ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 2023 года по МПК E21D11/38 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при подземной разработке месторождений калийных солей и иных водорастворимых полезных ископаемых для гидроизоляции затопленных участков и горных выработок.

Одним из распространенных методов борьбы с проникновением воды в подземные выработки является возведение гидроизоляционных перемычек. При их сооружении в слоистых породах наиболее сложной задачей является предотвращение обхода водой тела перемычки. Кроме того, обход может происходить по уязвимым зонам, к которым относятся микрощели в зоне контактов «бетон перемычки-металлоконструкции», водо- и рассолопроводящие трещины.

Известен способ охраны рудника от затопления, в котором вглубь горного массива в плоскости каждого из водопроницаемых прослоев, вскрытых подземной выработкой, бурят сетку взаимно примыкающих и/или пересекающихся скважин, при этом глубину скважин и густоту сетки определяют по данным о фильтрационных свойствах водопроницаемых прослоев, свойствах воды из водопритока и допустимой объемной скорости поступления воды в охраняемую часть подземной выработки; диаметр скважин выбирают для каждого водопроницаемого прослоя больше или равным мощности водопроницаемого прослоя; бурение осуществляют таким образом, чтобы линии сопряжения скважины и водопроницаемого прослоя формировались в средней части поперечного сечения скважины; по завершении бурения каждой из скважин свободное пространство скважины заполняют гидроизоляционным материалом, а затем в пределах участка проведения гидроизоляционных работ возводят гидроизоляционную перемычку (патент ЕА 027515 В1, E21D 11/38, 31.08.2017).

Для определения оптимальной конфигурации и размеров сетки скважин применяют численное моделирование геофильтрации (например, имитационное) для каждого водопроницаемого прослоя, что требует длительного времени для подготовки и формирования гидроизоляционного слоя и увеличивает материальные затраты. Кроме того, с увеличением ореола взаимно примыкающих и/или пересекающихся скважин под воздействием горного давления и возникающих деформаций создается угроза нарушения целостности гидроизоляции.

Известна гидроизоляционная перемычка, включающая установленную в поперечном сечении горной выработки водонепроницаемую стенку, контактирующую с горными породами выработки, в теле которой размещены воздухоподающие трубы и трубы для подачи тампонажного раствора для опрессовки контакта водонепроницаемой стенки с породами горной выработки, контрольно-воздушную камеру, выполненную в горных породах выработки, с подсоединенной к контрольной камере воздухоподающей трубой, средства регулирования подачи воздуха и тампонажных растворов по трубам. Перемычка имеет дополнительные контрольно-воздушные камеры, выполненные на контакте водонепроницаемой стенки с горными породами выработки в виде секционных рассредоточенных по контуру водонепроницаемой стенки щелей, заполненных проницаемым для воздуха и непроницаемым для тампонажного раствора материалом - песком, обработанным нефтепродуктами (авторское свидетельство SU 861647, E21F 5/00, E21F 17/14, 07.09.1981).

Недостатками известной конструкции является то, что она решает вопрос гидроизоляции лишь контакта водонепроницаемой стенки с породами горной выработки, а размещение в бетонной стенке большого количества труб для подачи воздуха и тампонажного раствора создает дополнительные водо- и рассолопроводящие зоны в теле водонепроницаемой стенки.

Известна конструкция гидроизоляционной перемычки, состоящая из контактирующих с вмещающими породами водонепроницаемых бетонных стенок, в которых размещена металлическая труба-лаз с люком, и заполненной сжатым воздухом камеры, выполненной между стенками и трубой-лазом (авторское свидетельство SU 317809, E21F 17/14, 15.03.1978) - прототип.

Недостатком известной конструкции является возможность проникновения подземных вод через кольцевую полость, образующуюся по контакту «металл трубы - бетон перемычки» вследствие температурных колебаний и усадки бетона. Недостатком является также размещение трубопроводной арматуры внутри лаза, затрудняющей перемещение материалов, инструментов и оборудования, кроме того, осуществление тампонажно-опрессовочных работ из трубы-лаза подразумевает нахождение обслуживающего персонала в непосредственной близости к воде, находящейся под высоким давлением.

