^ ременные указания

по укреплению обводненных песков химическим способом при проходке

вертикальных стволов шахт

МИНИСТЕРСТВО ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СССР ГЛАВРУДА

Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу ВИОГЕМ

ВРЕМЕННЫЕ УКАЗАНИЯ

ПО УКРЕПЛЕНИЮ ОБВОДНЕННЫХ ПЕСКОВ ХИМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ ПРИ ПРОХОДКЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ

Белгород

1974

б)    отбор проб в зоне залегания песков производить по-интервально с шагом, обеспечивающим выделение прослойков с различными физико-механическими и фильтрационными характеристиками;

в)    проведение геофизических исследований для оценки электрометрической и акустической характеристики с целью получения пористости, скорости фильтрации, глинистости (эти характеристики определяются методами электрометрии и акустического каротажа).

Состав и содержание проектов

2.10.    Состав и содержание технического, рабочего и техно-рабочего проектов должны определяться в соответствии с действующими нормами проектирования( СН 202-69) с учётом специфических особенностей, присущих способу смолизации.

2.11.    Состав и содержание проекта производства работ определяются в соответствии с СН 47-67.

Определение основных параметров закрепленного массива (ограждения)

2.12.    Минимально необходимая толщина ограждения определяется по формуле

“>

где р - внешнее давление на ограждение, т/м^ ;

- высота обнажения стенок ствола (расстояние от забоя до крепи), м;

[7']- расчётное сопротивление сдвигу закрепленных песков, т/м^ .

2.13.    Для расчёта прочности необходимо принимать среднее интегральное значение расчётного сопротивления сдвигу.

2.14.    Радиус распространения закрепляющего раствора вокруг одиночной инъекционной скважины определяется

где Rp - радиус распространения закрепляющего раствора;

R₃ - радиус закрепления песка.

Значения коэффициентов закрепления приведены в приложении 2.

2.16.    Если радиус закрепления Qg получится равным 0,7-2,0 требуемой толщины ограждения, то можно принимать однорядное расположение скважин. В противном случае нужно либо изменять высоту обнажения h с целью изменения толщины ограждения, либо принимать многорядное расположение инъекционных скважин.

2.17.    Диаметр окружности расположения инъекционных скважин при однорядном варианте определяется по формуле

А-£_пр ^{+ 2р}з ^м-

где Dnp - диаметр ствола в проходке, м.

При двухрядном расположении для второго ряда скважин

D_g*Dnp+ 2-(Rs^CX) ^м»    (5)

где а - толщина массива закрепленного песка в месте примыкания смолопородных тел смежных скважин, м.

2.18.    Толщина массива закрепленного песка а при однорядном расположении инъекционных скважин принимается равной или больше расчётной толщины ограждения Е:

2.19. Расстояние между инъекционными скважинами определяется по формуле

L ^m\j 3,39-#3 -Ot*' - 0,02 6- Н.

где 8 - нормативное отклонение инъекционных скваж и н от заданного направления в процентах от глубины скважин (принимается равным 1%);

Н - глубина инъекционных скважин, м.

2.20.    Количество инъекционных скважин определяет с я по формулам:

при однородном расположении скважин или для первого ряда при многорядном расположении

; «.)

для второго ряда

=*    ■    do)

2.21.    Если количество скважин, определенное по формулам (9) и (10), получается дробным, результаты необходимо округлить до ближайшего большего целого числа.

2.22.    Закрепление горной породы по глубине одним инъ-ектором производится отдельными "заходками" сверху вниз.

Длина заходки h ₃ оказывает существенное алия ни е на качество закрепления, поэтому /l₅ не должна превышать 1 м.

В общем случае

h₃- 1,5 ftз    (11)

но не более 1 м.

2.23.    Следует принимать рассогласованное расположение заходок в смежных скважинах, т.е. со смешением по вертикали заходок в смежных скважинах на величину, равную половине рабочей части инъектора.

