Об опережающем бурении при проведении горизонтальных горных выработок подземных сооружений в рыхлых отложениях геологического разреза территории Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Рис. 2. Изменение угла Наклона борта эрозионного образова-

(' К VIМ11Л Р 7

^ьишплг а ния от частности проявления для геологического разреза

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯГОрШШАжвы 2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© О.А. Гальперин,2001

УДК 622.143:528.4

О.А. Гальперин

ОБ ОПЕРЕЖАЮЩЕМ БУРЕНИИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ В РЫХЛЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА ТЕРРИТОРИИ г. МОСКВЫ В СЛУЧАЯХ НЕДОСТАТОЧНОЙ

П

лотная застройка поверхности земли на территории города особенно в его центре не всегда позволяет обеспечить требуемую разведанность трасс строящихся подземных сооружений, определяемую соотношением: /„

P = 100%

l

(1)

ф

где /тр - требуемое расстояние между инженерно-геологи-ческими скважинами, располагаемыми по трассе выработки, м; /ф - фактическое расстояние между инженерно-геологическими скважинами, предопределяемое конкретными условиями.

Требуемые расстояния между инженерно-геологи-ческими скважинами, располагаемыми по трассе выработки, определяются в соответствии с действующими нормативными документами, основанными на обобщении большого материала опытных данных, а также с

учетом теоретических разработок [1, 2, 3].

Разведанность трасс менее 100 % предопределяет вероятность проявления аварийных ситуаций, связанных с прорывом воды или плывунов в горные выработки при вскрытии ими эрозионных образований, заполненных обводненным песчано-глинис-тым материалом. Распространенность эрозионных образований, или захороненных речных долин определяется большим числом водотоков на территории города, их насчитывается более 130 [4]. Вскрытием забоем горной выработки захороненной речной долины вызвана крупная авария, произошедшая в мае 1998 г. под ул. Б. Дмитровка в центре города. В связи с этим Госгортех-надзором были даны рекомендации при недостаточной разведанности трасс, а эти случаи имеют место нередко, применять опережающее бурение. Теоретические обоснова-

Рис. 1. Расчетная схема для определения места заложения, глубины и угла наклона шпура при опережающем бурении в целях доразведки трассы выработки из ее забоя: ОА - борт контура эрозионного размыва в коренных породах; К - контур горизонтальной горной выработки в вертикальном сечении; 1, 2 - варианты горизонтального и оптимального расположения шпура при опережающем бурении. Остальные пояснения в тексте

ния для его осуществления, как и технология реализации, не разработаны. Поэтому решение задач, связанных с определением места расположения шпура на забое выработки, глубины бурения и угла его наклона по отношению к плоскости забоя представляют большой практический интерес. Эти параметры позволяют сократить время на выполнение работ, не связанных с основными операциями горнопроходческого цикла, при достижении поставленной цели. На рис.1 показана расчетная схема, использование которой дает возможность решить поставленные задачи. Минимальная глубина опережающего шпура, вскрывающего захороненную долину, с учетом сохранения мощности предохранительного целика над сводом выработки, при условии его расположения в шелыге свода определяется:

L =

h

(2)

cosa

где hn - мощность предохранительного целика, определяемая расчетным путем по результатам инженерно-геологических работ, м; a - угол наклона эрозионного образования в коренных породах горного массива.

Специально выполненными в МГГУ исследованиями на базе фактических геологических материалов Мосинжстроя, Метростроя и др. организаций установлена вероятность проявления угла наклона бортов эрозионных образований, показанная на рис. 2. В анализ были включены геологические профили отстроенные по территории города общей протяженностью более 100 км. Из полученной зависимости видно, что вероятность встречи эрозионных образований с углом наклона их бортов до 6-ти градусов включительно составляет около 82 %, при угле наклона 22° вероятность возрастает до 98 %. Следовательно, минимальная бина бурения опережающего ра, предназначенного для

тия эрозионного образования, в соответствии со схемой рис. 1, будет при расположении его в шелыге свода выработки, при максимальном значении угла наклона борта эрозионного образования и при условии равенства ему угла между направлением бурения и плоскостью забоя. С учетом формулы 2 она составит:

(3)

На территории г.Москвы инженерно-геологическим бурением, геофизическими исследованиями и горными работами установлено распространение эрозионных образований различного возраста - размывшие отложения карбона, юры, мела и четвертичные. Более молодые эрозионные образования характеризуются большими углами залегания бортов захороненных долин, древние - меньшими, что объясняется их генезисом - морским или континентальным. Для первых он может быть принят равным 22°, для последних порядка 22° с указанной выше степенью вероятности.

При проведении опережающего бурения факт вскрытия захороненного эрозионного образования определяется внешними признаками буровой мелочи: при вскры-

тии захороненных долин, заполненных четвертичными отложениями, они чаще желто-бурого цвета; заполненных отложениями юры -серо-черного цвета со слюдой; отложения мела - светлые.

Анализ материалов, связанных с прорывами плывунов в горные выработки, показал, что в ряде случаев они были "пропущены" (коллектора на ул. Б. Дмитровка, в Рузе). Прорывы произошли в результате подработки пород, обладавших плывунными свойствами.

Определяемая по указанным источникам мощность предохранительных целиков обеспечивает безопасные условия горных работ лишь в случаях соблюдения правил технологии их производства - своевременного крепления и тампонажа. При соблюдении этого в результате водона-сыщения и разуплотнения глинистых пород целиков ухудшаются их физико-механические свойства (сцепление, угол внутреннего трения), что приводит к разрушению целиков. Такие явления наблюдались на шахтах Мосбасса в случаях, когда значения фактических градиентов в обводняющих водоносных горизонтах были больше критических.

Вопросы технологии производства горных работ при проведении горизонтальных горных выработок в использованием опережающего бурения должны быть рассмотрены специально с учетом выполненных исследований.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Харитоненко Г.Н., Демьянкова Е.В. Определение расстояний между инженерно-геологическими скважинами для проведения тоннелей и коллекторов в рыхлых отложениях на территории г.Москвы. - М.: Изв. вузов, "Геология и разведка", 1995, № 2.

2. Инструкция по инженерно-геологическим изысканиям для проектирования и строительства метрополитенов, горных железнодорожных и автодорожных тоннелей. М.: Минтрансст-рой, 1978, ВСМ 190-78.

3. СНиП 1.02.07-87 "Инженерно-геологические изыскания для строительства". М.: Госстрой СССР, 1987.

4. Москва. Геология и город. Под ред. В.И. Осипова и Ю.П. Медведева. М.: Московские учебники и картолито-графия, 1997.

5. Мироненко В.А., Мольский Е.В., Румынин В.Г. Горнопромышленная гидрогеология. М.: Недра, 1989.

6. Харитоненко Г.Н., Гальперин О.А. Инженерно-геологическое обеспечение проведения горизонтальных горных выработок под защитой предохранительных целиков в условиях г.Москвы. М.: Изв. вузов "Геология и разведка", 1999.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