ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЕ СООРУЖЕНИЕ
WATERPROOFING STRUCTURE

Изобретение относится к гидроизоляции участка горной выработки в соляных рудниках.
Главной опасностью при отработке запасов в соляных рудниках является нарушение водозащитной толщи (ВЗТ). В результате нарушения ВЗТ вода поступает в горные выработки, происходит выщелачивание горных пород, что в конечном счете ведет к затоплению рудника. Для исключения затопления рудника при поступлении воды в отдельную его часть используются различные гидроизоляционные перемычки, служащие для безопасности горных выработок при их эксплуатации и ликвидации.
При создании перемычек использовались различные глины с добавками и без добавок в виде простых засыпок, природные органические материалы, строительные материалы на основе цемента. Эти герметизирующие и строительные материалы используются либо по отдельности, либо в сочетании друг с другом для уплотнения поперечного сечения подземных полостей на этапе эксплуатации шахт.
Известны поперечные уплотнения в соляных породах в виде кладочной связки, например, в виде перекрестно-кладочного объединения фасонных тел заданной формы из прессованной дробленой соли, содержащей не менее 95% NaCl. Средний диаметр зерен соли, из которой изготовлены формованные тела, составляет менее 0,2 мм (патент DE 4130658 С2, E21D 11/38, 16.09.1993).
Однако поскольку поступающая вода не является насыщенным рассолом, в солевых уплотнениях начинается процесс выщелачивания и в конечном итоге герметичность уплотнения нарушается.
Известен способ предотвращения затопления калийных рудников при прорывах в рудник подземных вод из геологических нарушений, в котором гидроизоляция достигается возведением в подземных выработках сдвоенных перемычек из бетона, усиленного арматурой (патент ЕА 020427 В1, E21D 11/38, 29.03.2013).
Указанная перемычка имеет сложную конструкцию, кроме того она не исключает выщелачивание солей из стенок выработки при затоплении выработки пресной водой или слабоминерализованным рассолом и, соответственно, проникновение рассола по ослабленным вмещающим породам в обход перемычки.
Известна уплотняющая заглушка для герметизации подземной полости, состоящей из неподвижного упора, примыкающего к подземной полости и замыкающего ее, заполнителя из связующего материала, примыкающего к неподвижному упору, вспомогательный упор, хотя бы частично водопроницаемый и ограничивающий заливку из связующего материала, с другой стороны. Задачей изобретения является выравнивание потока воды, вызывающего набухание связующего материала. Согласно изобретению, внутри наполнителя из связующего материала предлагается располагать, по меньшей мере, один слой дополнительного материала таким образом, чтобы слой располагался под углом от 60° до 90° к направлению входа воды. Дополнительный материал имеет водопроницаемость, которая, по крайней мере, на один порядок выше, чем водопроницаемость связующего материала (патент DE 10149972 C1, E21F 17/103, 22.08.2002 - прототип).
Недостатком данной конструкции уплотняющей заглушки является выполнение вспомогательного упора частично водопроницаемым. Частичная водопроницаемость не позволяет определить точки поступления рассола к набухающему связующему материалу, что может привести к огибанию рассолом гидроизоляционного сооружения по контакту с породой в результате выщелачивания и возможной разгерметизации сооружения.
Расположение дополнительного материала внутри связующего материала не обеспечивает равномерного проникновения рассола в поверхностные слои связующего материала, что чревато возникновением в нем перколяционных воронок и возможному смещению слоя дополнительного материала. Кроме того, расположение слоя под углом 60 градусов с практической точки зрения трудноосуществимо.
Техническим результатом изобретения является повышение герметизирующих свойств гидроизоляционного сооружения и обеспечение его эффективности вне зависимости от состава соляных горных пород.
Технический результат достигается за счет того, что в гидроизоляционном сооружении для горной выработки в соляных рудниках, состоящем из неподвижного упора, примыкающего к горной выработке и замыкающего ее, секции из связующего материала, примыкающего к неподвижному упору и горной выработке, второго упора, ограничивающего секцию из связующего материала со стороны поступления рассола, и, по крайней мере, одного слоя водопроницаемого материала, в соответствии с изобретением водопроницаемый материал расположен на поверхности связующего материала, примыкающей к внутренней стороне второго замыкающего горную выработку неподвижного упора, в тело которого вмонтированы трубы для обеспечения поступления рассола к связующему материалу, а с наружной стороны второго упора со стороны поступления воды расположена рыхлая соляная масса, соответствующая составу окружающих пород и ограниченная фильтрующими перемычками.
В качестве связующего материала используют монтмориллонитовые глины, например, бентонит, который набухает при поглощении рассола и значительно увеличивает свой объем. При ограничении свободного пространства для набухания, создается напряженное состояние в структуре бентонита. Этот эффект используется для достижения постоянного уплотняющего эффекта. Упоры, выполняют из материала повышенной прочности на сжатие, например, бетона, что предотвращает расширение набухающего бентонита в направлении горной выработки.
