Способ проходки шахтного ствола Советский патент 1990 года по МПК E21D1/12 

Изобретение относится к подземному строительству в сложных горно-геологических условиях с применением искусственного замораживания горных . пород о

Цель изобретения - повышение эффективности проходки путем управления процессом при многоцикличном оттаивании и промораживании вмещающих пород

На фиго1 показана фаза образования ледопородного ограждения вокруг шахтного ствола, общий вид; на фиг.2 монтаж внешней колонны крепи; на фиг.З - фаза монтажа внешней и внут- ренней колонн крепи; на фиг.4 - дальнейшая углубка стволао

Способ осуществляют следующим образом В массиве обводненных глинистых или песчано-глинистых пород (фиго1) с помощью ряда кольцеобразно расположенных замораживающих, колонок 2 формиру}от замкнутое ледо- ;породное ограждение 3 (и изоляцию зоны 1а) путем создания циркуляции по колонкам 2 хладоносителя , Перед проходкой ствола 4 рассчитьшают известным способом, например по Вяло- |ву СоСо, безопасную высоту незакреп- ленной заходкио Проходку осуществля- .ют буровзрывным способом, выдавая породу на поверхность 5.

После очистки забоя 6 от породы устанавливают сверху вниз внешнюю колонну 7 (фиго2). Закрепное прост- раство 8 заполняют подогретым бетоно которьй оттаивает слой 9 примыкающих пород 3 о Затем снова углубляют ствол 4 на заданную глубину В связи с оттаиванием слоя 9 происходит уменьшение его в объеме на известную величину, вследствие чего практически высота незакрепленной зоны увеличивается, слагаясь из величин

После установки колонны 7 (фиг«2) определяют величину ее прогиба, предельное значение которого вычисляют по формуле

(1)

h, и.Ь,с

.Rli.

F«pEg( h,.)

u по предельный относительный прогиб внешней опережающей колонны;

R, - радиус внешней колонны,м;

f - величина горного давления

на глубине заходки,

О

5 О

5

0

5

Р„ - приведенная площадь поперечного сечения комбинированной крепи,

Е - модуль упругости внешней колонны,. I/M ;

h - высота незакрепленной части ствола,м;

Ь - высота кольца внешней колонны в период восприятия нагрузок только внешней

колонной, Мо

При достижении величиной указанного прогиба предельного значения, монтируют снизу вверх внутреннюю колонну 10, укладывают снизу вверх междуколонный бетон 11 (фиг.З) и снова углубляют ствол (фиг.4) до отметки 12.после отверждения бетона междуколонного пространства. За период jцикла углубки ствола и установки колонн крепи участки 9 оттаявшей породы дополнительно нагружаются за счет нагрузки от ползучести стен ледопо- родного ограждения 3 и снова замерзают (в замкнутом объеме) с развитием больших давлений на крепь вследствие морозного пучения пород. Повышенная подгятливость колонны 7 по сравнению с податливостью колонны 10 способствует снижению этих напряжений морозного пучения. В дальнейшем при оттаивании ледопородного ограждения 3 повышенная податливость колонны 7 препятствует также образованию щели между слоем бетона 11 и крепью 7 о При оттаивании .ледопородного ограждения крепь разгружается, однако поскольку колонна 10 более упругая, она создает большие разгрузочные де формации при расширении, чем внешняя колонна 7, вследствие чего щель между слоями крепи не раскрывается. Это обеспечивает также сохранность гидроизоляции крепи с. При этом бетонирование междуколонного пространства 11 производит при температуре бетона меньшей или равной температуре бетона для бетонирования закрепного пространства 8.