2.24.    Объемы закрепленного песка по заходкам в первом ряду скважины определяются по формулам:

а) в первой скважине:

- первая заходка:

13

- вторая и последующие ЗЪходки:

(12)

-    последняя заходка;

^З(п) -^ $3' (h_d-Q5 R$) ;    (14)

б) в примыкающей скважине:

-    первая заходка:

Vm=(h+05 R₃){*R’-(3a(R₃--!r)] ;    (is)

-    вторая и последующие заходки:

V₃₍2) = ht» R³3~l3a-(R₃~^-)];    (ie)

-    последняя заходка;

Vm = (h -0.5 R₃) fxRj -13 a (R₃ - if)];    (17)

в) в замыкающей скважине - по формулам (18), (1У)и (20) соответственно (см, ниже).

2.25. Объем закрепленного песка по заходкам во втором ряду скважин определяется по формулам:

а)    в первой скважине - по формулам (15), (16) и (17) соответственно;

б)    в примыкающих скважинах:

- первая заходка;

ч

(18)

- вторая и последующие заходки:

Vw.h[rRr2f a.(R3-^)] ; (19) - последняя заходка: \/mHh-05-Ra){T-R!3-2- (20) в) в замыкающей скважине: - первая заходка: V3(t)‘(h+Q5R3)[xR%~ 4a(R$- j-) ; (21) - вторая и последующие заходки: %3)~h[b R3~ 4a (R3- jf)] i (22) - последняя заходка; Vm • (h-05 R)[tR33-4 a (R3-- L-)] (23)

2.26. Количество инъектируемого раствора в каждую заходку определяется по формуле

1/п

= Уз (I)

пт

к²

^кз

(24)

где

Ухо

п

т

К₃

объем закрепленного песка каждой заходки, определенный по формулам (12)4-(23); пористость закрепляемого песка; коэффициент заполнения пор раствором

( m -0,0);

коэффициент закрепления.

2.27. Общее потребное количество раствора для закрепления песков определяется по формуле

15

УДК 622:624.138

В "Указаниях' приводятся сведения о применении смолизации при проходке горных выработок, необходимых исходных данных для установления возможности применения смолизации и ведения проектных работ. Даются рекомендации по выбору закрепляющих растворов на основе моче-вино-формальдегидных смол, серийно ив широких масштабах выпускающихся промышленностью. Приводятся сведения по определению основных параметров расчета процесса закрепления (радиус, давление нагнетания, расход растворов и т.п.). Характеризуется технология производства работ, указываются основные положения по технике безопасности.

"Временные указания" рассчитаны на инженерно-технических и научных работников, зани -мающихся специальными способами проходки горных выработок.

(@) Всесоюзны* иаунно-мсследоаательскмй ■ проект но-к о метр у к то рек** *■-статут по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологам в маркшейдерскому делу ( ВИОГЕМ), 1074г.

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы проведение горных выработок вс в более тесно связано с применением специальных способов. Например, замораживание применялось при проходке стволов подземного Соколовского рудника и Белозерского месторождения. Большинство стволов на Михайловском месторождении пройдено также с замораживанием. Цементация применяется при проходке стволов в трещиноватых породах в Кривбассе, на Кольском полуострове, на Урале, Алтае, в Казахстане и т.д. Однако эти способы не везде и не всегда экономически выгодны и технически целесообразны. Им присуши органические недостатки, затрудняю -шие или препятствующие применению в определенных условиях. В связи с этим появилась настоятельная необходимость разработки и внедрения нового специального способа. Таким является смолизация, возникшая на базе исследований и внедрения еб для увеличения несущей способности оснований строящихся и существующих сооружений.

Работы ИГД им.Скочинского, НИИоснований и других организаций, многолетние исследования и разработки,промышленное опробование и внедрение в производство, осуществленные институтом ВИОГЕМ, позволили поставить смолизацию в ряд существующих специальных способов проходки горных выработок в сложных гидрогеологи ч е с-ких и горнотехнических условиях. Смолизация существенно расширяет арсенал специальных способов проходки, позволяет в определенных условиях наиболее эффективно проходить выработки.

Широкое промышленное применение смолизации нив коем случае не отвергает значимость и актуальность существующих способов, особенно наиболее универсального из них - замораживания. Возможность и необходимость применения смолизации в каждом конкретном случае должна обосновываться сравнительными расчетами, отражающими техническую и экономическую сторону применения спецспособа.

