Способ замораживания горных пород при возведении подземного сооружения

 

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству с применением замораживания пород в сложных гидрогеологических условиях. Цель - повышение безопасности возведения подземного сооружения в условиях больших гидростатических напоров подземных вод и прослоек плывунных отложений. Способ реализуют следующим образом. В зоне возведения ледопородного ограждения из буровой камеры ранее пройденной горной выработки бурят опережающие скважины (С) на глубину заходки и размещают в них секции фильтровальных труб (ФТ) и герметизирующие устройства. Затем по периметру буровой камеры (или ствола горной выработки) бурят замораживающие С. В процессе бурения замораживающих С осуществляют поэтапно гидроразрывы в зонах плывунных и водоносных отложений между забоями замораживающих С и секциями ФТ опережающей С. Для перекрытия фронтальной части ледопородного ограждения после достижения проектной глубины замораживающих С через них производят гидроразрыв в зоне намеченного тампонажа и нагнетают тампонирующий материал (ТМ). Направление и интенсивность гидроразрыва и перемещение ТМ регулируют поочередным закрытием и открытием опережающих С или отдельных секций внутри ФТ. Затем устанавливают в С замораживающие колонки, проводят подачу хладагента и создают ледопородное ограждение. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1507976 А 1 (sl>4 Е 21 D 112

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 4225474/22-03 (22) 07.04.87 (46) 15.09.89. Бюл. ¹ 34 (71) Харьковский политехнический институт им. В. И. Ленина (72) О. М. Климентова, А. С. Матвеев и М. Н. Климентов (53) 622.253 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 991054, кл. Е 21 D 1/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 941593, кл. E 21 D 1/12, 1980. (54) СПОСОБ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и подземному строительству с применением замораживания пород в сложных гидрогеологических условиях. Цель — повышение безопасности возведения подземного сооружения в условиях больших гидростатических напоров подземных вод и прослоек плывунных отложений. Способ реализуют следующим образом. В зоне возведения ледопоИзобретение относится к горному делу и подземному строительству с применением замораживания пород в сложных гидрогеологических условиях.

Цель изобретения — повышение безопасности возведения подземного сооружения в условиях больших гидростатических напоров подземных вод и прослоек плывунных отложений.

На фиг. 1 изображена схема возведения подзем ного сооружения в виде буровой камеры, проектный контур горной выработки и фаза сооружения опережающей скважины, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, и

2 родного ограждения из буровой камеры ранее пройденной горной выработки бурят опережающие скважины (С) на глубину заходки и размещают в них секции фильтровальных труб (ФТ) и герметизирующие устройства. Затем по периметру буровой камеры (или ствола горной выработки) бурят замораживающие С. В процессе бурения замораживающих С осуществляют поэтапно гидроразрывы в зонах плывуHHblx и водоносных отложений между забоями замораживающих С и секциями ФТ опережающей С. Для перекрытия фронтальной части ледопородного ограждения после достижения проектной глубины замораживающих С через них производят гидроразрыв в зоне намеченного тампонажа и нагнетают тампонирующий материал (ТМ) . Направление и интенсив- Ж ность гидроразрыва и перемещение ТМ регулируют поочередным закрытием и открытием опережающих С или отдельных секций внутри ФТ. Затем устанавливают в С замораживающие колонки, проводят подачу хладагента и создают ледопородное ограждение. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Фе

CR

Ю 3 сО Ч фаза начала бурения замораживающей скважины; на фиг. 3 — то же, и фаза окончания бурения замораживающей скважины; на фиг. 4 — то же, и фаза начала бурения следуюн ей замораживающей скважины; на фиг. 5 — фаза сооружения опережающей и замораживающих скважин в условиях большого прослойка плывунных отложений: на фиг. 6 — вид А на фиг. 5; на фиг. 7 — фаза перекрытия фронтальной части ледопородного ограждения тампонирующим материалом; на фиг. 8 — схема горной выработки, пройденной в условиях большого прослойка плb) вунных отложений.

1507976

Формула изобретения

Способ реализуют следующим образом.

Из буровой камеры 1 ранее пройденной горной выработки 2, размещенной в относительно крепких породах 3 в зоне возведения ледопородного ограждения и содержащей крепление 4, бурят опережающие скважины на глубину заходки 5 (фиг. 1), которые оснащают в зоне плывунных и водоносных отложений 6 секциями фильтрованных труб 7 и герметизирующими устройствами 8 (фиг. 2). Герметизирующие устройства 8 крепят с floMolllüþ кондукторов 9 на устье скважин 5 и соединяют задвижками 10 и трубопроводами с системами нагнетания промывочной жидкости 11, подачи сжатого воздуха 12 и водо-шламоотводом 13.

Затем по периметру буровой камеры 1 (или ствола горной выработки 2) бурят замораживающие скважины 14 (фиг. 2, 3, 4).

