22.3. Проведение выработок
с предварительным тампонированием и замораживанием пород
Замораживание пород при проведение выработок
Замораживание пород производят с помощью
холодильных установок. Наибольшее распространение получили аммиачные
холодильные установки, у которых хладагентом является аммиак. У
передвижных станций типа ПХС-100 хладагентом является фреон. Получение
холода на замораживающей станции основано на испарении хладагента,
которое осуществляется в испарителе. Вокруг испарителя постоянно
циркулирует хладоноситель — водный раствор хлористого кальция, который
охлаждается. В свою очередь, хладоноситель циркулируя в замораживающих
колонках (установленных в скважинах), участвует в теплообмене с горными
породами.
Работа замораживающей станции в одноступенчатом цикле сжатия позволяет
понизить температуру хладоносителя до —30 °С.
Скважины для замораживающих колонн располагают по окружности выработки
или по дуге для образования ледогрун-тового свода. Бурение скважин
производят из расширенной части горизонтальной выработки буровыми
станками типов БА-100М или НКР-100м. Иногда замораживающие колонки
вдавливают в рыхлую породу с помощью гидравлических домкратов. Длина
участка замораживания не превышает 50 м, так как на большей длине при
бурении станками подземного бурения не удается избежать отклонения
скважины от заданного направления. Скважины задают параллельно оси
выработки (если она наклонная) или под углом 2—3° к ее оси. Общая длина
скважины определяется длиной зоны водоносных пород, толщиной бетонной
подушки (до 2 м), мощностью оставленного породного целика за бетонной
подушкой и величиной заглубления скважины в коренные породы (до 2,5—3
м). Если зона водоносных пород имеет значительную длину, то выработку
проходят в несколько заходок (этапов).. Если бурение скважин ведется
колонковым перфоратором ПК-75, то длину скважины принимают около 15 м
при длине заходки 11—12 м.
В случае применения буровых станков, перед началом каждой заходки в
выработке сооружают буровую камеру. Обычно она имеет круглую форму
сечения, высота ее на 2—2,5 м больше высоты выработки в свету, длина
3—3,5 м. Камера имеет смещение по продольной оси от центральной части
выработки вниз на 0,3—0,5 м. Скважины располагают в один ряд, если
проектируемая толщина ледогрунтового цилиндра не превышает
2 м, и в два ряда, если эта толщина должна быть больше. Расстояние между
точками заложения скважин при однорядном их расположении принимают
0,6—0,8 м, а при двухрядном — 0,8—
1 м (для внутренней окружности). Кроме основных, предусматривают
контрольные скважины (до 25% от общего числа) для измерения температуры
и гидронаблюдений.
После окончания бурения скважину оснащают
замораживающей колонкой и подключают к холодильной установке.
Замораживающая колонка представляет собой трубу с герметически закрытым
и заостренным нижним концом. В этой трубе располагают трубу меньшего
диаметра, которую называют питающей. Нижний конец питающей трубы не
доходит до основания замораживающей колонки на 0,3—0,4 м. В верхней
части замораживающую колонку снабжают головкой, через которую пропускают
две трубы малого диаметра. Через одну трубу подают рассол (хладоноситель)
в питающую трубу, а другую подсоединяют к коллектору (общей трубе для
всех колонок). Хладоноситель с низкой температурой от замораживающей
станции по рассолопроводу подают по питающей трубе в нижнюю часть
колонки, из которой он поднимается вверх по трубе большого диаметра и
отнимает тепло от пород. Отработанный рассол попадает в коллектор и по
рассолопроводу снова направляется на замораживающую станцию.
Замораживание ведут в два периода. После периода активного замораживания
приступают к проведению выработки обычным способом. В период проходки
выработки работа холодильной установки по поддержанию ледогрунтового
ограждения продолжается с прежней мощностью во избежание его оттаивания.
Этот период работы установки называют пассивным.
При неглубоком заложении горизонтальной или наклонной выработки (до 30
м) и небольшой мощности участка водоносных пород замораживание
производят с поверхности. Скважины в этом случае располагают рядами
вдоль трассы выработки. Расстояние между продольными рядами равно 2—3 м,
между скважинами во внешних рядах—1,2—2 м, а между скважинами во
внутренних рядах —1,5—2,5 м. В зависимости от поперечных размеров
ледогрунтового ограждения число продольных рядов принимают 2—6. Глубина
скважины обычно на 2—2,5 м больше глубины заложения почвы выработки. При
большей глубине заложения выработок (до 60 м) замораживание ведут только
в необходимой зоне (зональное замораживание). Для уменьшения отбора
тепла выше зоны активного замораживания колонка на этой длине
выполняется из двух труб с изоляцией между ними из полимерного
материала. При глубине заложения более 60 м рекомендуется применять
замораживание из забоя выработки.
При проведении вертикальных выработок замораживающие скважины
располагают по окружности в один ряд, если требуемая толщина ограждения
3—5 м, расстояние между ними 1,1—
1,8 м.
В аварийных случаях для замораживания применяют жидкий азот, имеющий
температуру —195,7°С. Он направляется для испарения сразу в
замораживающие колонки.