Способ крепления шахтных стволов в искусственно замороженных породах и тампонажный раствор для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)4 Е 21 Р 5/О БРЕТЕН А ВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ словия мораВайа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт организации и механизации шахтного строительства(56) Авторское свидетельство СССРУ 1040157, кл. Е 21 0 1/00, 1980,Гальченко П,П, и др, Технологиямногослойного последующего тампонажагорных пород химическими растворамипри проходке ствола, - Шахтное строительство, 1986, Р 2801481411(54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ШАХТ 1 П 1 Х СТВОЛОВ В ИСКУССТВЕННО ЗИ 1 ОРОЖЕННЫХ ПОРОДАХ И ТАМПОНАЖНЫИ РАСТВОР ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к строительству подземных сооружений и шахтв сложных гидрогеологических у хс применением искусственного заживания пород. Цель изобретениясокращение материальных затрат засчет 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 сты 1481 ка 2 бетонной крепи 1 теплым воздухом или водой обрабатывают крепь 1. На контакте лвдопородного ограждения с крепыш 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/м.После заполнения стыка 2 силикатным раствором нагнетают насосом 14 высокопроникающий тампонажный раствор, содержащий соли соляной кислоты, которьй, попадая в полость стыка 2 4 1и 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 отвердителем и растворитель. Последний содержит водный раствор хлористого кальция с плотностью 1260-1280 кг/мз при объемном соотношении компонентов 1 ф 1 - 1:3, 2 с.п. ф"лы, 6 ил.Изобретение относится к строительству подземных сооружений и шахтвсложных гидрогеологических условиях:с применением искусственного замораживания пород.Цель изобретения - сокращениематериальных затрат за счет совмещения процессов оттаивания герметизациистыков и закрепления оттаявшей породы,На фиг.1 изображена схема крепления,фаза нагрева ледопородного ограждения на контакте с крепыш в зоне предлагаемого закрепления до температуры плавления замороженных шахтных вод; на фиг.2 - то же, фаза нагнетания в полость технологическогостыка бетонной крепи силикатных иглиносиликатных растворов; на фиг.3 -то же, фаза высокопроникающего химического тампонажного раствора с образованием герметиэирующей массы вполости технологического стыка; нафиг,4 - то же, фаза нагнетания высо"копроникакщего химического тампонажного раствора с оттаиванием нагретойпороды и одновременным ее закреплением; на фиг.5 - то же, фаза образования гидроизоляционного пояса взоне технологического стыка; нафиг.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 2силикатного раствора 4 с плотностью 21250-1450 кг/м и оттаивание породы3 нагнетаемым тампонажным раствором.5, содержащим соли соляной кислоты,при этом обеспечивают смешение раст . воров 4 и 5Раствор для осуществления предлагаемого способа включает карбамиднуюсмолу с кислотным отвердителем ирастворитель - водный раствор хлористого кальция с плотностью 1260-1280 кг/м при объемном соотношениикомпонентов, равным 1:1 - 1:3,Способ осуществляют следующимобразом.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 огражденияс крепыш 1 в зоне предполагаемогозакрепления пород зоны 10, нагретой.до температуры плавления льда (замороженных шахтных пород), которуюопределяют путем прямого замератемпературы породы термометром 11,подаваемым к нагреваемой зоне 10через инъекционную скважину 12. ПосЗ 0 ле нагрева зоны 10 до заданнойтемпературы в полость технологического стыка 2 из расходной емкости 13насосом 14 через инъектор 15 нагнетают силикатный (глиносиликатный) 35 раствор 4 плотностью 1250-1450 кг/м,который иэ-за низких температур становится вязким и, заполняя полостьстыка 2, не изливается в ствол 6,После заполнения полости стыка 2 силикатным раствором 4 из расходнойемкости 16 насосом 14 нагнетают вы 5сокопроникающий тампонажный раствор5, который, попадая в полость стыка2 и смешиваясь там с силикатным раст-,вором 4, образует плотную герметизирующую массу 17, препятствующую выходу высокопроникающего раствора 4в ствол 6. Давление нагнетания в начале инъекции раствора 4 не должнопревышать 0,2-4,0 ИПа, а по.