Способ закрепления грунта Советский патент 1987 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к строительству в сложных гидрогеологических условиях, преимущественно при прокод ке заглубленной выработки в несвязных обводненных грунтах.

Цель изобретения - увеличение прочности-и радиуса закрепления сухих и маловлажных грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут.

На фиг.1 показана фаза бурения скважин из забоя выработки; на фиг,2 фаза нагнетания в очередной заходке нагретой технологической жидкости с образованием зоны повышенного теплосодержания; на фиг.З - фаза нагнетания закрепляющих растворов в зону повышенного .теплосодержания, оттеснение ими нагретой технологической жидкости в буферную зону вокруг зоны закр.епления пород.

Способ закрепления грунта ocyniecTH- ляют следующим образом.

Из забоя выработки 1 (фиг,1) бурят скважину 2 станком 3, (например,, типа НКР-100 м) в грунтовом массиве 4 через бетонную перемычку 5. Через буровой став 6 (фиг,2) производят нагнетание в пределах радиуса закрепления (до 1 м) насосом 7 технологической жидкости 8 в объеме, равном трехкратному объему пор грунта с удельной теплоемкостью в 1,5-2 раза большей, чем у закрепляющего раствора, нагретой до 40°С, В качестве технологической жидкости может применяться вода, слабые растворы неорганических кислот, растворы хлоридов кальция и натрия и другие растворы с плотностью 1,0-1,06 кг/л и удельной теплоемкостью С 7/ 1,0-1,05 ккал/кг- С Нагрев технологической жидкости 8 с начальной температурой не ниже температуры грунта производится в емкости 9, расположенной в забое выработки Ij посредством нагревателя 10 типа ТЭН. t

По окончании нагнетания нагретой технологической жидкости 8 в грунтовом массиве 4 образуется зона 1 1 Зс1-- крепления с повышенным теплосодержанием. При определенных физических свойствах грунта (естественная влаиг- ность, количество незамерзающей воды) температура грунта в зоне закрепле- ния будет тем вьше,чем больше их теплосодержание. Поэтому увеличивая его с помощь.ю нагретой технологической ЖЕЕД560 2

кости с большой теплоемкостью, получают более равномерный разогрев всей зоны закрепления, а в результате уве- лттение радиуса распространения закреплятощего раствора и прочности закрепленных грунтов с коэффициентом Фильтрации менее 0,05 м/сут,

В предложенном способе нагрев за0 крепляющего раствора происходит путем передачи тепла от предварительно нагретых грунтов, что позволяет увеличить текучесть закрепляющего раствора при его соприкосновении с грун5 том, что и увеличивает его радиус проникновения. После разогрева зоны закрепления в нее нагнетают закрепляющий раствор 12 (фиг.З) при обычной температуре, который вытесняет из

0 зоны 11 закрепления технологическую жидкость в буферную зону 13. Зона 13 позволяет увеличить продолжительность изотермического режима высокой температуры в зоне закрепления, Нагнета- ние закрепляющего раствора 12 выпол- . няется тем же насосом 7 из емкости 14,

По окончании нагнетания закрепляющего раствора I2 выдерживается технологическая пауза на твердение раст0 вора, после чего весь цикл повторяется в очередной заходке.

Пример 1. При закреплении обводненного песчаного грунта с t раствором карбамидоформальде5 гидной смолы КФ-МТ в зоне закрепления предварительно увеличивают теплосодержание породы. Для этого нагнетают в породу 3-кратный (по отношению в свободной воде, содержащейся в порах песка) объем технологической жидкости, например воды, нагретой до 40°С, Более высокая, температура технологической жидкости нерациональна ввиду сложности работы с горячей жидкостью. Конечная температура в зоне закрепления после теплообмена технологической жидкости и породы Определяется из уравнения теплового

балланса 0

g gcK + 8б (О где 8.,8 ск и gg - соответственно удельное теплосодержание технологической жидкости, скелета породы и 5 заполняющей поры скелета воды.

Подставив в уравнение (1) данные таблицы, получают конечную температуру 1 м грунта в зоне закрепления с повьшенным теплосодержанием.

5

После повьппения теплосодержания в зону закрепления нагнетается раствор смолы КОР-МТ при естественной температуре , Подставив данные в уравнение (1) g смолы gj. + g , полу- чают температуру закрепления, равную .

При закреплении грунта по известной технологии путем раствора смолы до температура закреп- ления составляет ,

Таким образом, температура закреп- ления грунта по известной технологии на ниже, чем по предложенной, причем ввиду отсутствия буферной зо- ны будет продолжаться дальнейшее охлаждение зоны закрепления. Предварительное повышение теплосодержания грунта и равномерность температуры ее в зоне закрепления позволяют в 1,6-2,5 раза повысить прочность на сжатие закрепленных грунтов, в 1,2- 1,6 раз увеличить радиус закрепления и в ,5-2 раза сократить время геле- образования.

Кроме того, предварительная обработка сухих грунтов с коэффициентом фильтрации Кф 0,05 м/сут технологической жидкостью позволяет вести их закрепление способом двухрастворной силикатизации.

Технологическая жидкость (вода)

Грунт (скелет песка) Вода в порах песка

Раствор смолы КФ-МТ

(по предлагаемому

способу)

Раствор смолы КФ-МТ

(по известному способу)

Применение предлагаемой технологии обеспечивает возможность закрепления грунтов смолой при повышенной температуре затвердевания из забоя заглубленной выработки без необходимости разогрева смол, вьщеляющих при нагреве токсичные вещества.

Формула изобретения

Способ закрепления грунта преимущественно при проходке заглубленной выработки, включающий бурение скважин и последовательное нагнетание в закрепляемый массив .теплоносителя и закрепляющего раствора, отличающийся тем, что, с целью увеличения прочности и радиуса закрепления сухих и маловлажных грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут, перед нагнетанием закрепляющего раствора осуществляют повышение влажности грунта путем нагнетания в него жидкого теплоносителя с плотностью 1,0-1,06 кг/л, теплоемкостью 1,0-1,05 ккал/кг С и температурой не ниже температуры грунта и не выше 40°С, при этом объем нагнетаемого теплоносителя принимают равным трехкратному объему пор в закрепляемом массиве.

1,0 0,2 1,0

0,5 0.5

40 10 10

20 40

27,4 27,4 27,4

26 16

Фи. 1

Изобретение относится к области строительства в сложных гидрогеологических условиях, преимущественно при про-ходке заглубленной вьфаботки в несвязных обводненных грунтах. -Изобретение направлено на увеличение прочности и радиуса закрепления сухих и маловлажных грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. Это достигается тем, что перед нагнетанием закрепляющего раствора осуществляют повьшение влажности грунта путем нагнетания в него жидкого теплоносителя с плотностью 1,0-1 ,06 кг/л, теплоемкостью 1,0-1,05 ккал/кг- С и температурой не ниже температуры грунта и не вьщ1е 40 °С. Объем нагнетаемого теплоносителя принимается ра вным трехкратному объему пор в закрепляемом массиве. 3 ил., 1 табл. ш ел С ел СЛ О5

Риг.З

Редактор А.Шандор

Составитель М.Хасин

Техред Л.Олийнык Корректор Л.Патай

Заказ 2324/30 Тираж 606 Подписное БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35,Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4