способ проходки дренажных горных выработок в нарушенном и обводненном массиве

Формула изобретения

1. Способ проходки дренажных выработок в неустойчивом обводненном массиве горных пород, включающий возведение перемычки, предварительное упрочнение горного массива по трассе выработки путем бурения продольных и наклонных скважин и нагнетания в эти скважины упрочняющих цементационных растворов, разрушение и уборку горной массы под защитой породоцементной оболочки, возведение постоянной крепи, последующее упрочнение приконтурного массива цементоционными растворами через скважины, пробуренные перпендикулярно оси выработки, отличающийся тем, что с отставанием от забоя через тампонажный слой дополнительно бурят дренажные скважины длиной, превышающей толщину зоны упрочненных горных пород, для создания дренажного слоя вокруг упрочненной оболочки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят искусственное увеличение проницаемости массива дренажного слоя горных пород путем образования в забойных частях дренажных скважин дополнительных флюидопроводящих трещин за счет гидроразрыва или камуфлетного взрывания.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к горнодобывающей промышленности, но может быть использовано в других областях, предусматривающих использование горных выработок, например в коммунальном строительстве.

Вскрытие и подготовка месторождений полезных ископаемых осложняется зонами геологических нарушений и зонами ослабленных и сильно обводненных пород. Проведение и поддержание горных выработок в обводненном и неустойчивом горном массиве характеризуется рядом осложнений: уменьшением механической прочности горных пород, увеличением давления на крепь за счет ухудшения физических свойств пород и дополнительного гидростатического давления, а также увеличением водопритоков.

Известны способы проходки горных выработок в сложных горно-геологических условиях с применением забивной крепи, когда под защитой постоянной крепи в горном массиве возводится забивная крепь (проколоты), затем в контуре выработки на небольшом отходе производится разрушение и уборка горной массы под защитой проколотов и сразу же возводится мощная постоянная крепь (см. авт.св. SU 1624243 A1, м. кл. Е 21 D 9/00). Способ очень трудоемок и применим в основном при проходке выработок небольшого сечения, но совершенно не применим при больших водопритоках.

Наиболее близким к предлагаемому является способ проходки горных выработок в зонах геологических нарушений со слабыми горными породами и большими водопритоками с использованием предварительного и последующего упрочнения горных пород цементацией, когда за заранее возведенную в забое выработки перемычку через опережающие скважины производится нагнетание цементационных растворов с целью создания упрочненного породоцементного камня с площадью поперечного сечения, превосходящей сечение горной выработки. Затем производят разрушение и уборку горной породы на все сечение выработки, а затем через скважины, пробуренные перпендикулярно оси выработки производят нагнетание цементационных растворов в закрепное пространство с целью последующего упрочнения приконтурного массива и ликвидации остаточной трещиноватости (см. Производство тампонажных работ при ликвидации аварийных состояний горных выработок / Строительство предприятий угольной промышленности: Обзорная информация. - Вып. 7. - М., 1985.- С 6-15).

Недостатком этого способа является снижение дренируемости подземных вод в выработку из-за создания зоны упрочненных горных пород, обеспечивающих устойчивость горных выработок.

Целью настоящего изобретения является снижение материальных затрат на проходку и поддержание дренажных выработок в слабоустойчивых и обводненных горных породах. Комплексное решение проблемы повышения устойчивости с одновременным обеспечением дренируемости подземных вод возможно путем последовательного выполнения следующих работ:

- возведение перемычки в забое и предварительная цементация породного массива по трассе горной выработки;

- непосредственная проходка выработки с установкой постоянной крепи;

- последующая цементация околоконтурного породного массива;

- бурение дренажных скважин длиной, превышающей длину скважин последующей цементации более чем на 1,0 м;

- создание высокопроницаемого дренажного слоя за пределами зоны упрочненных пород.

На фиг.1 показана принципиальная технологическая схема проходки горной выработки с применением предварительного упрочнения горных пород по трассе выработки.

На фиг.2 показан разрез по линии А-А на фиг.1.

На фиг.3 показано поперечное сечение выработки с дополнительными скважинами, пробуренными до дренажного слоя, образованного за счет естественной разгрузки массива пород при проходке выработки.

На фиг.4 показано поперечное сечение выработки с дополнительными скважинами, пробуренными до дренажного слоя, образованного искусственным способом путем гидроразрыва пород или камуфлетным взрыванием.

Перед проходкой выработки 1 (фиг.1) в забое возводят изолирующую перемычку 2, через которую по трассе выработки бурят продольные и наклонные скважины предварительного упрочнения массива пород 3 на длину заходки L и производят нагнетание в них цементационного раствора. При этом скважины 3 располагают таким образом, чтобы контур проводимой выработки 4 располагался внутри образуемой тампонажной завесы, то есть чтобы проходка выработки велась под прикрытием породоцементной оболочки. После набора раствором необходимой прочности производят разрушение и уборку горной массы и возводят постоянную крепь выработки 5.

После проходки дренажной выработки 1 (фиг.3) упрочнение приконтурного массива производится за счет нагнетания в закрепное пространство цементационных растворов через скважины 6, расположенные перпендикулярно оси выработки. Однако создание слабопроницаемой породоцементной оболочки 7 вокруг дренажной выработки не отвечает условиям эффективного дренажа, а в отдельных случаях приводит к возникновению дополнительного гидростатического давления на крепь выработки. Бурение с отставанием от забоя выработки системы дренажных скважин 8 длиной, превышающей толщину зоны упрочненных пород, позволяет вскрыть дренажный слой с естественной трещиноватостью.

Создание дополнительного дренажного слоя 9 с образованием дополнительных флюидопроводящих трещин вокруг забойных частей дренажных скважин вокруг упрочненной оболочки возможно тремя способами. Первый способ (фиг.3) основан на развитии вокруг выработки зоны неупругих деформаций со значительной степенью и достаточных размеров нарушенностью путем естественной разгрузки массива при проходке выработки.

В случае недостаточной проницаемости вскрытого дренажного слоя 9 (трещиноватость близка трещиноватости нетронутого массива 10) производят искусственное увеличение проницаемости по второму или третьему способу (фиг.4).

Второй способ основан на искусственном увеличении проницаемости массива горных пород путем его гидрорасчленения и гидроразрыва с образованием новых флюидопроводящих трещин. Для этого в забое дренажной скважины 8 создают зародышевую щель - искусственный концентратор напряжений 11, изолируют забойную часть скважины пакером 12 и подают жидкость под высоким давлением.

Третий способ основан на искусственном увеличении проницаемости путем камуфлетного взрывания заряда ВВ 13 в забое дренажных скважин 8.

Таким образом, создание тампонажной завесы позволяет проходить и безремонтно поддерживать выработку в неустойчивых обводненных горных породах, а образование приконтурной дренажной системы позволяет сохранить функциональное назначение дренажной выработки - снижение обводненности месторождения полезных ископаемых.