Техническим результатом предлагаемого гидроизоляционного сооружения является повышение надежности изоляции горной выработки путем герметизации тела перемычки и контакта перемычки с горными породами за счет создания противодавления со стороны незатопленного участка, а также повышение безопасности и удобства эксплуатационного обслуживания.

Предлагаемое гидроизоляционное сооружение может обеспечивать изоляцию горной выработки как до поступления воды к гидроизолируемому контакту у перемычки, так и после во до проявлений.

Технический результат достигается тем, что в гидроизоляционном сооружении, включающем герметично установленную в поперечном сечении горной выработки водонепроницаемую перемычку и герметичную контрольно-воздушную камеру, выполненную в горных породах выработки, с подсоединенными к ней средствами подачи и регулирования воздушной среды, в соответствии с изобретением контрольно-воздушная камера с подсоединенными к ней средствами подачи и регулирования воздушной среды расположена перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленной горной выработки и ограничена, по крайней мере, одной воздухонепроницаемой перемычкой.

Водонепроницаемая перемычка может представлять собой действующую, находящуюся в эксплуатации перемычку.

Герметичная контрольно-воздушная камера, которая расположена в объеме горной выработки перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленной горной выработки и заполнена воздушной средой под давлением, равным либо превышающим давление жидкости в затопленной части горной выработки, создает противодавление, воздействующее на всю поверхность тела водонепроницаемой перемычки, а также зону контакта перемычки с горными породами и на поверхность горной выработки, что позволяет обеспечить надежную гидроизоляцию горной выработки.

Кроме того, размещение контрольно-воздушной камеры и средств подачи и регулирования воздушной среды перед водонепроницаемой перемычкой с незатопленной стороны пространства горной выработки позволяет обеспечить безопасность, а также удобство контроля состояния и эксплуатационного обслуживания гидроизоляционного сооружения.

В случае достаточно близкого расположения к зоне затопления пересекающей горной выработки для предотвращения предполагаемых или изоляции появившихся водопроявлений контрольно-воздушная камера может быть расположена на пересечении двух горных выработок и ограничена двумя дополнительными воздухонепроницаемыми перемычками, установленными напротив друг друга в пересекающей горной выработке.

Воздухонепроницаемые перемычки должны выдерживать сопротивление давлению воздушной среды, создаваемому в герметичной камере, горному давлению и при необходимости могут быть снабжены креплениями к стенкам горной выработки. Каждая из воздухонепроницаемых перемычек имеет полуэллиптическую форму и выполнена из металла или иных материалов, обеспечивающих их устойчивость по результатам расчета. Каждая перемычка устанавливается в полости, выполненной по периметру сечения горной выработки и обработанной в области контакта с воздухонепроницаемой перемычкой с применением уплотнителей, при этом фокус эллипса должен быть размещен в сторону области более низкого давления (вогнутой стороной наружу).

В качестве воздушной среды может быть использован воздух с добавкой индикаторного газа, что позволит определить места утечки воздуха из камеры.

На фиг. 1 схематично показано гидроизоляционное сооружение в горной выработке, на фиг. 2 - гидроизоляционное сооружение, в котором контрольно-воздушная камера расположена на пересечении двух горных выработок.

Гидроизоляционное сооружение включает герметично установленную в поперечном сечении горной выработки водонепроницаемую перемычку 1. Перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленного участка горной выработки 2 расположена герметичная контрольно-воздушная камера 3, которая ограничена, по крайней мере, одной воздухонепроницаемой перемычкой 4, установленной во врубе горной выработки с уплотняющим материалом 5. Контрольно-воздушная камера 3 подсоединена к компрессору 6 трубопроводами высокого давления 7 для подачи в нее воздушной среды, которые расположены за воздухонепроницаемой перемычкой 4. Кроме того, к трубопроводу высокого давления 7 выполнен подвод индикаторного газа из баллона 8 для контроля герметичности камеры с возможностью регулирования его подачи редуктором 9. Контрольно-воздушная камера может быть снабжена шлюзовой камерой 10 с люками 11 для контроля за водонепроницаемой перемычкой, изолирующей затопленную горную выработку 12. Воздухонепроницаемые перемычки гидроизоляционного сооружения могут иметь компенсирующие устройства 13.