мереуплотнения герметизирующей массы 17может подниматься до 1,0 ИПа. Увеличение давления нагнетания раствора4 осуществляется по мере уменьшенияобъема просачивания его через загерметизированную полость технологического стыка 2. После полной герметизации полости стыка 2 тампонажныйраствор 5 проникает в предварительную нагретую зону 10, оттаивая и одновременно тампонируя ее с образованием закрепленного участка. Выхода закрепляющего раствора 5 за пределы предварительно нагретой зоны 10 не происходитпо тойпричине,что оттаивание в ней,а следовательно, и образование пус-,тот, заполняемых раствором 5, происходит со значительным опережениемзамороженной породы остального ледопородного ограждения.Повторяя весь цикл перечисленныхопераций по периметру технопогического стыка 2 бетонноч крепи 1, вокругствола 6 в зоне стыка 2 образуютгидроиэоляционный пояс 18, предотвращакщий вынос воды с песком послеполного оттаивания ледопородногоограждения, причем выдавливаниюматериала растворопородного гидроизоляционного пояса 18 препятствуетгерметизирующая масса 17, заполняющая полость стыка 2. Выполнив гидро 45изоляционный пояс 18 и герметизациюодного стыка 2, полок 7 перемещаютна следующий стык и все работы повторяются,Высокопроникающий раствор 5, благодаря наличию в нем хлористого каль"ция, имеет стабильную вязкость припопадании в охлажденный массив. Кроме того, функция хлористого кальциязаключается в том, что он мгновеннооттаивает нагретую до точки ппавления замороженную породу в зоне 10,а также способствует прочному и быстрому гелеобразованию самого тампонажного раствора 5 и герметизирующей массы 17, Карбамидная смола, входящая в раствор 5, обеспечивает прочное закрепление породы в зоне гидроиэоляционного пояса 18, а также способствует образованию достаточно прочной и упругой герметизирующей смоло-силикатной (глино-силикатной) массы 17. Нижний предел плотности раствора хлористого кальция1260 кг/м регламентируется тем, что только при этой плотности и выше будет выполняться быстрое и прочное отверждение герметиэирукщей массы 17, Верхний предел плотности раствора хлористого кальция1280 кг/м объясняется тем, что при дальнейшем повышении резко уве-. личивается его вязкость, что приводит к снижению подвижности тампонажного 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 герметиэирующей 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 гидро- изоляционного пояса 18.Нижний предел объемного соотноше ния компонентов силикатных (глино- силикатных) растворов 41250 кг/мз объясняется тем, что при дальнейшем их разбавлении водой образуемая от смешения с раствором 5 герметизирукщая масса 17 получается рыхлой и неоднородной. Верхний предел для этих растворов 4 объясня-, 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 5 14814 няются соляная, щавелевая, ортофосфорная и другие кислоты в количестве до 0,52 от объема исходной карбамидной смолы, Кислотный отвердитель также способствует быстрой коагуля 5 ции герметизирующей массы 17, что предотвращает ее вынос из полости стыка 2.10формула изобретения 1, Способ крепления шахтных стволов в искусственно замороженных породах, включающий установку бетонной крепи с образованием технологических стыков, нагрев замороженной породы до плавления льда, ее оттаивание и нагнетание в закрепное пространствотампонажного раствора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью сокращения материальных затрат за счет сов,мещения процессов оттаивания, герметизации стыков и закрепления оттаяв 11 6шей породы, после нагрева замороженной породы до плавления льда в по" лость технологических стыков нагнетают силикатный раствор плотностью 1250-1450 кг/м, а оттаивание замороженной породы производят нагнетаемым тампонажным раствором, содержащим соли соляной кислоты, при этом обеспечивают смешение в технологических стыках силикатного и тампонажно-.го растворов,2, Тампонажный раствор для крепления шахтных стволов в искусственно эамороженйых породах, включающийкарбамидную смолу с кислотным отвердителем и растворитель, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью снижения расхода тампонажного раствора,растворитель содержит водньй растворхлористого кальция с плотностью1260- 280 кг/м при объемном соотношении карбамидной смолы с отвердителем и растворителя, равном 1:1 - 1:3.1481411 Составитель Л,ЧерепенкинаРедактор Л.Зайцева Техред Л, Олийнык Корректор С.Черни 45 етени кая н ельский комбинат фПате л. Гагарина, 101 г. Ужго водственноЗаказ 2651/32 ВНИИПИ Государственно 11303комитета по изМосква, Ж,Подписноеоткрытиям при ГКНТ СССР