Способ замораживания горных пород Советский патент 1985 года по МПК E21D1/12 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке горизонтальных и вертикальных выработок с применением искусственного замораживания горных пород, а также при строительстве подземных сооружений, например хранили.щ сжиженного газа. Известен способ замораживания пород в условиях движущегося потока подземных вод, предусматривающий замену фильтрующих пород нефильтрующим гомогенным материалом с больщой теплопроводностью в зоне замораживающих скважин 1. Недостатком этого способа является трудность обеспечения сплощности водонепроницаемого экрана при инъектировании нефильтрующего материала в породы через замораживающие скважины. Наиболее близким к изобретению является способ замораживания горных пород, включающий сооружение скважин, создание из скважин зоны гидроразрыва с отличными от окружающих пород теплофизическими свойствами, оборудование скважин замораживающими колонками, формирование ледопородного ограждения путем подачи в колонки хладоносителя 2. Недостатком известного способа является развитие в ледопородном ограждении больших напряжений морозного-пучения и отсутствие тепло- и гидроизоляции от подземных вод. Цель изобретения - обеспечение независимой деформации ледопородного ограждения от массива вмещающих пород в условиях движущегося потока грунтовых вод и снижение расходов на проходку выработки. Указанная цель достигается тем, что согласно способу замораживания горных пород, включающему бурение скважин, создание из скважин зоны гидроразрыва с отличными от окружающих пород теплофизическими свойствами, оборудование скважин замораживающими колонками, формирование ледопородного ограждения путем подачи в колонки хладоносителя, скважины для образования зоны гидроразрыва размещают вокруг кольца скважин для замораживания пород с внешней его стороны и нагнетают в трещины гидроразрыва малотеплопроводный быстротвердеющий гидроизоляционный материал, -3 показаны фазы выполнеНа фиг. 1-3 показаны фазы выполнения операций по осуществлению предлагаемого способа замораживания горных пород в условиях движущегося потока грунтовых вод. Способ осуществляют следующим образом. В горных породах за контуром будущей подземной выработки 1 по окружности диаметром Dn на диаметрально противоположных сторонах бурят несколько скважин 2 в зависимости от диаметра будущей выработки, например четыре скважины (фиг. 1)), и нагнетают твердеющий фильтрующий раствор (не показано) в объеме закрепления скважин 2, после его закрепления разбуривают скважины 3 меньщим диаметром и вдоль скважин 3 нарезают по две диаметрально противоположные вертикальные засечки 4, ориентированные по линии гидроизоляции 5 (при четырех скважинах под углом 90° к засечкам других скважин) и повторно под давлением нагнетают твердеющий раствор, после отверждения которого в трещинах гидроразрыва образуется гидроизоляционный экран 6 (фиг. 2) вокруг будущей выработки 1. Затем пробуривают замораживающие скважины 7, оборудуют их замораживающими колонками (не показано) и, подавая в них хладоноситель, формируют ледопородные цилиндры 8 вокруг скважин 7, которые, смыкаясь, образуют замороженный массив пород 9 (фиг. 3). Пример. Рассмотрим предлагаемый сгтособ замораживания горных пород для проходки шахтного ствола м в обводненных породах в условиях движущегося потока подземных вод. Замораживанию подлежат пески, суглинки и глины. Глубина замораживания 25 м. С учетом крепи - железобетон толщиною 0,4 м - диаметр окружности размещения замораживающих скважин принимается ,5 м. Расчетная толщина стены ледопородного ограждения м, число замораживающих И И Н X 4 v-i Dcj/t nn t. Диаметр замораживающих скважин принимается из расчета размещения замораживающих колонок диаметром 124 мм. Колонки снабжаются питающими трубами диаметром 45 мм. В качестве хладоносителя принимается хлористый кальций, циркулирующий при -30°С по рассольной системе, подключенной к холодильной станции типа АО- 1200П на 3 компрессора (не показано). Для исключения влияния движущегося водного потока вокруг будущего ледопородного ограждения создается противофильтрационная завеса. По окружности диаметром Dn на диаметрально противоположных сторонах пробуривают 4 инъекционных скважины D 100-150 мм. Диаметр окружности D. размещения инъекционных скважин с исключения влияния ледопородного ограждения (цилиндра) составляет , где Оз - диаметр окружности размещения центров замораживающих скважин;величина прироста толщины ледопородного ограждения (цилиндра) вокруг замораживающей скважины. (.f 0,15E)D2 Do+E+m,

где m - допустимое отклонение замораживающей скважины от заданного направления (1 -1,5%).

Для данного случая

1+0,25+2-4-0,,9 м.

Принимаем м

В скважины через инъектор нагнетают закрепляющий раствор под давлением 0,05- 0,08 МПа, после его закрепления их разбуривают повторно и на внутренней поверхности скважины штангой, оснащенной зубком, нарезают диаметрально противоположные вертикальные засечки таким образом, чтобы направление их было под углом 90° к засечкам других скважин. И поочередно нагнетают в каждую скважину быстротвердеющий раствор, обладающий малотеплопроводными свойствами, например, на основе карбамидных смол, полиуретановый, пенопластовый и другие, осуществляя гидроразрыв и заполнение трещины твердеющим материалом. После отверждения раствора образуется противофильтрационная завеса, обеспечивающая защиту формируемого затем ледопородного ограждения от влияния движущегося потока подземных вод.

Затем вокруг будущей выработки бурят замораживающие скважины и оборудуют их замораживающими колонками, в которые через рассольную сеть .подают хладоноситель,

при этом образуется замкнутое ледопородное ограждение (цилиндр). После этого сооружается щахтный ствол.

Использование предлагаемого способа в условиях движущегося потока подземных

вод позволяет сократить время смыкания ледопородных цилиндров при замораживании горных пород в 1,6 раза, так как вокруг контура будущей выработки роздается двойное ограждение - наружное в виде противофильтрационной завесы и внутреннее в виде ледопородного массива, обладающего несущей способностью.

СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение скважин, создание из скважин зоны гидроразрыва с отличными от окружающих пород теплофизическими свойствами, оборудование скважин замораживающими колонками, формирование ледопородного ограждения путем подачи в колонки хладоносителя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимой деформации ледопородного ограждения от массива вмещающих пород в условиях движущегося потока грунтовых вод и снижения расходов на проходку выработки, скважины для образования зоны гидроразрыва размещают вокруг кольца скважин для замораживания пород с внещней его стороны и нагнетают в трещины гидроразрыва малотеплопроводный быстротвердеющий гидроизоляционный материал.