Способ проходки стволов Советский патент 1983 года по МПК E21D1/12 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам прохоцки стволов с применением искусствеиного замораживания горных пород. Известен способ проходки стволов, включающий бурение замораживающих скважин, монтаж в них замораживающих колонок, подачу в колонки хладоносителя, формирование ледопороцного ограждения, выемку породы и крепление ствола Cl Недостатком этого способа являются большие нагрузки на крепь ог морозного пучения пород, т.е. от увеличения объема пород в результате расщирения воды при замерзании. Кроме того, бетон в закрепном пространстве, соприкасаясь с мерзлыми породами, не набирает необходимую прочность Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре- зультату является способ проходки-стволов, включающий бурение замораживающих скважин, монгаж в скважинах замораживающих колонок, подачу хладоносителя в колонки, формирование ледопородного ограждения, выемку породы и крепление ствола. Бетон при применении этого способа отделяют от опалубки и от стенок ствола слоями теплоизоляции и подогревают, благодаря чему бетон набирает не- обходимую прочность 2 . Недостатками этого способа являются большие нагрузки на крепь от морозного пучения, при учете которых крепь полу- чается бсшее. толстостенная по сравнению с крепью рассчитанной д-олько на горное .цавление. Цель изобретения - снижение нагрузок на крепь ствола за счет исключения мо,розного пучения пород. Указанная цель достигается тем, что согласно способу проходки стволов, включающему бурение замораживающюс скважин, мштаж в скважинах замораживающих колонок, подачу хладоносителя в колонки, формирование ледопорюдного or-J раждения, выемку породы и крепление ствола, при выемке породы и креплении ствола температуру на контуре ствола поддерживают в пределах О - (- 4) С. На фиг. 1 показана схема формирования ледопородного ограждения с помощью замораживающих колонок,- расположенных за контуром ствола в проходке; на фиг. 2 графики изменения температуры образцов глин. Ствол 1 обсажен крепью 2. За конту- ром 3 ствола расположено ледопородное ограждение 4 вокруг замораживающих скважин 5. Способ проходки стволов осуществляют следующим образом. Перед проходкой ствола 1 и возведением крепи 2 за контуром 3 ствола создают ледОпороцное ограждение 4 путем подачи хладоносителя в замораживающие колонки, смонтированные в замораживающих скважинах 5 (конструкция колонки известна и на чертеже не показана). Замораживающие скважины 5 бурят известными средствами. В скважинах 5 монтируют замораживающие колонки (не показаны). Из рассольной сети замора- , живающей станции в них подают охлажденный рассол (раствор хлористого кальция). Контроль формирования ограждения 4 осуществляют известными способами с помощью tepMO- или ультразвукового контроля. После того, как на контуре 3 (фиг. 1) ствола 1 в проходке температура пород ограждения достигает О- (- 4)С, осущесгвляют выемку пород ствола 1 (известными способами и средствами) и возводят крепь 2 общепринятой конструкции (тюбинги + бетон + тампонажный раствор). Причем в процессе проходки ствола температуру на контуре 3 поддерживают в пределах О - (- 4) путем циркуляции хладоносителя в замораживающих скважи- нах 5. Бетон крепи 2 и тампонажный растч вор на контакте 3, содержащие добавки хлористого кальция, в этом диапазоне температур не замерзают и набирают необходимую механическую прочность. Кроме того, Б указанном диапазоне тем- . ператур исключается развитие напряжений от морозного пучения, так как вода, содержащая хлористый сальций, остается незамерзшей и находится в переохлажденном состоянии. Если промерзание воды в дисперсных средах происходит под давлением более 3-4 МПа и температуре ниже - 4 С, то напряжение пучения, как в глине, так и в бетоне, содержащем противоморозные добавки, резко возрастает. При этом значение отрицательной Температуры, равной - 4с, является верхней граничной температурой, начиная с которой при давлении более 3-4 МПа происходит интенсивный рост напряжений от пучения пород. На фиг. 2 представлены результаты п)овеценных экспериментальных исследований образцов глины аптнеокома Яковлевского месторождения КМ А при начальном давлении 4 МПа и естественной влажности 24%. Кривая 6 характеризует изменение температуры 9 в цент

ре образца во временя. Кривые 7 и 8 отражают изменения во времени термических напряжений 6 и деформаций Е образцов в -осевом направлении.

Согласно этим цанным понижение тем- s пературы 6 (фиг, 2) образца от О ао - рС привоцит к уменьшению напр$ же« . ннй 7, При достижении температуры 6 значения.-. происходит стабилизация напряжений 7 и ц еформаЬий 8. Понижение Ю отрицательной температурь 6 от - 4 цо - 7°С вызывает увеличение относительHbtx вертикальных деформаций 8 образца до 0,45% и напряжений 7 от 3 до 7 МПа, или в 2.3 раза. В том случае, когда бе- 15

тон и тампонажный раствор содержат добавки хлористого кальция, дополнительны напряжения в крепи возникают за счет расширения пер6о:Ьлаждеш1Ой воды в.диапазоне температур от - 4 до « 12 С, так как коэффициент объемного расшире ния переохлажденной воды возрастает в 1,7 раза.

Применение предлагаемого способа проходки стволов, например, на месГорождениях KMPi. (Курской магнитной аномалии), содерисаишх мсхцные толщи теисих пучащих пород, как глина,, мел, мергель и глинистый песок, позволяет упростить и удешевить крепь стволов.

СПОСОБ ПРОХОДКИ СТВОЛСВ, вкпючающиЁ бурение замораживающих скважин, монтаж в скважинах замораживающих КОЛОНОК, подачу хлааоноойтепя °в КОЛОНКИ, формирование ледопородного огражцения выемку породы и крепление ствола, отличающийся тем, чго, с цепью снижения нагрузок на крепь ствола, при выемке породы и креплении ствола температуру на коатзфе стёола поддерживают в пределах О- (- 4) С. (Л CZ 30 4

1% ,/f/70 о аг± о 1 23 5 6 Г,ос