книги из ГПНТБ / Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки

Насос через трубу, заделанную в перемычку, забирал воду, поступающую из старых заброшенных выработок по водоспускной скважине, и выдавал ее на поверхность в протекающий неподалеку от скважины ручей (рис. 49).

5 6

Рис. 49. Схема спуска воды по скважине из затопленных выработок шахты «Изабелла» (США) н откачки ее на поверхность:

пешно применяют способ закрытия притоков воды с помощью соору­ жения водонепроницаемых (тампонажных) перемычек и тампониро­ вания под их прикрытием водоносных горных пород.

Применение этого способа наиболее целесообразно в случаях уве­ личения притоков воды при дальнейшей проходке горных выработок, в которые произошли прорывы, отсутствии на шахтах водоотливных установок достаточной мощности для обеспечения откачки повышен­ ных притоков воды и невозможности их быстрого наращивания, а также необходимости тампонирования при дальнейшей проходке горных выработок.

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки этим способом в первую очередь принимают необходимые меры пообеспечению безопасности работ. Одновременно производят заго­ товку необходимых материалов и их доставку к месту сооружения тампонажной перемычки, которую устраивают вблизи от места прорыва воды. До начала сооружения перемычки производят улавли­ вание и отвод поступающей из прорыва воды с помощью одной или двух труб. При устройстве дренажа необходимо обеспечивать наибо­ лее полное улавливание поступающего из прорыва притока воды и направление его за пределы сооружаемой перемычки.

По окончании дренажного устройства производят сооружение тапонажной перемычки аналогично сооружению водонепроницаемых перемычек.

При сооружении тампонажных перемычек в них кроме дренаж­ ных труб заделывают в необходимом числе кондукторы для последу­ ющего бурения тампонажных скважин и нагнетания тампонажного раствора.

По окончании сооружения тампонажной перемычки дается на ее твердение и приобретение необходимой прочности бетона от 1 до 3 суток, и далее производят ее загружение гидростатическим давле­ нием подземных вод, для чего дренажные трубы перекрывают кра­ нами или заглушками. За первоначальным загружением тампонаж­ ных перемычек организуется наблюдение, которое ведется за повы­ шением давления на манометре и состоянием перемычки. В случае, если при достижении максимального гидростатического давления воды на манометре фильтрация воды через перемычку и между нею и горными породами отсутствует или незначительна, то можно пере­ ходить к последующим работам по ликвидации прорыва воды. Если фильтрация воды через перемычку значительна и имеет тенденцию к дальнейшему увеличению, то перемычку следует разгрузить откры­ тием задвижек на дренажных трубах и после разгрузки произвести ее уплотнение тампонированием или силикитизацией, после оконча­ ния которых вторично произвести ее загружение.

В случае, если при первоначальном загружении перемычка начинает издавать треск, что свидетельствует о ее недостаточной проч­ ности, загружение следует прекратить, дать дополнительно на твер­ дение бетона перемычки 2—3 суток и после этого произвести повтор­ ное ее загружение. По окончании загружения тампонажной перемычки и перекрытия с ее помощью притока воды из прорыва присту­ пают под ее прикрытием к тампонированию крупных водоносных трещин, тектонических нарушений или трещиноватых водоносных

горных пород, из которых произошел прорыв воды в горную выра­ ботку.

Работы по тампонированию (цементации) в местах внезапных прорывов воды ведут в следующей последовательности:

устанавливают на инъекционных трубках, заделанных в пере­ мычку, арматуру для бурения тампонажных скважин — трехходо­ вых кранов с сальниками;

бурят через армированные инъекционные трубки (кондуктора) тампонажные скважины;

снимают по окончании бурения с инъекционных трубок сальники и устанавливают вместо них цементировочные головки;

промывают пробуренные тампонажные скважины водой до выхода из них чистой осветленной воды и измеряют удельное водопоглощение;

нагнетают в скважины тампонажный раствор до прекращения его поглощения при максимальном проектном давлении или после

тампонажный раствор при удельном поглощении более 0,05 л/мин; вторично подвергают выстаиванию тампонажный раствор после

нагнетания в разбуренные скважины; проводят контрольное разбуривание и контрольное бурение новых

контрольных скважин в забое; разбирают тампонажные перемычки и далее проходят горные

выработки по затампонированным горным породам с бурением пере­ довых скважин и применением в случае необходимости тампониро­ вания горных пород.

2. Бурение тампонажных скважин из горных выработок

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки с помощью тампонирования бурение тампонажных скважин и нагне­ тание в них тампонажного раствора производят через инъекционные трубки (кондукторы), которые предварительно заделывают в пере­ мычки при их сооружении, или в специально пробуренные скважины в породных целиках.

Для того чтобы исключить возможность вырывания инъекцион­ ных трубок, необходимо наряду с их весьма тщательной заделкой в горные породы или бетонные перемычки определять расчетом необ­ ходимую (безопасную) глубину их заделки.

