011909 - 1 - Изобретение относится к шахтному и подземному

011909
Изобретение относится к шахтному и подземному строительству, в частности к способам сооружения вертикальных шахтных стволов, и может быть использовано при проходке шахтных стволов большой глубины в сложных гидрогеологических условиях.
Известен способ, по которому сооружение вертикальных шахтных стволов включает разрушение и
уборку породы на величину заходки, установку передвижной опалубки, подачу бетонной смеси в запалубочное пространство, выдержку бетонной смеси до её затвердения, отрыв опалубки от бетона и её перемещение на следующую заходку [1].
Недостатком аналога является невозможность его осуществления в сложных гидрогеологических
условиях.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является выбранный в качестве прототипа способ, который включает в себя возведение водонепроницаемого целика в виде искусственного замороженного массива горных пород путем бурения скважин, монтажа в них труб замораживающего контура, пропуска по трубам хладагента от охлаждающего контура и формирование, таким образом, льдопородного целика [2].
Недостатками прототипа являются существенные капитальные затраты при формировании льдопородного целика на всю глубину проходки глубокого шахтного ствола и значительная длительность осуществления данного способа.
Задачей изобретения является снижение стоимости и уменьшение времени проходки глубокого
шахтного ствола в сложных геологических условиях.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе сооружения вертикального шахтного
ствола, включающем возведение водонепроницаемого целика в виде искусственного замороженного
массива горных пород путем бурения скважин, монтажа в них труб замораживающего контура, пропуска
по трубам хладагента, для снижения стоимости и уменьшения времени проходки шахтного ствола, формирование льдопородного целика осуществляют только при прохождении глубоких водовмещающих и
водообильных породных горизонтов, при этом проходку вертикального шахтного ствола начинают одновременно с бурением гидрогеологических скважин, которые проходят на расчетном расстоянии от оси
ствола (количество, глубина и дебит скважин также определяют расчетом в зависимости от количества,
глубины, мощности и обводненности водоносных горизонтов), и бурением системы замораживающих
скважин, расположенных равномерно по периметру шахтного ствола, расстояние между замораживающими скважинами и их количество определяют расчетом в зависимости от мощности и свойств пород
глубоких водоносных горизонтов, проходку шахтного ствола, его крепление и гидроизоляцию в районе
близко залегающих к поверхности водоносных горизонтов осуществляют после поочередного осушения
каждого из них, а проходку, крепление и гидроизоляцию ствола в районе глубоко залегающих водоносных горизонтов ведут после создания льдопородного целика (ограждения) на участке проходки этих горизонтов, после завершения комплекса проходческих работ в районе близко залегающих к поверхности
водоносных горизонтов их осушение гидрогеологическими скважинами прекращают, а после завершения комплекса проходческих работ на участке льдопородного целика целик размораживают.
Рабочие характеристики гидрогеологических и замораживающих скважин определяют по известным методикам, например [3], [4].
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
На фиг. 1 показан условный геологический разрез участка территории, где осуществляется проходка глубокого шахтного ствола в сложных гидрогеологических условиях. На фиг. 2 - расположение ствола
и скважин в плане.
