[go: up one dir, main page]

RU2398967C1 - Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation - Google Patents

Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation Download PDF

Info

Publication number
RU2398967C1
RU2398967C1 RU2009128494/03A RU2009128494A RU2398967C1 RU 2398967 C1 RU2398967 C1 RU 2398967C1 RU 2009128494/03 A RU2009128494/03 A RU 2009128494/03A RU 2009128494 A RU2009128494 A RU 2009128494A RU 2398967 C1 RU2398967 C1 RU 2398967C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rocks
freezing
destruction
drilling
columns
Prior art date
Application number
RU2009128494/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Корчак (RU)
Андрей Владимирович Корчак
Борис Арнольдович Картозия (RU)
Борис Арнольдович Картозия
Александра Владимировна Кузина (RU)
Александра Владимировна Кузина
Александр Сергеевич Вознесенский (RU)
Александр Сергеевич Вознесенский
Анатолий Данилович Мишедченко (RU)
Анатолий Данилович Мишедченко
Анатолий Анатольевич Мишедченко (RU)
Анатолий Анатольевич Мишедченко
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ)
Priority to RU2009128494/03A priority Critical patent/RU2398967C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2398967C1 publication Critical patent/RU2398967C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mining. ^ SUBSTANCE: method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks includes freezing of rocks, blast-hole drilling, mechanised loading of rocks, fixation of shaft with cast iron tubes and further plugging of clamping space. In process of blast-hole drilling, zones of mine position are determined with permissible limit force of elastic waves action at freezing columns relative to border of two rocks contact with various physical-mechanical properties. Afterwards, rocks are damaged in these zones in mode, which provides for values of stress in freezing columns developed by elastic waves, equal or less than maximum permissible value. ^ EFFECT: invention prevents rupture and deformations of freezing columns, increased reliability of shaft ice wall. ^ 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах.The invention relates to the mining industry and can be used for sinking shaft shafts in flooded unstable rocks.

Известен способ проходки вертикальных шахтных стволов с предварительным замораживанием пород и последующим механическим их разрушением, механизированной погрузкой пород и креплением ствола чугунно-бетонной крепью.A known method of sinking vertical shaft shafts with preliminary freezing of rocks and their subsequent mechanical destruction, mechanized loading of rocks and fixing the trunk with a cast-iron concrete support.

Устройство для осуществления этого способа состоит из системы замораживания пород с колонками, стволопроходческого комбайна СК-1, погрузочного комплекса типа КС-2у/40 [1].A device for implementing this method consists of a system for freezing rocks with columns, a SK-1 shaft-passing combine, a loading complex of the KS-2u / 40 type [1].

Недостатками этих технических решений являются наличие в ограниченном пространстве забоя ствола двух машин, что увеличивает время проведения монтажных работ, а также недостаточная надежность работы крепи вследствие возможных отклонений положения тюбингов от геометрической оси ствола. Кроме того, комбайновое разрушение горных пород требует значительных экономических затрат.The disadvantages of these technical solutions are the presence in the limited space of the bottom of the barrel of two machines, which increases the time for installation work, as well as the insufficient reliability of the lining due to possible deviations of the position of the tubing from the geometric axis of the barrel. In addition, combine destruction of rocks requires significant economic costs.

Известен способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах, включающий замораживание пород, проведение буровзрывных работ, механизированную погрузку пород, крепление шахтного ствола чугунными тюбингами с последующим тампонажем закрепного пространства [2].There is a method of sinking vertical shaft shafts in flooded unstable rocks, including freezing rocks, drilling and blasting, mechanized loading of rocks, fixing the shaft with cast-iron tubing, followed by plugging of the fixed space [2].

Устройство для проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах включает систему замораживания пород, бурильную установку, грейферный погрузчик, механизм для возведения чугунной тюбинговой крепи, тампонажный комплекс [2].A device for sinking vertical shaft shafts in flooded unstable rocks includes a rock freezing system, a drilling rig, a clamshell loader, a mechanism for erecting cast-iron tubing lining, and a grouting complex [2].

Эти технические решения взяты нами в качестве прототипов.These technical solutions are taken by us as prototypes.

Недостатком данных технических решений является разрушение замораживающих колонок в зоне контакта пород с различными скоростями прохождения упругих волн, возникающих при взрывании шпуровых зарядов.The disadvantage of these technical solutions is the destruction of freezing columns in the contact zone of rocks with different velocities of elastic waves that occur when blasting hole charges.

