Заморожування гірничих порід

Заморожування гірничих порід. Спосіб полягає в заморожуванні порід навкруг майбутнього ствола, в результаті чого утворюється льодопородний циліндр, що захищає від проникнення води чи пливуна в ствол під час його проходки звичайним способом. Будова ствола включає: буріння свердлвин і їх обладнання, монтаж заморожувальної станції, заморожування порід (утворення льодопородного циліндра), проходку і кріплення ствола, відтаювання порід і демонтаж заморожу вальної станції.

На 2-3 м більше діаметра ствола в проходці по кругу бурять 60-100 свердловин діаметром 200-250 мм, які розташовують по одному чи двох концентричних кругах. Для буріння свердловин використовують установку турбінного буріння УТЗ-2. Відстань між свердловинами приймають біля 1 м.

В свердловини опускають заморожувальні колонки, що складаються з двох поставів труб. Заморожувальні труби діаметром 100-114 мм герметично закриті знизу, а живильні – діаметром 25-50 мм відкриті і до дна заморожувальної труби не доходять на 0.5-1 м. Через заморожувальні колонки насосами прокачують холодоносій (розчин при температурі 25-40⁰С), який охолоджує породи, отримуючи від них тепло, а на заморожувальній станції, віддаючи тепло, охолоджується, і цикл повторюється.

При тривалості 30-40 діб циркуляції розчину навкруг заморожувальних колонок утворюються циліндри із заморожених порід, які в подальшому змикаються в єдине льодопородне огородження. Після цього приступають до виймання гірничих порід відбійними молотками чи БПС з використанням невеликих зарядів ВР. В якості постійного кріплення застосовують монолітний бетон, металеві чи залізобетонні тюбінги.

Після проходки і кріплення ствола на глибину, що перевищує потужність замороженого шару, приступають до відтаювання порід. При цьому температуру порід і розчину підвищують на 1-2⁰С на добу, доводячи її поступово до плюс 20-25⁰С. Закінчивши відтаювання порід, заморожувальну станцію демонтують, вилучають заморожу вальні труби, а свердловини заповнюють пісним бетоном.

При глибокому заляганні водоносних порід і порівняно невеликій їх потужності заморожу вальні свердловини бурять прямо з вибою, а подачу холодоносія до колонок здійснюють по трубах від заморожувальної станції, розташованої на поверхні.

Середні швидкості проходки стволів в замороженій зоні не перевищують 30 м/міс, а вартість проходки в 1.5-1.8 рази вища вартості проходки звичайним способом.

Спосіб заморожування гірничих порід застосовують як в слабких, так і в міцних водоносних породах при будь-якій їх потужності і при будь-якій глибині стволів, коли інші способи неефективні чи застосовувати їх технічно неможливо.

Буріння стволів шахт

Буріння стволів шахт. Буріння стволів шахт проводять за допомогою спеціальних бурових установок, при якому здійснюють безперервне руйнування гірничих порід і видачу їх на поверхню з-за циркуляції глинистого розчину. Після буріння ствола на проектну глибину виконують кріплення металевими чи залізобетонними кільцями. При цьому способі виключається необхідність присутності людей у вибої, що створює реальні умови для підвищення швидкості проходки стволів і продуктивності праці.

Найбільше застосування отримали установки реактивно-турбінного буріння (РТБ), призначені для буріння стволів діаметром до 6.2 м на глибину до 1000 м в породах з міцністю f<12.

Установки РТБ створені на основі розробок вітчизняних вчених і інженерів, їх успішно застосовують в нашій країні, так і за границею.

Після проходки устя ствола і монтажу бурової установки в ствол опускають бурову колону з вибійним агрегатом, що складається з трьох чи чотирьох турбобурів. Для їх обертання з поверхні насосами нагнітають рідину для промивання через трубопровід, вертлюг, квадратну штангу і бурову колону в траверсу (колектор) агрегату. З траверси рідина для промивання поступає в турбобури, де гідравлічна енергія перетворюється в механічну, яка направлена на обертання долота. З-за обертання турбобурів виникає реактивний момент, під дією якого весь агрегат обертається в протилежну сторону від руху вала турбобурів. При недостатньому реактивному моменті обертання агрегату РТБ виконується завдяки ротору з коробкою швидкостей і приводу, розташованому на поверхні.

В якості рідини для промивання використовують глинистий розчин, який перекачують насосами. Промивання вибою здійснюють для виносу зруйнованих частин гірничої породи на поверхню, захисту стінок ствола від обвалення, охолодження породоруйнуючого органу в процесі буріння.

Схема прямого промивання вибою полягає в тому, що з ємності рідину для промивання засмоктують насосом і по трубопроводу через вертлюг і бурову колону нагнітають в бур. Виходячи з буру, рідина для промивання змиває зруйновану породу і піднімається по стволу на поверхню, а потім по жолобах поступає у відстійник, де порода випадає в осадок. Освітлена вода засмоктується насосом і знову подається у вибій.

Після закінчення буріння ствола на проектну глибину приступають до зведення постійного кріплення, тампонування закріпного простору і відкачці зі ствола глинистого розчину.

Технічна швидкість буріння установками реактивно-турбінного буріння складає 40-130 м/міс, а середня змінна продуктивність праці робітника при бурінні 0.6-0.9 м³/чол.

До роторних бурових установок суцільного буріння відносять УЗТМ-8.75, призначені для буріння стволів діаметром до 8.75 м в проходці до глибини 800 м по породах з f<4.

Початку буріння передує проходка устя ствола глибиною 20-30 м і діаметром біля 9 м звичайним способом. Після цього приступають до буріння ствола, яке ведуть в дві-чотири фази. В першу фазу пробурюють свердловину діаметром 3 м на 5-8 м більше проектної глибини ствола. Передову свердловину бурять трьох шарошечним долотом. Обертання бура здійснюється через бурову колону ротором, що знаходиться на денній поверхні. При обертанні бура шарошки руйнують породу, яка видається на поверхню рідиною для промивання (пряма промивка вибою).

Після закінчення буріння передової свердловини приступають до її розширення. Для цього використовують долота-розширювачі 5.75; 7.5 і 8.75 м, застосовують зворотну промивку вибою, при якій глинистий розчин поступає до вибою по стволу, а видається на поверхню ерліфтом по буровій колоні. Очищений глинистий розчин назад направляється в ствол. Середня швидкість проходки ствола установкою УЗАМ складає біля 40 м/міс.

Після цього як ствол буде пробурений на заданий діаметр і проектну глибину, буровий інструмент піднімають на поверхню і приступають до зведення постійного кріплення. Середня швидкість кріплення ствола з врахуванням підготовчих робіт і тампонування порід складає 2-8 м/добу.