Способ упрочнения трещиноватых пород при строительстве сопряжений горизонтальных горных выработок

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при строительстве капитальных и очистных выработок, имеющих взаимное пересечение. Способ упрочнения трещиноватых пород при строительстве сопряжений горизонтальных горных выработок включает бурение скважин под кондукторы и установку кондукторов, монтаж на кондукторах запорной арматуры, бурение цементационных скважин, приготовление и нагнетание цементационных растворов, демонтаж запорной арматуры. В своде и боках основной выработки с заданным шагом бурят цементационные скважины, затем устанавливают пакеры. Нагнетание цементационного раствора проводят в пределах контура цементационной завесы. Внутренний контур цементационной завесы является контуром проектируемого сопряжения горных выработок, а наружный – границей свода естественного обрушения. Техническим результатом является повышение безопасности ведения работ при строительстве сопряжений горных выработок в трещиноватых породах, а также облегчение разработки породы внутри контура сопряжения. 3 ил.

 

Известен способ упрочнения слабых трещиновато-блочных рудных массивов (патент RU 2484250 C1, 10.06.2013), предусматривающий бурение скважин первой серии и нагнетание в них цементного раствора для заполнения полости трещин, бурение скважин второй серии между первыми и нагнетание в них раствора акриловых смол или кремнезема для заполнения порового пространства.

Недостатком данного способа является нецелесообразное повышение прочности пород, которые оказываются внутри контура сопряжения горных выработок при его последующем сооружении, и должны быть разработаны.

Известен способ цементации трещиноватых горных пород (патент RU 2337241 C1, 27.10.2008), предусматривающий бурение нагнетательных и вокруг них дренажных скважин, нагнетание цементационного раствора в породы через нагнетательные скважины, отфильтровывание и удаление жидкой фазы цементационного раствора через фильтрующий материал дренажных скважин.

Недостатком данного способа является увеличенный объем буровых работ за счет необходимости бурения дополнительных дренажных скважин, а также необходимость разработки массива внутри контура сопряжения, имеющего повышенную прочность за счет предварительного закрепления пород.

Известен способ цементации горных пород отдельными заходками (патент SU 688630 A1, 30.09.1979), включающий бурение скважин, определение водопоглощения скважины и нагнетание цементационных растворов вглубь горного массива после бурения скважины на величину каждой заходки.

Недостатком данного способа является снижение скорости бурения из-за необходимости дополнительного измерения водопоглощения скважин, а также необходимость разработки массива внутри контура сопряжения, имеющего повышенную прочность за счет предварительного закрепления пород.

Известен способ создания породной крепи горной выработки (патент RU 2498073 С1, 10.11.2013), включающий бурение сетки шпуров в пределах отдельных заходок, установку герметизаторов, последовательное нагнетание в шпуры смол, например, полиуретана, а затем бурение дополнительных шпуров для тампонирования породного массива подвижными твердеющими смесями.

Недостатком данного способа является необходимость бурения дополнительных коротких шпуров для тампонирования приконтурного массива смолами, например, полиуретаном, что повышает трудоемкость работ, а также приводит к необходимости разрабатывать породу повышенной прочности в случае последующей рассечки сопряжения горных выработок.

Известен способ упрочнения горных пород (авторское свидетельство SU 768990 A1, 07.10.1980), включающий бурение скважин и нагнетание цементационного раствора в них, а также создание дренажных скважин вокруг каждой цементационной скважины.

Недостатком данного способа является увеличенный объем бурения и закрепление приконтурного массива, который при последующем строительстве сопряжения горных выработок будет разработан.

Известен способ упрочнения горных пород цементацией при проведении капитальных горных выработок в зонах геологических нарушений (Технологические схемы упрочнения массивов горных пород цементацией при проведении капитальных горных выработок в зонах геологических нарушений // Кузниишахтрострой. – Кемерово, 1980. – с. 17 Режим доступа: https://www.meganorm.ru/Data2/1/4293728/4293728239.pdf), принятый за прототип. Способ включает бурение скважин под кондукторы и установку кондукторов, монтаж на кондукторах запорной арматуры, бурение цементационных скважин, промывку цементационных скважин и определение удельного водопоглощения, приготовление и нагнетание цементационных растворов, бурение контрольных скважин, демонтаж запорной арматуры.

Недостаток способа заключается в необходимости разработки массива внутри контура сопряжения горных выработок, имеющего повышенную прочность за счет предварительного закрепления пород.

Техническим результатом является повышение безопасности ведения работ при строительстве сопряжений горных выработок в трещиноватых породах, а также облегчение разработки породы внутри контура сопряжения.

Технический результат достигается тем, что в своде и боках основной выработки бурят цементационные скважины с заданным шагом, затем устанавливают пакеры, а нагнетание цементационного раствора проводят в пределах контура цементационной завесы, внутренний контур которой является контуром проектируемого сопряжения горных выработок, а наружный – границей свода естественного обрушения.