При прохождении шахтного ствола 1 одновременно на расчетном расстоянии 2 от оси шахтного
ствола бурят гидрогеологические скважины 3, количество, глубина и дебит которых рассчитывается в
зависимости от количества глубины, мощности и обводненности водоносных горизонтов 4, 5. Одновременно на расчетном расстоянии 7 от оси шахтного ствола бурят замораживающие скважины 6, расположенные равномерно по периметру шахтного ствола 1, количество которых рассчитывают в зависимости
от мощности и свойств пород обводненного горизонта 8. При проходке шахтного ствола 1 до кровли
первого от поверхности водоносного горизонта 4 производят непрерывную откачку воды из скважин 3,
понижая уровень 9 грунтовых вод и, в конечном счете, обезвоживая участок водоносного горизонта 4,
ограниченный в плане скважинами 3. Осушенный участок проходят с креплением и гидроизоляцией
шахтным стволом, после чего откачку воды из скважин 3 прекращают. Если расчеты показали, что водоприток в шахтный ствол при прохождении слоев 4 и 5 будет небольшим, то проходку шахтного ствола
осуществляют с применением местного водоотлива (без бурения гидрогеологических скважин 3). При
проходке шахтным стволом 1 каждого последующего близкого от поверхности водоносного горизонта,
например 5, перечисленные выше операции повторяют. При приближении забоя шахтного ствола 1 к
кровле глубоко залегающего и с большой водообильностью водоносного горизонта 8, через замораживающие колонки 10, опущенные в систему замораживающих скважин 6, пробуренных до расчетной глубины 11, прокачивают хладоноситель с температурой от -20 до -45°С. При постоянной циркуляции хладоносителя в замораживающих колонках 10 вода водоносного горизонта 8 на участке вокруг замораживающих скважин 6 замерзает, образуя льдопородные цилиндры, которые, при дальнейшем охлаждении
-1-
011909
разрастаются и смыкаются в единый льдопородный целик 12, выполняющий роль временного водонепроницаемого ограждения. После достижения льдопородным целиком проектных размеров внутри цилиндрического ограждения производят горнопроходческие работы.
Льдопородный целик 12 поддерживают в замороженном состоянии до окончания проходческих работ с креплением и гидроизоляцией шахтного ствола на этом участке, после чего его ликвидируют (размораживают). При приближении забоя шахтного ствола 1 к кровле следующего глубоко залегающего и с
большой водообильностью водоносного горизонта перечисленные операции по формированию льдопородного целика, проходке замороженного участка шахтным стволом и ликвидации льдопородного целика повторяют.
Совокупность признаков заявленного изобретения может быть многократно использована при сооружении глубоких шахтных стволов, например на Гремячинском месторождении калийных солей (Россия, Волгоградская область) с получением технического результата, заключающегося в снижении стоимости и уменьшения времени проходки глубокого шахтного ствола в сложных гидрогеологических условиях.
Источники информации
1. Патент РФ № 2055207, МПК Е21D 5/04, опубл. 1996.02.27.
2. Патент РФ №2151292, МПК Е21С 41/16, опубл. 2000.06.09.
3. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики, М,: «Недра», 1974, с. 103-123.
4. Смычник А.Д., Усенко B.C., Щербаков Г.А. Пособие по инженерным расчетам в горном деле
(Инженерная геомеханика), Мн,: Майнио, 2007, с. 152-170.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ сооружения вертикального шахтного ствола, включающий возведение водонепроницаемого
целика в виде искусственного замороженного массива горных пород путем бурения скважин, монтажа в
них труб замораживающего контура для пропуска по трубам хладагента, отличающийся тем, что проходку вертикального шахтного ствола начинают одновременно с бурением на расчетном расстоянии от
оси ствола гидрогеологических скважин, количество, глубину и дебит которых рассчитывают в зависимости от глубины, мощности и обводненности водоносных горизонтов, и бурением системы замораживающих скважин, расположенных равномерно по периметру шахтного ствола на расчетном расстоянии
от его оси, количество которых рассчитывают в зависимости от мощности и свойств пород глубоких водоносных горизонтов, проходку близко залегающих к поверхности водоносных горизонтов шахтным
стволом с креплением и гидроизоляцией осуществляют после поочередного осушения каждого из них, а
формирование льдопородного целика осуществляют только при проходке шахтным стволом с креплением и гидроизоляцией глубоких водообильных водоносных горизонтов, после завершения комплекса проходческих работ, в районе близко залегающих к поверхности водоносных горизонтов их осушение гидрогеологическими скважинами прекращают, а после завершения комплекса проходческих работ на участке льдопородного целика последний размораживают.
-2-
011909
Фиг. 1
Фиг. 2
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-3-