Расчет глубины заделки инъекционных грубок в горные породы или подземные водонепроницаемые перемычки производят на макси­ мальное давление тампонажного раствора Рт и на возможный внезап-

ный гидравлический удар подземных вод Рг из водоносных трещин горных пород, пересеченных скважинами при их бурении.

нуться в сторону, противоположную нагнетанию тампонажного раствора. Этому сдвижению будет сопротивляться сила сцепления

Рис. 50. Инъекционная трубка с арматурой:

инъекционная трубка; 2 — запорные краны; 3 — манометр; 4 — горные породы; 5 — цементный раствор

откуда

(VII.4)

4"ЇТС

Глубина заделки инъекционных трубок при гидравлических уда­ рах подземных вод определяется аналогично водоспускным трубкам по формуле (VI . 19)

7» ЯРГЙО

'2пгхс '

где р Г — гидростатическое давление подземных вод в месте заделки инъекционных трубок, кгс/см2 .

Полная длина инъекционной трубки

l = l t + c,

где с — длина отрезка инъекционной трубки, выступающей за пере­ мычку;

2 т т с

По формулам (VII.5) и (VI.20) следует определить длину инъек­ ционных трубок, окончательно принимая наибольшую из получен­ ных величин.

При ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки шахт из отдельных крупных водоносных трещин, карстовых полостей и тектонических нарушений с помощью тампонирования бурение тампонажных скважин производят направленно, с расчетом обяза­ тельного пересечения ими этих трещин, полостей и нарушений. При ликвидации внезапных прорывов воды из трещиноватых водо­ носных горных пород бурение тампонажных скважин должно произ­ водиться с расчетом пересечения ими возможно большего числа водо­ носных трещин. При параллельной или наклонной трещиноватости водоносных пород по отношению к оси выработки бурят наклонные тампонажные скважины, при этом, однако, с такими углами наклона, при которых обеспечивается сохранение крайнего положения забоя скважин в пределах внешнего контура тампонажной зоны. Направле­ ние тампонажных скважин в зависимости от трещиноватости горных пород показано на рис. 51. Число тампонажных скважин при ликви­ дации внезапных прорывов воды из отдельных крупных трещин и тек­ тонических нарушений, включая и контрольные скважины, колеб­ лется от 2 до 5.

При ликвидации внезапных прорывов воды из трещиноватых водо­ носных горных пород, а также из крупных водоносных трещин и тек­ тонических нарушений, когда требуется также и тампонирование горных пород, число тампонажных скважин в зависимости от степени трещиноватости горных пород, гидростатического давления и прито­ ков подземных вод, сечения горных выработок, проникающей спо­ собности, концентрации и давления тампонажного раствора и других факторов колеблется в довольно значительных пределах — 6—

16 скважин на заходку. Ориентировочно число тампонажных сква­ жин на заходку может быть определено по формуле

максимальный угол наклона их к оси выработок не должен превы­ шать угла наклона, определенного по формуле (рис. 53)

Втолщина тампонажной перемычки или целика, м; необходимый проектный диаметр тампонажной зоны, м, определяется по формуле ( V I I . 15);

расстояние от оси выработки до устья скважины, м;

обеспечивающие лучшее качество тампонажных работ, а также наи­ большую прочность и однородность тампонажного камня. В некоторых случаях при прорывах подземных вод из крупных трещин и карсто­ вых полостей могут также применяться цементно-песчаные растворы.

Выбор цементов для тампонажных работ при ликвидации внезап­ ных прорывов производят с учетом трещиноватости тампонируемых водоносных скальных горных пород, давления воды и тампонажного раствора, а также степени агрессивности подземных вод.

При первичном нагнетании и крупной трещиноватости горных пород О 5 мм) следует применять цементы грубого помола низко­ марочные марки 300. При вторичном нагнетании в этих же породах после разбуривания скважин следует применять чистые цементные растворы на цементах марки 400.

При первичном нагнетании и средней трещиноватости горных пород (0,5—3 мм) следует применять цементы марки 400 и при вто­ ричном нагнетании цементы марки 500.

При мелкой трещиноватости горных пород ( < 0,5 мм) следует применять как при первичном, так и при вторичных нагнетаниях чистые цементные растворы на высокомарочных цементах марки 500

и600.

Вслучаях очень мелкой трещиноватости и пористости горных пород следует применять высокомарочные цементы марки 600 и хими­ ческие реагенты.

При тампонировании трещиноватых водоносных горных пород с высокими скоростями движения потоков подземных вод для ускоре­ ния твердения цементных растворов необходимо добавлять к ним хлористый кальций в размере до 3% от веса цемента или применять для приготовления растворов быстротвердеющие цементы.

В зависимости от максимального давления тампонажного рас­ твора может быть рекомендовано применение следующих марок цемента:

В зависимости от степени агрессивности подземных вод для про­ изводства работ по тампонированию при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки могут применяться следующие виды цементов:

портландцементы — только при пресных и слабоминерализован­ ных водах со степенью минерализации, не превышающей допустимых норм агрессивности воды — среды;

шлакопортландцементы и пуццолановые портландцементы — при минерализованных водах с учетом норм агрессивности воды — среды и ее температуре не ниже 10° С;