Способ поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 – план Т-образного сопряжения горных выработок;

фиг. 2 – сечение сопряжения горных выработок в плоскости его наибольшего пролета;

фиг. 3 – сечение по оси основной выработки, где:

1 – основная выработка;

2 – примыкающая выработка;

3 – полупролет выработки а;

4 – высота сопряжения h2;

5 – высота свода обрушения b1;

6 – высота одиночной выработки h1;

7 – угол внутреннего трения пород ϕ;

8 – цементационные скважины;

9 – цементационная завеса;

10 – зона предельного состояния вокруг сопряжения.

Способ осуществляют следующим образом. При строительстве одиночной основной выработки 1 (фиг. 1) в месте будущего сопряжения горных выработок основной выработки 1 и примыкающей выработки 2, работы ведут в отработанной технологической последовательности. Крепление основной выработки 1 осуществляется согласно паспорту крепления и управления кровлей горной выработки. До начала работ по строительству сопряжения горных выработок в пройденной основной выработке 1 осуществляется разметка и бурение скважин под кондукторы и установка кондукторов, монтаж на кондукторах запорной арматуры, затем бурение цементационных скважин 8 (фиг. 3). Длина цементационных скважин 8 рассчитывается исходя из требуемых размеров контура проектируемого сопряжения горных выработок и геометрических размеров зон упрочнения, зависящих от физико-механических свойств вмещающего массива, параметров трещиноватости и требуемой несущей способности цементационной завесы 9. Определяются размеры зоны предельного состояния вокруг сопряжения 10 (фиг.2). Размеры зоны предельного состояния вокруг сопряжения горных выработок 10 определяются высотой свода обрушения 5, которая рассчитывается с учетом полупролета выработки 3, угла внутреннего трения пород 7, высоты стенок выработки, а также крепости горной породы.

Верхняя граница зоны определяет длину цементационных скважин, которая включает в себя также разность высот сопряжения горных выработок 4 (фиг. 3) и одиночной выработки 6 (фиг. 3):

В своде и боках основной выработки производится бурение цементационных скважин 8 длиной , с заданным шагом, который определяется в соответствии с паспортом крепления основной выработки. В пробуренные скважины на уровне контура проектируемого сечения устанавливаются пакеры, представляющие собой устройства для изоляции участка скважины, подлежащего цементированию. Производится приготовление и нагнетание цементационного раствора в пределах контура цементационной завесы 9, внутренний контур которой является контуром проектируемого сопряжения горных выработок, а наружный контур – границей свода естественного обрушения. После окончания цементации и контроля выполненных работ осуществляется демонтаж запорной арматуры и разработка породы в пределах проектного контура сопряжения (фиг.2).

Способ поясняется следующим примером. В условиях месторождения осуществляется проходка одиночного капитального квершлага прямоугольно-сводчатого поперечного сечения шириной 4,8 м, высотой 4,2 м. Выработка находится в трещиноватых породах. Крепление выработки осуществляется набрызгбетоном толщиной 4 см. После проведения и крепления выработки в месте проектируемого сопряжения ее с капитальным штреком осуществляется бурение цементационных скважин длиной 3 м, с шагом 3 м. В боках и кровле выработки производят бурение скважин под кондукторы и монтаж кондукторов, в качестве которых используются стальные трубки, вставленные в устья шпуров, бурение цементационных скважин и нагнетание цементационного раствора. Каждую скважину цементируют одной заходкой. Диаметр цементационных скважин составляет 48 мм, глубина проникновения цементационного раствора в массив составляет 2 м и обеспечивает сплошность цементационной завесы. Срок твердения цементационного раствора составляет 7 сут, после чего начинается разработка породы внутри контура цементационной завесы. Возводимые цементационные завесы позволят осуществлять разработку сопряжения горных выработок одной заходкой с обеспечением устойчивости свода сопряжения.

Использование заявляемого способа позволяет обеспечить устойчивость свода при разработке пород внутри контура сопряжения горных выработок, при этом снизив расход материалов за счет того, что объем породы внутри контура сопряжения не упрочняется.

Способ упрочнения трещиноватых пород при строительстве сопряжений горизонтальных горных выработок, включающий бурение скважин под кондукторы и установку кондукторов, монтаж на кондукторах запорной арматуры, бурение цементационных скважин, приготовление и нагнетание цементационных растворов, демонтаж запорной арматуры, отличающийся тем, что в своде и боках основной выработки бурят цементационные скважины с заданным шагом, затем устанавливают пакеры, а нагнетание цементационного раствора проводят в пределах контура цементационной завесы, внутренний контур которой является контуром проектируемого сопряжения горных выработок, а наружный – границей свода естественного обрушения.