Пример. Рассмотрим применение предложенного способа при проходке шахтного вентиляционного ствола.В массиве Обводненных песчано-глинистых пород бурят концентрично с диаметром кольца 15м замораживаюпще скважины диаметром 0,15 м,глубиной 320 м, шаг скважин 1,2 Мо Скважины оборудуют замораживающими колонками диаметром

1

0,12 Mo Подавая в колонки раствор хлористого кальция с температурой 20 С, формируют замкнутое ледопород- ное ограждение со стенками толщиной 4,50 м, после чего буровзрывным способом проходят ствол заходками высотой по 2,0 м. После удаления отбитой породы устанавливают внешнюю опережающую колонну из монолитного бетона марки 400 с температурой О, Внешнюю колонну устанавливают сверху вниз по мере углубки ствола заходками по 2 м. При высоте опережающей

колонны h,

20 м с помощью съемных

щтанг определяют величину конвергенции стенок опережающей колонны. При

RI 3.65 м; V 0,3; Р

л5г

25 У

18х

РП 1,01 Ер 0. jtlU. 10 h,, 2M; h 20 м по формуле (1) получают величину предельного отно.си- тельного прогиба, Л пр 0,0025. После достижения прогибом опережающей колонны о АПР Ьц 0,050 м заканчивают установку снизу вверх внутренней тюбинговой колонны из тюбингов типа ДЗМО с толщиной полки 0,04 м и укладку междуколонного бетона М-500 слоем 0,25 м с температурой &2. 0 после чего цикл работ повторяют о

Таким образом, преимущества способа состоят в том, что обеспечивается регулирование предельной величины нагружения и знакопеременного деформирования слоев комбинированной .крепи совместно с примыкаемым к крепи массивом горных пород как в периоды многократного промерзания так и оттаивания ледогрунтовога ограждения и отдельных его элементов, что в итоге уменьшает напряжения морозного пучения и снижает водопроницаемость крепи, повьшая безопасность проходческих работа в условиях больших глубин.

06698 6

Формула изобретения

Способ проходки шахтного ствола, 5 включающий образование ледопородного ограждения, проходку ствола заходками с возведением опережающей внешней колонны комбинированной крепи и внутренней колонны, бетонирование закреп- 10 ного и междуколонного пространств, отличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности проходки путем управления процессом при оттаивании и промораживании вмещаю- 15 щих пород, бетонирование междуколонного пространства производят при температуре бетона, меньшей или равной температуре бетона для бетонирования закрепного пространства, при этом возведение внутренней колонны и бетонирование меяддуколонного пространства прекращают при достижении предельной величины прогиба внешней колонны, оп- ределяемой по зависимости

20

Т

25

Л

РпрЕвСЫ+ V)

где , предельный относительный про- гиб внешней опережающей колонны;

R - радиус внешней колонны,м; - коэффициент сопряжения слоев

крепи;

35 Р величина горного давления на глубине заходки, Р„р- приведенная площадь поперечного сечения комбинированной крепи, Eg -.модуль упругости внешней

колонны, h, - высота незакрепленной час ти ствола,м; h - высота кольца внешней ко45

лонны в период восприятия нагрузок только внешней :

колонной, Мо

Изобретение относится к подземному строительству с применением замораживания пород. Цель - повышение эффективности проходки путем управления процессом при многоцикличном оттаивании и промораживании вмещающих пород. Формируют ледопородное ограждение (ЛПО) 3, проходят ствол на расчетную глубину заходки, устанавливают внешнюю колонну 7. Закрепное пространство 8 заполняют бетоном, температура которого выше температуры ЛПО 3, слой 9 которого оттаивает. Определяют величину прогиба колонны 7, вычисляя ее предельное значение Δ по заданной формуле. При достижении Δ монтируют внутреннюю колонну 10. Бетонирование междуколонного пространства 11 производят при температуре бетона, большей или равной температуре бетона для бетонирования закрепного пространства 8. При оттаивании ЛПО 3 крепь разгружается, однако вследствие большей упругости внутренней колонны 10 щель между слоями крепи не раскрывается. Это обеспечивает сохранность гидроизоляции крепи. 4 ил.

Фиг.1

f

i- t Г //

Фиг, I

Фи5.