В процессе бурения замораживающих скважин 14 осуществляют поэтапно гидроразрывы 15 в зонах 6 плывунных и водоносных отложений между забоями замораживающих скважин 14 и секциями фильтровальных труб 7 опережающей скважины 5, через которые производят сброс напорных подземных вод и части плывунных отложений к устьям опережающих скважин 5. При этом в зоны 15 гидроразрыва и фильтровальные трубы 7 через системьг нагнетания 11 и 12 подают циркуляционный агент: промывочную жидкость, водо-воздушную смесь или сжатый воздух, а также часть раствора, образующегося в ходе бурения как вмещающих пород, так плывунных отложений. Подземные воды, циркуляционный агент и частицы плывуна и шлама отводят через устье опережающей скважины 5 при открытой системе водо-шламоотвода 13.

После снятия напора подземных вод в плывунных отложениях 6 беспрепятственно проходят замораживающей скважиной 14 определенный участок (фиг. 3) пород. При повышении давления подземных вод осуществляют следующий этап гидроразрыва

15, цикл повторяют и таким образом осуществляют бурение замораживающих скважин до расчетной глубины.

Секции фильтровальных труб 7 устья опережающей скважины 5 и систему водошламоотвода 13 периодически чистят с помощью кратковременного подключения системы нагнетания 11 промывочной жидкости или системы 12 сжатого воздуха путем манипуляций задвижками 10.

Аналогичным образом осуществляют бу рение следующей замораживающей скважины (фиг. 4).

В условиях большого прослойка плывунных отложений с внешней стороны проектной зоны формирования ледопородного ограждения 16 на глубину двух-трех заходок горной выработки под углом 0 — 3 к оси заS

40 мораживающих скважин 14 сооружают (по крайней мере одну) опережающую скважину 17 (фиг. 5).

Бурение замораживающих скважин 14 проводят аналогичным образом (фиг. 2, 3, 4).

Для перекрытия фронтальной части ледопородного ограждения 16, после достижения проектной глубины замораживающих скважин 14 (фиг. 5) через них производят гидроразрыв в зоне 18 намеченного тампонажа и нагнетают тампонирующий материал 19 (фиг. 7). При этом направление и интенсивность гидроразрыва и перемещение тампонирующего материала регулируют поочередным закрытием и открытием устья опережающей скважины 5 или отдельных секций внутри фильтровальны труб 7.

Закрытие и открь. скважины 5 достигается с помощью задвижек 1G . " -шлаковой воде 13 (фиг. 4).

Перекрытие и открытие отдельных секций фильтровальных труб 7 проводят с пр мене нием известных средств, например, с помощью вспомогательной колонны труб 20 с пакером 21 (фиг. 5), которые перемещают внутри труб 7. Нагнетание тампонажного материала 19 и чистку замораживающих и опережающих скважин 5, 14 проводят с применением известных приемов, например, методом разделительных плавающих пробок с манжетами (не показано).

Затем в скважины 14 устанавливают замораживающие колонки (не показано), через которые проводят подачу хладагента и создают ледопородное ограждение, затем, под защитой созданного ледопородного ограждения проходят новую горную выработку

22. В период проходки новой горной выработки 22 опережающие скважины 5, 17 закрывают. При проходке и оснастке новой заходки горной выработки 2 с буровой камерой 1 опережающие скважины 17, находящиеся за внешней стороной ледопородного ограждения, включак>т в эксплуатацию (фиг. 7). Указанные скважины могут быть сооружены на глубину двух-трех заходок горных выработок 2 с камерами 1.

1. Способ замораживания горных пород при возведении подзем ного сооружения, включающий бурение замораживающих скважин, осуществление гидроразрыва между скважинами, нагнетание там понирующего материала для создания перекрытия фронтальной части через замораживающие скважины, подачу хладагента и формирование ледопородного ограждения, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности возведения подземного сооружения в условиях больших гидростатических напоров подземных вод и прослоек плывунных отложений, перед бурением замораживающих

1507976

11 10 скважин в зоне возведения ледопородного ограждения бурят опережающие скважины .на глубину заходки, размещают в них секции фильтровальных труб, а гидроразрыв осуществляют поэтапно в процессе бурения за- 5 мораживающих скважин в зонах между забоями замораживающих скважин и секциями фильтровальных труб опережающих скважин, при этом перекрытие фронтальной части ледопородного ограждения проводят после достижения проектной глубины замораживающих скважин.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что дополнительно бурят опережающие скважины с внешней стороны зоны ледопородного ограждения на глубину 2 — 3 заходок.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что направление и интенсивность гидроразрыва и перемещение тампонирующего материала регулируют поочередным закрытием и открытием опережающих скважин или отдельных секций внутри фильтровальных труб.

1507976

8uo/А

Фиг. б

1507976

Составитель 11. Черепенки на втин Техред И. Верес Корректор О. Кравцова

Редактор М. Товтин

Заказ 5466/39

ВНИИПИ Государственного комитета вс изобр генинм и отк

" комбинат «Патент», г. жгород, у..

П оизводственно-издательский