Упоры и секция из связующего материала установлены во врубах горной выработки, причем контакт связующего материала с поверхностью вруба осуществляется через гидроизолирующую прослойку из инертного эластичного материала.
Размещение труб внутри второго упора, позволяет определять положение и количество точек поступления рассола, что снижает вероятность проникновения рассолов по контакту сооружение-порода, а расположение водопроницаемого материала на поверхности связующего материала обеспечивает большую площадь смачивания поверхностных слоев связующего материала и более равномерное проникновение в него поступающего рассола. Это позволяет достичь однородного нарастания давления связующего материала и получения требуемого герметизирующего эффекта.
Водопроницаемый материал представляет собой рулонный синтетический материал. Количество слоев материала определяется в зависимости от состава соляных пород на конкретном участке.
Рыхлая соляная горная масса, расположенная перед сооружением со стороны поступления воды по всей ширине выработки на максимально возможную высоту, соответствует составу окружающих пород, что обеспечивает насыщение поступающей воды до насыщенного рассола и исключение выщелачивания пород на этом участке. Фильтрующие перемычки, конструкция которых определяется с учетом состава окружающих соляных пород, способствуют сохранению рассолом, контактирующим с гидроизоляционным сооружением, насыщенного состояния. Таким образом, снижается вероятность выщелачивания горной породы в районе гидроизоляционного сооружения.
Размещение гидроизоляционного сооружения во врубах горной выработки позволяет компенсировать усилия, возникающие внутри сооружения, и тем самым, повышать его гидроизоляционные свойства. Для улучшения герметизации контакта связующий материал-порода предусмотрена обработка поверхности вруба гидроизолирующим материалом.
На фиг. 1 показано гидроизоляционное сооружение, разрез.
Гидроизоляционная перемычка включает два упора 1 и 2 из материала повышенной прочности на сжатие (например, бетона), установленные во врубах 3, выполненных по периметру горной выработки 4. Между упорами без зазоров расположена секция 5 из связующего материала (например, бентонита), герметично установленная в обработанном гидроизолирующим материалом врубе 6, площадь поперечного сечения которого должна быть больше площади поперечного сечения врубов 3 для упоров 1 и 2. Внутри упора 2, расположенного со стороны поступления рассола, вмонтированы трубы 7 для обеспечения активации бентонитовой секции 5 поступающим по ним рассолом. На торцевой стенке бентонитовой секции 5 со стороны поступления рассолов размещен слой водопроницаемого материала 8, обеспечивающего большую площадь смачивания поверхностных слоев бентонита и более равномерное проникновение в него поступающего рассола из труб 7. С наружной стороны упора 2 со стороны поступления рассола в выработке расположена разрыхленная горная соляная масса 9, соответствующая составу окружающих пород и ограниченная фильтрующими перемычками 10.
Гидроизоляционную перемычку возводят следующим образом.
Проходят три вруба с площадью поперечного сечения, превышающей площадь горной выработки. Количество врубов может быть иным, в зависимости от особенностей условий строительства. Площадь поперечного сечения среднего вруба должна быть больше площади поперечного сечения соседних врубов. С поверхности вруба, расположенного в центре сооружения, удаляют шероховатости, а затем обрабатывают ее гидроизолирующим материалом.
Со стороны поступления воды по всей ширине выработки на максимально возможную высоту размещают разрыхленную горную соляную массу, ограниченную фильтрующими перемычками. Состав разрыхленной горной массы должен соответствовать составу окружающих пород. При поступлении воды через выработку на участке, где расположена разрыхленная соляная порода, происходит насыщение раствора до насыщенного рассола, вследствие чего исключается выщелачивание пород на этом участке.
В крайнем врубе, выполненном со стороны поступления рассола, возводят упор, внутри которого укладывают трубы, обеспечивающие поступление рассола для активации связующего материала. Весь объем среднего вруба заполняют без зазоров бентонитовым материалом, например, бентонитовыми кирпичами. На торцевую поверхность бентонитовой секции со стороны поступления рассолов помещают, по крайней мере, один слой водопроницаемого материала. Это обеспечивает равномерное смачивание поступающим по трубам рассолом всей торцевой поверхности бентонита и более эффективную его активацию. В крайнем, наиболее удаленном от поступления рассола врубе возводят второй упор гидроизоляционного сооружения. Упоры выполняют из материала повышенной прочности на сжатие, например, из бетона.
Насыщенный рассол по трубам поступает к бентонитовой секции через прослойку водопроницаемого материала, в результате чего бентонит становится гелеобразным и увеличивается в объеме. Таким образом возрастает давление на упоры и стенки выработки, гелеобразный бентонит заполняет возможные полости и обеспечивает герметизацию участка горной выработки.