Способ крепления шахтных стволов в искусственно замороженных породах и тампонажный раствор для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК E21D5/00 

Фм.2

148

ка 2 бетонной крепи 1 теплым воздухом или водой обрабатывают крепь 1 . На контакте ледопородного ограждения с крепью 1 в зоне предполагаемого закрепления пород образуется зона 10, нагретая до температуры плавления льда. Затем в полость стыка 2 через инъектор 15 нагнетают силикатный раствор с плотностью 1250-1450 кг/м3.После заполнение стыка 2 силикатным раствором нагнетают насосом 14 высокопроникающий тампонажный раствор, содержащий соли соляной кислоты, который, попадая в полость стыка 2

1

и смешиваясь с раствором 4, образует плотную герметизирующую массу. После полной герметизации полости стыка 2 тампонажный раствор проникает в предварительно нагретую зону 10, оттаивая и одновременно тампонируя ее с образованием эакрепного пространства. Тампонажный раствор включает карбомидную смолу с кислотным отвер- дителем и растворитель. Последний содержит водный раствор хлористого кальция с плотностью 1260-1280 кг/м3 при объемном соотношении компонентов 1:1 - 1:3. 2 с,п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к строительству подземных сооружений и шахт в сложных гидрогеологических условиях с применением искусственного замораживания пород. Цель изобретения - сокращение материальных затрат за счет совмещения процессов оттаивания, герметизации стыков и закрепления оттаявшей породы, а также снижение расхода тампонажного раствора. При проходке ствола 6 с проходческого полка в зоне технологического стыка 2 бетонной крепи 1 теплым воздухом или водой обрабатывают крепь 1. На контакте ледопородного ограждения с крепью 1 в зоне предполагаемого закрепления пород образуется зона 10, нагревая до температуры плавления льда. Затем в полость стыка 2 через инъектор 15 нагнетают силикатный раствор с плотностью 1250-1450 кг/м³. После заполнения стыка 2 силикатным раствором нагнетают насосом 14 высокопроникающий тампонажный раствор, содержащий соли соляной кислоты, который, попадая в полость стыка 2 и смешиваясь с раствором 4, образует плотную герметизирующую массу. После полной герметизации полости стыка 2 тампонажный раствор проникает в предварительно нагретую зону 10, оттаивая и одновременно тампонируя ее с образованием закрепного пространства. Тампонажный раствор включает карбамидную смолу с кислотным отвердителем и растворитель. Последний содержит водный раствор хлористого кальция с плотностью 1260-1280 кг/м³ при объемном соотношении компонентов 1:1-1:3. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

1

Изобретение относится к строительству подземных сооружений и шахт в сложных гидрогеологических условиях с применением искусственного замораживания пород.

Цель изобретения - сокращение материальных затрат за счет совмещения процессов оттаивания герметизаци стыков и закрепления оттаявшей породы.

На фиг.1 изображена схема крепления,фаза нагрева ледопородного ограждения на контакте с крепью в зоне предлагаемого закрепления до температуры плавления замороженных шахтных вод; на фиг.2 - то же, фаза нагнетания в полость технологического стыка бетонной крепи силикатных и глиносиликатных растворов; на фиг.З то же, фаза высокопроникающего химического тампонажного раствора с образованием герметизирующей массы в полости технологического стыка; на фиг.4 - то же, фаза нагнетания высо- копроникакщего химического тампонажного раствора с оттаиванием нагретой породы и одновременным ее закреплением; на фиг.5 - то же, фаза образования гидроизоляционного пояса в зоне технологического стыка; на фиг.6 - разрез А-А на фиг.5,

Предлагаемый способ включает установку бетонной крепи 1 с технологическими стыками 2, нагрев замороженной породы 3 до плавления льда, последующее нагнетание в стыки 2 силикатного раствора 4 с плотностью

0

5

0

5

0

5

1250-1450 кг/м3 и оттаивание породы 3 нагнетаемым тампонажным раствором 5, содержащим соли соляной кислоты, при этом обеспечивают смешение растворов 4 и 5.

Раствор для осуществления предлагаемого способа включает карбамидную смолу с кислотным отвердителем и растворитель - водньй 1еаствор хлористого кальция с плотностью 1260- -1280 кг/м3 при объемном соотношении компонентов, равным 1:1 - 1:3.

Способ осуществляют следующим образом.

