Способ проходки горизонтальных горных выработок

 

Использование: горное, транспортное и инженерное строительство. Сущность изобретения: до проходки выработки с земной поверхности бурят инъекционные скважины в массив поров в один ряд по оси выработки до ее подошвы. Оси скважин при этом ориентируют наклонно к оси выработки под углом 40 - 50°. Затем при нагнетании твердеющего раствора в зону закрепления осуществляют послойное закрепление массива пород путем формирования наклонных стен, например, гидроразрывом, поперечных направлению трассы. Проходку закрепленного участка можно вести одновременно с закреплением массива впереди забоя. Шаг между скважинами рассчитывают по известным методикам с учетом обеспечения естественного равновесия для данных пород, исключаюшим развитие свода обрушения между стенками. 4 ил.

Изобретение относится к горному, транспортному и инженерному строительству.

При проходке горизонтальных горных выработок неглубокого заложения, особенно в условиях плотной городской застройки, в неустойчивых рыхлых породах необходима предварительная укрепительная стабилизация этих пород для предотвращения обрушения свода выработки и забоя от нагрузки массы столба грунта над обнажением кровли.

Известен способ проходки горизонтальных горных выработок и предварительным сплошным замораживанием пород в кровле из вертикальных или наклонных скважин, пробуренных с поверхности [1]. Но этот способ применим в водонасыщенных грунтах и является одним из самых трудоемких и дорогих.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ проходки горизонтальных выработок, например тоннелей, включающий химическое закрепление массива рыхлых неустойчивых пород по трассе выработки до начала проходческих работ. Для этого бурят инъекционные скважины с поверхности в зону закрепления под любым углом к оси выработки. Скважины располагают на таком расстоянии друг от друга, чтобы гарантировать сплошность закрепления пород над кровлей и в забое при нагнетании твердеющего раствора через скважины [2] . Недостатками данного способа являются большие объемы бурения и расходы дорогостоящих химических твердеющих растворов.

При условии сплошности закрепления скважины приходится располагать по трассе выработки по несколько штук в рядах, поперечных направлению трассы.

Цель изобретения - сокращение объема бурения и расхода твердеющего раствора при обеспечении устойчивости приконтурного массива неводоносных пород за счет перераспределения вертикальной нагрузки над забоем.

Достигается это тем, что в известном способе, включающем опережающее закрепление рыхлых пород по трассе выработки путем бурения инъекционных скважин с поверхности в зону закрепления, нагнетания твердеющего раствора в эту зону и последующую проходку выработки, при бурении оси скважин ориентируют в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось выработки и наклонно к ее оси под углом 40-50о, а при нагнетании твердеющего раствора через эти скважины закрепление массива пород по трассе выработки над кровлей забоя и впереди него осуществляют послойным путем формирования наклонных стен, поперечных направлению трассы.

На фиг.1 показана фаза сооружения наклонных скважин, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, опережающих проходку выработки, продольный разрез; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.3; на фиг.4 - графики изменения нагрузки на часть стены, на обнажение кровли и изменения длины скважины в зависимости от изменения угла наклона скважины (стены).

Перед входом горизонтальной выработки (тоннеля) 1 в малосвязные неводоносные рыхлые породы (пески) 2 по трассе бурят в один ряд скважины 3 под углом 40-50^о к оси (фиг.1), через эти скважины осуществляют послойное закрепление столба пород 4 над забоем и впереди его путем формирования, например, направленным гидроразрывом наклонных стен 5, поперечных направлению трассы выработки. Стены выполняют из отвердевших химических растворов в массиве.

На фиг. 4 видно, что угол наклона инъекционных скважин и образованных стен следует выполнять в пределах 40-50^о, так как при этом обеспечиваются наименьшая длина L скважины и соответственно малые нагрузки от массы столба 4 породы на площадь стены V_c и на кровлю выработки V_к (фиг.2). Так, при угле наклона в 30^о длина скважин, т.е. и объем бурения, возрастает почти в два раза, а нагрузка на крепь кровли и стену уменьшается всего на 20-25%, при угле наклона в 60^о длина скважин уменьшается несущественно, но нагрузки на кровлю V_к возрастают в 1,5-2 раза (фиг.4).

П р и м е р. Коллекторный тоннель 1 диаметром 3 м проходят на глубине 9 м в песках 2 с естественной влажностью. Для их стабилизации с поверхности земли впереди забоя тоннеля в один ряд вдоль его оси через 1-1,5 м бурят скважины 3 под углом к оси ≈ 45^о до подошвы забоя. Затем способом направленного гидроразрыва (авт.св. N 1033751) из этих скважин сооружают наклонные стены 5 в песке 2 поперек трассы тоннеля 1 из химических твердеющих растворов. В результате над каждой заходной выработки вертикальный девятиметровый столб 4 песка с общей нагрузкой Р оказывается разделенным на 3-4 части (минимум на две части), нагрузка от которых перераспределяется в массиве. В результате на кровлю забоя действует давление V_к в несколько раз меньше, чем нагрузка Р.

Шаг между скважинами в ряду выбирается из расчета (по известным методикам) не более пролета свода естественного равновесия для данных пород, исключающего развитие свода обрушения между стенами в массиве. В результате такого послойного закрепления обеспечивается достаточная безопасность работ и снимаются объем бурения скважин и расход твердеющего раствора. По сравнению с прототипом объем бурения сокращается за счет размещения всего одного ряда скважин вдоль продольной оси, вместо 4-6 рядов, а снижение расхода твердеющего раствора подтверждается следующим расчетом. При нагнетании раствора по известному способу расходуется 270 л на одну скважину. На шаг проходки в 1,5 м бурят два поперечных ряда скважин по 5 шт. Тогда расход составит 270 л, 2,5 = 2700 л. В предлагаемом способе на этот же шаг образуют одну стену шириной 4 м, толщиной 0,1 м, высотой (по наклону) L = = = 12 м. Объем стены 4 х 12 х 0,1 = 4,8 м³. При расходе на 1 м³ =250 л раствора расход составит 4,8˙250 = 1200 л, т.е. снижение расхода раствора на 1 шаг проходки составит 2700 - 1200 = 1500 л.

Использование предлагаемого способа позволит при обеспечении безопасности проходки уменьшить затраты трудовые и материальные и ускорить проходку за счет одновременности операций опережающего закрепления будущей заходки и проходки уже закрепленного участка.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОХОДКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК неглубокого залегания в рыхлых породах в условиях плотной застройки, включающий опережающее закрепление рыхлых пород по трассе выработки путем бурения инъекционных скважин с поверхности в зону закрепления, нагнетания твердеющего раствора в эту зону и последующую проходку выработок, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, при бурении оси инъекционных скважин ориентируют в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось выработки и наклонно к ее оси под углом 40 - 50^o, а при нагнетании твердеющего раствора в зону закрепления осуществляют послойное закрепление массива пород путем формирования над забоем и впереди него из инъекционных скважин наклонных стен, поперечных направлению трассы выработки, с шагом, не превышающим пролета свода естественного равновесия пород при данной величине незакрепленного забоя выработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4