КРЕПЛЕНИЕ ПОРОДНОГО МАССИВА В ЗОНЕ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к возведению шахт, тоннелей, станций метрополитена, подземных камер, фундаментов, мостов, перемычек и др. сооружений.
Известно крепление породного массива в зоне горной выработки при помощи инъектирования твердеющего раствора на основе минеральных вяжущих для создания защитной зоны с целью обеспечения противофильтрационной защиты устраиваемых выработок до сооружения в них защитной крепи (обделки) («Инженерные сооружения». Профессиональный журнал ОАО «Мосинжпроект», №2, М., Наука, 2014, с. 80-85).
Недостатком этого технического решения является невозможность гарантированного обеспечения целостности и водонепроницаемости защитной зоны вокруг предстоящей выработки и, как следствие этого, - невозможность гарантированного обеспечения противофильтрационной защиты устраиваемой выработки и подчас самой возможности ее устройства. Подача в грунт твердеющего раствора осуществляется через пробуренные вертикально вокруг устраиваемой выработки скважины. При обычной глубине предполагаемой выработки в несколько десятков метров (а в некоторых случаях достигающей нескольких сотен метров) отклонение осей скважин по вертикали от проектных значений, увеличиваясь по глубине, может достигать у дна выработки значений в несколько десятков сантиметров и даже метров, что при заполнении через них грунта твердеющим раствором влечет за собой нарушение требуемой формы, замкнутости и целостности создаваемой защитной зоны. Возможными последствиями этого могут стать заполнение устраиваемой выработки грунтовыми водами или ее обрушение.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является крепление породного массива, содержащее массив замороженного грунта для создания временной прочной водонепроницаемой перемычки, преграждающей доступ воде или плывунным грунтам в выработку (Сборник трудов Пермского политехнического университета, вып. 5, 2012 г., с. 33-48).
Недостатком этого технического решения является то, что оно предполагает для создания сплошной водонепроницаемой перемычки вокруг устраиваемой выработки заморозку весьма значительного объема грунта. Это, в свою очередь, предполагает, во-первых, существенный расход хладагента и значительные трудозатраты, во-вторых, необходимость сооружения мощной защитной крепи внутри отверстия выработки с целью восприятия напряжений, возникающих вследствие деформаций при последующем оттаивании замороженного грунта; величина нагрузок пропорциональна объему мерзлого грунта.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в том, чтобы уменьшить массив замораживаемого грунта, требуемый для создания сплошной водонепроницаемой перемычки вокруг устраиваемой выработки, и тем самым сократить расход хладагента и трудозатраты, снизить величину нагрузки на защитную крепь.
Крепление породного массива в зоне горной выработки содержит массив замороженных пород, расположенный по наружному контуру отверстия выработки. Крепление содержит также защитную зону, укрепленную инъектированием твердеющего раствора на основе минеральных или полимерных вяжущих. Защитная зона расположена непосредственно на границе зоны отверстия с внешней ее стороны. Она представляет собой замкнутую кольцевую форму, при этом размеры и несущая способность защитной зоны определяют в соответствии со следующими соотношениями:
a
0.3≤≤0.7;
;
O
a
P=P(1-c)
2
где P - общая величина нагрузки, кН/м;
O
2
P - нагрузка, воспринимаемая крепью, кН/м;
K
2
P - нагрузка, воспринимаемая защитной зоной, кН/м;
c - коэффициент условий работы защитной зоны, б/р;
c=0.7÷0.9
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. представлено поперечное сечение горной выработки со схемой в плане крепления породного массива.
Крепление породного массива в зоне горной выработки содержит массив замороженного грунта 1, представляющий собой замкнутую кольцевую форму, толщиной от 1.0 до нескольких метров, и защитную зону 2, укрепленную инъектированием твердеющего раствора на основе минеральных вяжущих. Защитная зона 2 расположена непосредственно на границе 3 зоны отверстия горной выработки диаметром d с внешней ее стороны, и, как и массив замороженного грунта 1, представляет собой замкнутую кольцевую форму толщиной 1.0-2.0 м. В отверстии 4 выработки имеется бетонная защитная крепь 5. Размеры и несущая способность защитной зоны определяют в соответствии со следующими соотношениями:
a
0.3≤≤0.7;
;
О
a
P=P(1-с)
2
где P - общая величина нагрузки, кН/м;
O
2
P - нагрузка, воспринимаемая крепью, кН/м;
K
2
P - нагрузка, воспринимаемая защитной зоной, кН/м;
c - коэффициент условий работы защитной зоны, б/р;
c=0.7÷0.9
O
a
Иными словами, нагрузка P от давления породы, воспринимаемая крепью после ее возведения, при наличии защитной зоны ниже на величину (1-с), чем нагрузка, которую воспринимала бы крепь при отсутствии защитной зоны. Защитная зона, оставаясь твердой кольцевой оболочкой вокруг возведенной крепи на всем протяжении работы крепи, воспринимает эту часть общей горизонтальной нагрузки P от давления породы, уменьшая тем самым нагрузку непосредственно на саму крепь. Это позволяет уменьшить толщину стенки крепи. При этом защитная зона 2 имеет меньшую прочность, чем это сама крепью (которая обычно выполняется из монолитного железобетона), что учитывается коэффициентом «с» условий работы. Диаметр отверстия выработки обычно составляет 5.0-15.0 м.
Крепление работает следующим образом. Сплошная водонепроницаемая перемычка из мерзлых пород вокруг устраиваемой выработки обеспечивает противофильтрационную защиту отверстия выработки и защиту его от обрушения до устройства в нем крепи. При этом благодаря наличию защитной зоны, укрепленной инъектированием твердеющего раствора, размеры водонепроницаемой перемычки из мерзлого грунта существенно меньше, чем при отсутствии такой защитной зоны, так как укрепленный инъектированием грунт, как и грунт замороженный, выполняет роль водонепроницаемой перемычки, обеспечивая противофильтрационную защиту выработки и предохраняя ее от обрушения до устройства в отверстии защитной крепи. Укрепленный инъектированием грунт защитной зоны также воспринимает большую часть горизонтальных нагрузок (величина которых и без того уменьшена вследствие уменьшения объема замороженного грунта) при ликвидации заморозки грунта после сооружения защитной крепи.
Применение предлагаемого технического решения позволяет уменьшить массив замораживаемого грунта, требуемый для создания сплошной водонепроницаемой перемычки вокруг устраиваемой выработки, и тем самым сократить расход хладагента и трудозатраты, снизить величину нагрузки на защитную крепь и, как следствие этого, - уменьшить ее мощность.