Существующие нормативные документы - СНиП Ш-Б.5--82 (стабилизация и искусственное закрепление грунтов),

3

'Указания по смолизации песчаных грунтов', выпущенные институтом НИИоснований в 1963 г., недостаточно полно освещают изыскательские, проектные и технологические работы, необходимые для применения смолизации при проходке горных выработок в сложных горногеологичес к и х условиях. Практически не существует единого руководящего материала, позволяющего проектной или производственной организации использовать омолизацию в качестве спец-способа при проходке горных выработок. До сих пор требовалось обязательное участие научной организации в определении возможности, составлении проекта и осуществлении на практике способа смолизации.

Целью настоящей работы является разработка'Временных указаний', аккумулирующих накопленный опыт теоретических, экспериментальных и натурных исследований, а также внедрения в промышленность способа смолизации при проходке вертикальных стволов шахт. В задачу авторов входило дать проектировщикам и производственникам нормативный документ, содержащий максимум сведений по изысканиям, проектным, исследовательским разработкам, а также по производству работ, технике безопасности и т.д. При составлении 'Временных указаний' был учтен опыт работ ВИОГЕМ на Басанском, Михайловском и Соколовском карьерах, на шахте 4-7 Марганецкого ГОКа, при проходке стволов в г.Харькове, на Ингулецком ГОКе и в Первомайском рудоуправлении СевГОКа.

Настоящая редакция 'Временных указаний' не претендует на законченность и полноту. Все замечания и дополнения, направленные на улучшение 'Указаний', будут приняты авторами и учтены в дальнейшей работе.

'Временные указания' составлены канд.техн.наук Ла-ухиным Ю.А. при участии научных сотрудников канд.техн. наук Дубровина В.С., Фатеева Н.Т., Осауленко В.Т. и сотрудников горного отдела проектной части института ВИОГЕМ канд.техн.наук Крастошевского Г.М. и Тулуза-кова В.В.

Проект 'Временных указаний' одобрен секцией по специальным горным работам и маркшейдерскому делу научно-технического совета ВИОГЕМ (протокол Jsfe 15от22 декабря 1972 г.).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Назначение временных указаний

1.1.    Временные указания предназначаются для применения при проектировании и производстве работ по предварительному укреплению обводненных песков химическим способом (смолизации) при проходке вертикальных шахтных стволов.

1.2.    Временные указания не распространяются на производство работ по последующему химическому укреплению обводненных песков за крепью пройденных стволов с целью водоизоляции и повышения несущей способности крепи, а также на предварительное укрепление песков при проходке наклонных и горизонтальных выработок.

1.3.    В случае, если конкретные горногеологические условия вызывают изменение требований настоящих временных указаний, то эти изменения должны обосновываться в проекте.

Область применения смолизации

1.4.    Смолизация применяется, как правило, в песках с коэффициентом фильтрации от 0,4 до 8 м/сутки при содержании глинистых фракций до 4% и карбонатности не более 4% по весу.

В случае содержания в песках карбонатов более 4% производится предварительная обработка 2%-ным раствором щавелевой кислоты.

Предварительная обработка раствором соляной кислоты производится согласно пункту 2.2. СНиП Ш-Б.5-62.

1.5.    Гидростатический напор на закрепленный массив не должен превышать 30 м водяного столба.

1.8. Производство работ по смолизации осуществляется при температуре наружного воздуха от -*40 до -20°С и температуре пород, подлежащих закреплению, не ниже 0°С.

1.7. Окончательное решение о применении смолизации

5

принимается после обязательной опытной проверки пород на закрепление в лабораторных и натурных условиях.

Способ смолизации

1.8.    Сущность способа смолизации состоит в предварительном нагнетании водного раствора карбамидной смолы с отвердителем в поровое пространство обводненного песка. После превращения раствора смолы в полимер образуется прочный водонепроницаемый материал*

1.8.    Надлежит применять основные способы предварительной смолизации при проходке вертикальных стволов шахт:

а)    с земной поверхности;

б)    из забоя ствола.

1.10.    Предварительную смолизацию с земной поверхности применяют, когда водоносные пески залегают от поверхности на глубине не более 30 м. Смолизация с поверхности выполняется в подготовительный период с тем, чтобы проходка ствола велась без перерывов на производство работ по смолизации.

