CC BY
20
© А.М. Колков, Р.Г. Зислис, 2003
YAK 550.834
А.М. Колков, Р.Г. Зислис
СЕЙСМИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ ВЗРЫВА НА МАССИВ ГОРНЫХ ПОРОА
Целью искусственного замораживания является создание вокруг будущей выработки шахтного ствола временной защитной завесы из мерзлой водонасыщенной породы, предохраняющей выработку от прорыва подземных вод, т.е., в первую очередь ле-допородное ограждение является водоупорной конструкцией.
Эффективность применения метода замораживания при проходке конкретного шахтного ствола в сложных гидрогеологических условиях прежде всего зависит от надежной работы водонепроницаемого ограждения данной расчетной толщины..
Случаев внезапного разрушения ледопородного ограждения в целом до настоящего времени в мировой практике не зарегистрировано. Для нас это может быть опосредованным сигналом о том, что определение расчетной толщины ледопородного ограждения производится в достаточно удовлетворительных пределах, или подтверждением другого предположения - угрозу могут представлять некоторые другие, второстепенные факторы, которые становятся определяющими в оценке общей безопасности проходки.
При способе замораживания пород критерием безопасности ведения проходческих работ прежде всего служат нарушение герметичности водонепроницаемого ледопородного ограждения и угроза внезапного затопления еще не пройденного ствола.
Внешними признаками надвигающейся аварийной обстановки являются:
• шелушение и деформирование внутрь стенок ствола (конвергенция);
• деформация и разрыв замораживающих колонок;
• преждевременное оттаивание ледопородного ограждения при незаконченной проходке водоносных пластов;
• прорыв в ствол подземных вод, отягченный выносом песка или супеси в ствол.
В обработанном нами объеме опубликованных работ по описанию опыта проходки стволов способом замораживания на глубинах более 100 м нет серьезного анализа причин разрыва замораживающих колонок. Нам известны только две работы отечественных авторов, анализирующих факт повреждения замораживающих колонок. В 1968 году к.т.н. Федюкин В.А., на основании своего большого опыта проходки стволов способом замораживания описал конкретные случаи разрыва замораживающих колонок, но не вскрыл истинные причины этого явления.
В.А. Федюкин формулирует следующие выводы:
"Повреждение колонок увеличивается при резких перепадах температур, в скважинах с большим искривлением, при производстве буровзрывных работ в непосредственной близости от колонок"
Вывод Федюкина В.А. о причинах разрывов колонок, в основном, сводится к следующим законам:
- повреждение замораживающих колонок- явление сложное и зависит от многих факторов;
- повреждение колонок, т.е. нарушение их целостности чаще всего происходит в результате обрыва в муфтовом соединении с последующим смещением в горизонтальной и вертикальной плоскости.
В.А. Федюкин формулирует следующие выводы:
«По результатам анализа 152 нарушений колонок на 14 стволах, выполненным ВНИИОМШСом, главными причинами повреждения являются деформации пород и недостаточная прочность труб».
Повреждение колонок увеличивается при резких перепадах температур, в скважинах с большим искривлением, при производстве буровзрывных работ в непосредственной близости от колонок.
На наш взгляд, необходимо так же объяснить и другой важный вывод, сделанный В.А. Федюкиным. «При глубине замораживания до 100 м повреждения замораживающих колонок происходит эпизодически и не вызывает больших осложнений. С увеличением глубины замораживания до 200-400 м повреждения колонок участились».
В 1983 г. вышла последняя книга д.т.н. Н.Г. Тру-пака (3), в которой целая глава посвящена описанию деформаций замораживающих труб, не только на отечественных, но и на зарубежных стволах.
В главе (3) Н.Г. Трупак производит анализ поведения ледопородного цилиндра при последовательной и совмещенной схемам проходки ствола и креплении тюбингами снизу вверх от опорного венца до опорного венца, а также при креплении тюбингами снизу вверх (непрерывном) с бетонированием затю-бингового пространства через специальные наклонные отверствия. Примеры приведенные Н.Г. Трупа-ком о разрывах замораживающих колонок от изгиба, подтверждают совсем другой вывод, чем сделанный в тексте. В работе сказано: «С возрастанием глубины замораживания повышается давление на стенку ледопородного ограждения, особенно в глинистых породах». И далее: Деформация замораживающих труб выражается: 1) в смятии (сплющивании) труб, иногда на три четверти диаметра труб без разрыва их сплошности. В таком случае могут быть смяты и питающие трубы, в результате чего нарушается нормальная циркуляция охлаждающего рассола в замораживающих колонках;
2) в смятии замораживающих труб с образованием трещин (часто продольных), через которые может выходить охлаждающий рассол в окружающие горные породы с последующим размораживанием последних при особо большом внешнем давлении -срезывание тела замораживающих труб со смещени-
ем двух частей труб одной относительно другой. Смещения частей замораживающих труб бывают настолько большими (до 100 мм), что не позволяют опустить в замораживающие колонки трубы меньшего диаметра. При этом из труб выходит охлаждающий рассол в замороженные горные породы с вытекающими из этого неприятными последствиями для замороженных горных пород. Не оспаривая три вида деформаций в пунктах 1-3 Н.Г. Трупака, совсем нельзя согласиться со сделанными выводами. Первый вид деформаций (явное одностороннее смятие совсем не связано с «возрастанием глубины замораживания». На четко видно, что смятие произошло на контакте суглинка с известняком на глубине 1011 метров от поверхности. Чтобы так деформировать замораживающую трубу, надо приложить одностороннюю ударную нагрузку в 60-100 кг/см
Третий случай (чистый срез), показанный и в книге В.А. Федюкина на рис. 54, соответствует как раз минимальному воздействию, а не максимальному, как указывает Н.Г. Трупак, такой срез может произойти только от взрывных работ.
