§ 13. Специальные способы проходки стволов шахт

В сложных горно-геологических условиях (повышенная неустой­чивость, обводненность пород и т. д.) применяют специальные способы проходки.

Забивную крепь применяют при проходке стволов в рых­лых и плывучих породах мощностью до 6—8 м при глубине залегания не более 10—12 м от поверхности. Сущ­ность данного способа проходки за­ключается в том, что перед началом выемки породы по контуру будущего ствола на всю мощность плывунов забивают сваи, образующие времен­ное шпунтовое ограждение. Под его защитой вынимают породу и воз­водят постоянную крепь ствола.

Шпунтовые ограждения могут быть из деревянных или металли­ческих свай. Последние обладают большей прочностью и позволяют проходить ствол на труднопроходи­мом участке с большей скоростью.

Рис. 41. Схема с применением проходки ствола опускной крепи.

Опускная крепь (рис.41), в отличие от забивной, представляет собой замкнутый цилиндр из кир­пича, бетона, железобетона или ме­таллических тюбингов, снабженный внизу режущим башмаком. По мере выемки породы этот цилиндр опу­скается, преграждая прорыв слабых пород в забой ствола. Порядок вы­емки породы должен обеспечить рав­номерное, без перекосов, опускание крепи. Для этого режущий баш­мак должен опережать забой на 0,5-—0,8 м. Крепь опускают до тех пор, пока ее режущее кольцо не внедрится в мягкие водоупорные породы.

Металлическая опускная крепь может быть погружена принуди­тельно с помощью гидравлических домкратов грузоподъемностью 100-200 т.

Проходку ствола с помощью опускной крепью применяют в тех же горно-геологических условиях, что и проходку с забивной крепью.

Проходку стволов с предварительным з а мораживанием горных пород применяют при боль­шой мощности водоносных пород и при большом статическом напоре поды. Сущность данного способа проходки стволов заключается в том, что горные породы вокруг намеченного места проходки ствола замораживают, в результате чего образуется ледопородный цилиндр, защищающий ствол от проникновения в него воды или плывуна в период проходки (рис. 42).

Рис. 42. Схема искусственного замораживания пород:

1 — испаритель; 2 — насосы; в — рассолопроводная сеть; 4 — коллектор; 5 — замораживающие колонки; 6 — распредели­тель; 7 — обратный рассолопровод; 8 — компрессор; 9 — кон­денсатор; 10 — замороженные породы.

Для замораживания пород бурят скважины глубиной на 3—4 м больше требуемой глубины промерзания. В скважины устанавливают замораживающие колонки, цо которым циркулирует охлажденный до отрицательной температуры (от —25 до —35^е С) раствор хлори­стого кальция (СаС1₂) или хлористого магния (МgС1₂), поступающий от замораживающей станции. Вокруг каждой скважины порода по­степенно замерзает, образуя сплошную ледопородную толщу, под защитой которой проходят ствол обычным способом.

Скорость нарастания ледопородного цилиндра зависит от свойств породы и их водоносности и изменяется от 6—7 см/сутки в первые дни до 1 см/сутки в конце замораживания. Процесс замораживания

контролируют замером температуры раствора, входящего в скважину и выходящего из нее, а также температуры пород в контрольных сква­жинах и др.

Ствол проходят с применением буровзрывных работ. При этом необходимо следить за тем, чтобы взрыв не нарушал стенок полого ледопородного цилиндра. Поэтому шпуры применяют короткие, удельный расход ВВ обычно не превышает 0,25—0,5 кг на 1 м³ взры­ваемой породы.

По сравнению с ранее рассмотренными специальными способами, данный способ обеспечивает более высокую скорость и более низкую стоимость проходки 1 м ствола.

Проходку стволов с тампонированием гор­ных пород применяют при пересечении крепких трещиноватых и сильнообводненных пород с притоком воды более 25—30 м³/ч. Сущность этого способа заключается в предварительном заполнении трещин и пустот в горных породах вяжущими веществами, которые нагнетают в породу по скважинам под большим давлением.

