Поддержание выработок искусственным упрочнением (часть 2)

Сущность тампонажа заключается в искусственном заполнении пустот, трещин, пор в массиве горных пород через систему скважин материалом, способным со временем затвердевать. Различают такие виды тампонирования, как цементация, битумизация, силикатизация и др. Тампонажный раствор нагнетают под давлением, в два-три раза большим, чем гидростатическое давление подземных вод. После затвердевания раствора образуется водонепроницаемая упрочненная зона, способная противостоять внешнему давлению пород. Для уменьшения притока воды в закрепленную выработку, для снижения фильтрации воды через бетонную и железобетонную крепь осуществляют тампонаж закрепного пространства и массива водоносных горных пород, окружающих выработку. Для тампонажа закрепного пространства в крепи выработки бурят в шахматном порядке по периметру ствола (рис. 4.37) шпуры диаметром 50-60 мм, расстояние между шпурами в ряду — 1,5-2 м, между рядами шпуров — 1-2,5 м. В шпуры вставляют кондукторы, представляющие собой трубы диаметром 40-50 мм и длиной 500-600 мм, которые заделывают быстросхватывающимся раствором. Выступающие концы кондукторов снабжены запорными кранами. По кондукторам нагнетают цементный или цементно-песчаный раствор, который заполняет пустоты в закрепном пространстве, поры в бетоне и трещины в массиве горных пород и после затвердевания повышает водонепроницаемость пород и бетонной крепи, уменьшает количество фильтрующейся воды. Состав тампонажного раствора подбирается в зависимости от притока воды, пористости бетона и пород; обычно применяют цементно-песчаные растворы с соотношением цемента к песку (Ц:П) от 1:1 до 1:4.

Сущность физико-химического воздействия заключается в заполнении через систему скважин пустот, трещин в массиве горных пород полимерными составами, изменяющими со временем свое фазовое состояние. Упрочнение трещиноватых массивов горных пород происходит за счет создания в них каркасных полимерных систем, связывающих между собой структурные отдельности массива. Осуществляют упрочняющее физикохимическое воздействие следующим образом. В массиве горных пород бурят шпуры или скважины (рис. 4.38), в которых устанавливают инъекционные устройства в виде шланговых затворов для закачки высокомолекулярных полимерных составов. Обладая низкой вязкостью и высокой проницаемостью, полимер заполняет поры и трещины в массиве горных пород и после затвердевания образует в его структуре прочный и эластичный каркас. В результате взаимодействия с полимером горная порода становится монолитнее, что приводит к повышению ее прочности, а также гидро- и газоизоляционных свойств. В качестве рабочей жидкости используют синтетические смолы, преимущественно мочевиноформальдегидные; эти смолы имеют хорошо регулируемое время отверждения, могут отвердевать при нормальных и пониженных температурах.

Отверждение водных растворов мочевиноформальдегидных смол происходит при нормальной температуре под действием кислого отвердителя: соляной или щавелевой кислот, хлористого аммония или при повышенной до 150 °С температуре. Период полимеризации, отверждения смолы — до 60 мин.
Приготовление и нагнетание полимерного раствора в скважины осуществляют с помощью инъекционной установки, состоящей из емкости- смесителя, насоса, высоконапорных шлангов, инъекторов и контрольно-измерительных приборов.
Физико-химическое упрочнение нашло применение для поддержания горных выработок в весьма неустойчивых, сыпучих углях, а также в трещиноватых скальных породах.

---