При проходке ствола 6 с проходческого полка 7 в зоне технологического стыка 2 бетонной крепи 1, например, теплым воздухом 8 (или водой), подаваемым по ставу труб 9, обрабатывают крепь 1 с образованием на контакте ледопородного ограждения с крепью 1 в зоне предполагаемого закрепления пород зоны 10, нагретой до температуры плавления льда (замороженных шахтных пород), которую определяют путем прямого замера температуры породы термометром 11, подаваемым к нагреваемой зоне 10 через инъекционную скважину 12. Пос- ле нагрева зоны 10 до заданной температуры в полость технологического стыка 2 из расходной емкости 13 насосом 14 через инъектор 15 нагнетают силикатный (глиносиликатный) раствор 4 плотностью 1250-1450 кг/м3, который из-за низких температур становится вязким и, заполняя полость

стыка 2, не изливается в ствол 6. После заполнения полости стыка 2 силикатным раствором 4 из расходной емкости 16 насосом 14 нагнетают высокопроникающий тампонажный раствор 5, который, попадая в полость стыка 2 и смешиваясь там с силикатным раствором 4, образует плотную герметизирующую массу 17, препятствующую вы- Q ходу высокопроникающего раствора 4 в ствол 6. Давление нагнетания в начале инъекции раствора 4 не должно превышать 0,2-4,0 МПа, а по мере уплотнения герметизирующей массы 17 jc может подниматься до 1,0 МПа. Увеличение давления нагнетания раствора 4 осуществляется по мере уменьшения объема просачивания его через загерметизированную полость технологичес- 0 кого стыка 2. После полной герметизации полости стыка 2 тампонажный раствор 5 проникает в предварительную нагретую зону 10, оттаивая и одновременно тампонируя ее с образова- 25 нием закрепленного участка.Выхода закрепляющего раствора 5 за пределы предварительно нагретой зоны 10 не происходит по то и причине, что оттаивание в ней, а следовательно, и образование пуст тот, заполняемых раствором 5, Происходит со значительным опережением замороженной породы остального ледо- породного ограждения.

Повторяя весь цикл перечисленных операций по периметру технологичес- кого стыка 2 бетонной крепи 1, вокруг ствола 6 в зоне стыка 2 образуют гидроизоляционный пояс 18, предотвращающий вынос воды с песком после

аП

полного оттаивания ледопородного

ограждения, причем выдавливанию материала растворопородного гидроизоляционного пояса 18 препятствует герметизирующая масса 17, заполняюая полость стыка 2. Выполнив гидро- изоляционный пояс 18 и герметизацию одного стыка 2, полок 7 перемещают на следующий стык и все работы повтояются .

Высокопроникающий раствор 5, бла- 50 одаря наличию в нем хлористого кальия, имеет стабильную вязкость при опадании в охлажденный массив. Крое того, функция хлористого кальция аключается в том, что он мгновенно 55 ттаивает нагретую до точки плавле- ия замороженную породу в зоне 10, также способствует прочному и

зо

Q jc 0 5

П

0 5

о

быстрому гелеобразованию самого та м- понажного раствора 5 и герметизирующей массы 17. Карбамидная смола, входящая в раствор 5, обеспечивает прочное закрепление породы в зоне гидроизоляционного пояса 18, а также способствует образованию достаточно прочной и упругой герметизирующей смоло-силикатной (глино-силикат- ной) массы 17. Нижний предел плотности раствора хлористого кальция

у 1260 кг/м3 регламентируется тем, что только при этой плотности и выше будет выполняться быстрое и прочное отверждение герметизирующей массы 17. Верхний предел плотности раствора хлористого кальция у 1280 кг/м3 объясняется тем, что при дальнейшем повышении резко уве-. личивается его вязкость, что приводит к снижению подвижности тампонаж- ного раствора 5. Нижний предел объемного соотношения компонентов (смола с отвердителем: раствор хлористого кальция - 1:1) раствора 5 установлен по двум причинам. Во-первых, при дальнейшем снижении объема хлористого кальция повышается вязкость раствора 5, во-вторых, не обеспечивается быстрое и прочное гелеобразование герметизирующей массы 17.

Верхний предел объемного соотношения компонентов 1:3, объясняется тем, что при дальнейшем увеличении хлористого кальция прочность геля раствора 5 заметно снижается, что в свою очередь не обеспечивает прочного закрепления породы в зоне гидроизоляционного пояса 18.

Нижний предел объемного соотношет ния компонентов силикатных (глино- силикатных) растворов 4 f 1250 кг/м3 объясняется тем, что при дальнейшем их разбавлении водой образуемая от смешения с раствором 5 герметизирующая масса 17 получается рыхлой и неоднородной. Верхний предел для этих растворов 4 объясняв ется тем, что при его превышении значительно возрастает вязкость, что снижает радиус их распространения, особенно в условиях низких температур .

Кислотный отвердитель, входящий в состав высокопроникающего раствора 5, способствует регулированию времени отверждения этого раствора. В качестве кислотного отвердителя приме: - /:

4 4

Ч4 4

4 4

Ц. 4 4

4

4 4

+ 4

+

4 4

Фие.1

оо -зО

I

to

Фие.6