1.11.    Предварительную смолизацию из забоя шахтного ствола применяют, когда водоносные пески залегают на глубине более 30 м от поверхности земли, или когда смолизацию с поверхности применить невозможно.

1.12.    Выбор того или иного способа смолизации производится на основании технико-экономического сравнения различных вариантов.

Технические требования, предъявляемые к смолизации

1.13.    Целью смолизации является получение прочного и водонепроницаемого контура или массива из укреплённых песков, позволяющего проходку горной выработки выполнять с притоками воды, не превышающими нормы,установленной СНиП Ш-Б.9-69.

1.14.    Закрепленный массив (ограждение) должен обла-

дать достаточной прочностью, способной противостоять во время проходки ствола горному и гидростатическому давлению.

1.15. Ограждение должно быть сплошным, не иметь "окон" и участков с толщиной меньше проектной.

2. ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ

Стадии проектирования

2.1.    Проектирование предварительной смолизации обводненных песков при проходке вертикальных стволов шахт может иметь следующие стадии:

а)    технический проект;

б)    рабочие чертежи:

в)    техно-рабочий проект;

г)    проект производства работ.

2.2.    Технический проект предварительной смолизации является составной частью общего проекта строительства (реконструкции) горного предприятия, разрабатыва ет с я одновременно с ним, рассматривается и утверждает с я в установленном порядке в составе общего проекта.

2.3.    Рабочие чертежи разрабатываются на основании утвержденного технического проекта.

2.4.    Техно-рабочий проект может разрабатываться в случае проектирования горного предприятия в одну стадию или в том случае, когда в силу обстоэтгельств реше н и е о применении смолизации было принято на стадии рабочего проектирования.

2.5.    Проект производства работ составляется строительно-монтажной (проходческой) организацией, выполняющей работы по смолизации на основании технического проекта и рабочих чертежей, либо на основании техно-рабочего проекта. Проект производства работ в необходимых

случаях может составляться проектной организацией по заказу строительной организации.

Исходные данные для проектирбвания

2.6. Для разработки технического проекта предвари -тельной смолизации обводненных песков необходимо иметь следующие исходные данные:

а) техническую характеристику вертикального ствола (диаметр в свету и проходке, вид и конструкция крепи и т.п.);

8

б)    способ разработки забоя и возведения крепи в стволе (постоянной и временной);

в)    данные об оборудовании подъема, водоотлива, вентиляции, водоснабжения и снабжения сжатым воздухом;

г)    геологическую «солонку по стволу с указанием уровней воды по каждому водоносному горизонту;

д)    гранулометрический состав закрепляемых песков;

е)    сведения о пористости, коэффициенте фильтрации в природных условиях и карбонатностч песков;

ж)    сведения о скорости фильтрационного потока подземных вод и их химическом составе;

з)    результаты опытного закрепления песков в лабораторных условиях, устанавливающие техническую возможность применения способа смолизации и основные физикомеханические свойства закрепленных песков.

2.7.    Для составления рабочих чертежей или техно-р а -бочего проекта предварительной смолизации обводненных песков необходимо иметь дополнительно к материалам, перечисленным в п.2.6:

а)    результаты опытного закрепления песков в натурных условиях;

б)    результаты дополнительных инженерно-геологич е с-ких изысканий, детально уточняющих данные, указанные в п.2.6, (г, д, е, ж);

в)    необходимые рабочие чертежи ствола, отражающие изменения по сравнению с техническим проектом.

2.8.    При составлении проекта производства работ строительно-монтажной организацией необходимо иметь технический проект и рабочие чертежи, либо техно-рабочий проект. При составлении проекта производства работ проектной организацией дополнительно нужно иметь исходные данные, перечисленные в п.1.21 СН 47-67.

2.9.    Для повышения достоверности исходных данных о свойствах песков, подлежащих закреплению, при выполнении изыскательских работ рекомендуется:

а) бурение изыскательских скважин производить спо -собами, исключающими кольматацию (загрязнение промывочной жидкостью или шламом) исследуемой зоны песков;