослойки из инертного эластичного материала.

6. Способ герметизации по п. 5, отличающийся тем, что в районе врубов выполнен тампонаж окружающего массива.