Гидроизоляционное сооружение возводят следующим образом. При гидроизоляции горных выработок калийных рудников во врубе горной выработки с площадью поперечного сечения, превышающей площадь поперечного сечения горной выработки, герметично устанавливают водонепроницаемую перемычку, выполненную, например, из бетона, достаточную для восприятия гидростатического давления. Перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленного участка горной выработки готовят участок для размещения контрольно-воздушной герметичной камеры, для чего выполняют вруб для монтажа воздухонепроницаемой перемычки и обрабатывают вруб уплотняющим материалом для предотвращения утечки воздуха из герметичной контрольно-воздушной камеры. Во врубе перемычку, например, из металла, с размещением фокуса эллипса в сторону области с более низким давлением. Размер камеры и ее конструктивные особенности определяют расчетным путем, исходя из требований по обеспечению необходимого противодавления и особенностей горной выработки. При необходимости в целях предотвращения деформации поверхности воздухонепроницаемой перемычки под действием давления воздушной среды воздухонепроницаемая перемычка может быть обеспечена компенсирующими устройствами, например, гидрокомпенсаторами, с их креплением к стенкам горной выработки.

После монтажа контрольно-воздушной камеры производят ее заполнение с помощью компрессора по трубопроводам высокого давления до давления равного или незначительно превышающего гидростатическое давление поступающего рассола (определяется расчетным путем). Для контроля состояния водонепроницаемой перемычки и ее обслуживания контрольно-воздушная камера может быть оборудована шлюзовой камерой с люками. Для контроля герметичности контрольно-воздушной камеры может быть использован индикаторный газ, который через редуктор будет подаваться в камеру, что позволит определить места утечки воздуха из камеры и своевременно их устранить.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при подземной разработке месторождений калийных солей и иных водорастворимых полезных ископаемых, для гидроизоляции затопленных участков и горных выработок. Технический результат направлен на повышение надежности изоляции горной выработки путем герметизации тела перемычки и контакта перемычки с горными породами за счет создания противодавления со стороны незатопленного участка, а также повышение безопасности эксплуатационного обслуживания. Гидроизоляционное сооружение включает герметично установленную в поперечном сечении горной выработки водонепроницаемую перемычку, перед которой со стороны незатопленного участка горной выработки расположена герметичная контрольно-воздушная камера, ограниченная по крайней мере одной воздухонепроницаемой перемычкой, установленной во врубе горной выработки. Камера подсоединена к компрессору трубопроводами высокого давления для подачи в нее воздушной среды, которые расположены за воздухонепроницаемой перемычкой. К трубопроводу высокого давления выполнен подвод индикаторного газа для контроля герметичности камеры с возможностью регулирования его подачи. Контрольно-воздушная камера может быть снабжена шлюзовой камерой с люками для контроля за водонепроницаемой перемычкой. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидроизоляционное сооружение, включающее герметично установленную в поперечном сечении горной выработки водонепроницаемую перемычку и герметичную контрольно-воздушную камеру, выполненную в горных породах выработки, с подсоединенными к ней средствами подачи и регулирования воздушной среды, отличающееся тем, что контрольно-воздушная камера с подсоединенными к ней средствами подачи и регулирования воздушной среды расположена перед водонепроницаемой перемычкой со стороны незатопленной горной выработки и ограничена по крайней мере одной воздухонепроницаемой перемычкой.

2. Гидроизоляционное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что водонепроницаемая перемычка представляет собой действующую эксплуатируемую перемычку.

3. Гидроизоляционное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что герметичная контрольно-воздушная камера расположена на пересечении двух горных выработок и ограничена двумя дополнительными воздухонепроницаемыми перемычками, установленными напротив друг друга в пересекающей горной выработке.

4. Гидроизоляционное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что воздухонепроницаемая перемычка снабжена креплениями к стенкам горной выработки.

5. Гидроизоляционное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что в качестве воздушной среды использован воздух с добавкой индикаторного газа.