В зависимости от применяемого вяжущего вещества различают три способа тампонирования — цементацию, глинизацию и битуми­зацию.

При небольшой глубине залегания и незначительной мощности водоносного пласта породы тампонируют с поверхности земли, в ос­тальных случаях — непосредственно из забоя ствола.

При тампонировании с поверхности (рис. 43, а) тампонажные скважины располагают по окружности, диаметр которой на 3—4 м больше диаметра ствола в проходке. Расстояние между скважинами по окружности 2—3 м. Скважины в неустойчивых породах крепят обсадными трубами, оставляя незакрепленным участок, подлежащий тампонированию.

Из забоя ствола (рис. 43,6) горные породы тампонируют заходками глубиной 12—20 м. В качестве нагнетаемого раствора наиболее часто применяют цементный. Перед началом бурения скважин в забое ствола сооружают тампонажные подушки для предотвращения выхода раствора в забой при нагнетании. В подушке монтируют направля­ющие трубы длиной не менее 1,5—2 м, через которые бурят тампонаж­ные скважины.

Затем насосами, находящимися в забое ствола, в скважины нагне­тают цементный раствор под давлением от 7 до 20 кгс/см². По окон­чании цементации скважину оставляют для твердения цемента в тече­ние 10—-15 ч, после чего ее разбуривают. Если в скважину проры­вается вода, то раствор нагнетают повторно при большем давлении. Качество тампонажных работ проверяют пробуриванием контроль­ной скважины на величину тампонажной заходки. Цементацию счи­тают оконченной, если вода не поступает через контрольную скважи­ну. После этого цементационную подушку разрушают и приступают к проходке ствола обычным способом на глубину тампонажной заходки.

Для тампонирования пород с большими трещинами или кар­стовыми пустотами в целях экономии дорогостоящего цемента це-

лесообразно применять глинизацию. Процесс глинизации аналоги­чен цементации, но глинистый раствор нагнетают при более высоком давлении. Глинизацию заканчивают нагнетанием в скважины неболь­шого количества цементного раствора при давлении до 60— 80 кгс/см², в результате чего глина в трещинах уплотняется и це­ментный раствор дополнительно тампонирует горные породы.

При проходке стволов по трещиноватым породам с большой ско­ростью движения воды по трещинам применяют битумизацию пород, подавая в скважины расплавленный битум. При затвердении битум

уменьшает свой объем на 11%, поэтому нагнетать его в скважину необходимо в два-три приема с перерывами в 20—30 ч.

Достоинствами этого способа тампонирования является стойкость битума действию кислот подземных вод. К недостаткам следует отнести плохую заполняемость трещин шириной менее 1 мм и спо­собность выходить из трещин при гидростатическом давлении воды более 3 кгс/см².

Бурение стволов является прогрессивным способом проходки, позволяющим полностью механизировать все процессы по выемке породы и исключить присутствие людей в забое, создать условия для повышения производительности труда и скорости про­ходки стволов. Всеми механизмами управляют с поверхности.

Стволы бурятке отделением породы по всей площади забоя — роторное бурение, или по кольцевому забою с подъемом породного керна — керновое бурение. Роторное бурение применяют в мягких и неустойчивых породах с коэффициентом крепости не более 4, керновое — в более крепких породах.

Для проходки стволов способом роторного бурения применяют установки УЗТМ-7,5 и УЗТМ-8,75. Ими бурят стволы диаметром вчерне соответственно 7,5 и 8,75 м глубиной 550 и 800 м.

Бурение производят в две или три фазы: первая — бурение пере­довой направляющей скважины, вторая — расширение скважины до проектного диаметра. В более крепких породах предусмотрена промежуточная фаза — расширение передовой скважины.

Для кернового бурения применяют установку УКБ-3 6 м Ею бурят стволы диаметром в проходке 3,6 м и глубиной до 650 м в по­родах крепостью до 10.

В необходимых случаях эта установка может работать комбинированным способом, т.е. с выдачей керна и разрушением пород всего забоя.