Н.Г. Трупак отметил: «Замораживающие трубы наиболее часто разрывались в местах их резьбовых соединений - по верхнему или нижнему соединительному торцу соединительной муфты, на участке первых двух-пяти витков резьбы. Наибольшая частота разрушений труб имела место на уровне забоя заходки и в основании постоянной крепи. Разрушение носило характер хрупкого отрыва» (среза).
В отечественной и зарубежной литературе имеются отдельные краткие сведения о применении взрывов при проходке стволов в искусственно замороженных породах. Однако, на основании имеющихся материалов нельзя обосновать или запретить возможность применения взрывной технологии проходки. Существующие же правила безопасности при проходке стволов шахт специальными способами запрещают проходить стволы с помощью взрывов в неустойчивых замороженных породах с коэффициентом крепости менее двух по шкале проф. М.Н. Про-тодьяконова.
Мнения отечественных авторов о влиянии взрывных работ на герметичность замораживающих колонок разделились. Одни авторы признают опасность разрывов замораживающих колонок от действия взрыва. В статье [3] выдвигается предположение,
что на сохранность замораживающих колонок влияет масса оконтуривающих зарядов. Для расчета массы оконтуривающих зарядов, безопасных для замораживающих колонок предложена формула, с помощью которой расчитаны значения массы зарядов ВВ в оконтуривающих шпурах для условий, в которых произошло повреждение замораживающих колонок.
Q max = 0,4хахг”
где Qmax - максимально допустимая масса ВВ в оконтуривающем шпуре, кг; а - расстояние между оконтуривающими шпурами, м; г - фактическое расстояние от замораживающей колонки до ближайшего оконтуривающего шпура.
Следует отметить, что рассчетные данные находятся в пределах 0,4-1 кг, в то время, как фактическая масса заряда ВВ составляла 1,2 кг.
Авторы предлагают увеличить количество отбойных и оконтуривающих шпуров при одновременном уменьшении массы зарядов в шпурах до 1,2 кг для ослабления вредного действия взрыва на замораживающие колонки.
Авторами обоснованно безопасное расстояние замораживающей колонки от контурного ряда - 1,2 м. На более близком расстоянии от заряда (0,6-1,2 м) рекомендовано взрывные работы вести с применением методов снижения волн напряжений при взрыве, что можно достичь применением двухступенчатого вруба, контурного взрывания и электродетонаторов короткозамедленного действия. Для безопасности колонок рекомендовано применять герметизирующие компенсаторы на резьбовых соединениях труб. «Для дальнейшего повышения эффективности взрывных работ необходимо увеличить глубину шпуров и массу заряда, обеспечивая при этом должную сохранность ледопородного ограждения и замораживающих колонок». Тем не менее авторы далее упоминают, что « ниже отметки 306 м замораживающие колонки иногда выходили из строя.» Деформации колонок авторы отнесли за счет «деформаций глинистого массива в призабойной зоне в процессе проходки ствола».
Из рассмотренных работ на данную тему можно увидеть существующие противоречия в объяснении факта нарушения герметичности замораживающих колонок на больших глубинах при применении взрывных работ.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проходка шахтных стволов в искусственно замороженных породах с помощью взрывных работ И.Ф.Оксанич, Б.Н. Кутузов, В.С. Чмыхалов и др. Шахтное и подземное строительство, 1979, №4.
2. Трупак Н.Г. Замораживание пород при сооружении вертикальных шахтных стволов. - М.: Недра, 1983.
3. Дроговейко И.З., Курманова М.М., А.Е. Голубятникова Особенности буровзрывных работ при проходке шахтных стволов способом замо-
раживания. Шахтное и подземное строительство, №1, 1976.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Колков Д.М. - студент, кафедра «Технология механизации и организации подземной разработки руд», Московский государственный горный университет.
Зислис Р.Г.- студент, «Технология механизации и организации подземной разработки руд», Московский государственный горный университет.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
КОЛКОВ
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB5_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.dotm Колков Д
G_Operator_1
21.04.2003 9:57:00
7
08.11.2008 0:39:00 Таня
10 мин.
08.11.2008 1:01:00
3
1 459 (прибл.)
8 319 (прибл.)