Известен способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах, включающий замораживание горного массива, создание вокруг ледопородного массива водоизоляционной тампонажной завесы на границе концентрации температурных напряжений путем бурения скважин, нагнетания через них тампонажного раствора для осуществления гидроразрыва и нагнетание через образовавшиеся трещины гидроизоляционного материала, выемку горной породы и крепление ствола [3].There is a method of constructing mine shafts in flooded unstable rocks, including freezing a rock mass, creating a waterproofing grouting curtain around an ice-rock massif at the boundary of the concentration of temperature stresses by drilling wells, injecting grouting fluid through them to carry out hydraulic fracturing, and pumping a waterproofing material through the cracks, excavating and barrel mount [3].

Данное изобретение повышает надежность водоизоляции, однако не предотвращает разрушение замораживающих колонок.This invention improves the reliability of waterproofing, but does not prevent the destruction of freezing columns.

Задачей изобретения является обеспечение надежности работы ледопородного ограждения ствола за счет предотвращения разрыва и деформаций замораживающих колонок.The objective of the invention is to ensure the reliability of the ice-rock enclosure of the barrel by preventing tearing and deformation of freezing columns.

Это достигается тем, что в способе проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах, включающем замораживание пород, проведение буровзрывных работ, механизированную погрузку пород, крепление шахтного ствола чугунными тюбингами с последующим тампонажем закрепного пространства, при проведении буровзрывных работ определяют зоны положения забоя с предельно возможной силой воздействия упругих волн на замораживающие колонки относительно границ контакта двух пород с различными физико-механическими свойствами, после чего осуществляют разрушение пород в этих зонах в режиме, обеспечивающем величину напряжений в замораживающих колонках, создаваемых упругими волнами, равную или меньшую максимально допустимого значения. Кроме того, для разрушении пород в указанных зонах после проведения буровзрывных работ переходят на механическое разрушение пород или, для разрушения пород с крепостью выше пятой категории по шкале Протодьяконова, в указанных зонах проведение буровзрывных работ осуществляют зарядами взрывчатых веществ с максимально допустимой массой одновременно взрываемых зарядов, при которой величина напряжений в замораживающих колонках, создаваемых упругими волнами при взрыве зарядов, имеет предельно допустимое значение.This is achieved by the fact that in the method of sinking vertical shaft shafts in flooded unstable rocks, including freezing rocks, drilling and blasting operations, mechanized loading of rocks, securing the shaft with cast-iron tubing, followed by grouting of the fixed space, during drilling and blasting operations determine the position zone of the bottom hole with the maximum possible by the action of elastic waves on freezing columns relative to the contact boundaries of two rocks with different physical and mechanical properties, according to after that, the destruction of rocks in these zones is carried out in a mode that ensures the value of stresses in freezing columns created by elastic waves equal to or less than the maximum allowable value. In addition, for the destruction of rocks in these areas after drilling and blasting operations, they switch to mechanical destruction of rocks or, for the destruction of rocks with a fortress above the fifth category on the Protodyakonov scale, in these zones drilling and blasting operations are carried out with explosive charges with the maximum permissible mass of simultaneously exploded charges, at which the magnitude of the stresses in the freezing columns created by elastic waves during the explosion of charges has an extremely permissible value.

Для решения поставленной задачи устройство, содержащее систему замораживания пород, бурильную установку, грейферный погрузчик, механизм для возведения чугунной тюбинговой крепи, тампонажный комплекс, снабжено тензодатчиками, установленными в замораживающих скважинах на определенном расстоянии относительно границ контакта двух пород с заданным шагом, измерительным блоком, расположенным на поверхности, и комплексом для механического разрушения горных пород, включающим шнековый исполнительный орган с приводом и механизм перемещения исполнительного органа, выполненный в виде двух концентрично установленных цилиндров, расположенных в сегменте поворотного кольца, образованном несущей балкой и перекрытием, жестко соединенными с кольцом, при этом внутренний цилиндр жестко связан с исполнительным органом через корпус его привода и установлен с возможностью осевого перемещения и вращения относительно внешнего цилиндра, жестко закрепленного в перекрытии, причем цилиндры снабжены фиксаторами положения, а поворотное кольцо расположено в пазу монтажного кольца с возможностью вращения посредством привода и звездочки, выступы которой взаимодействуют с пальцами поворотного кольца.To solve this problem, a device containing a system for freezing rocks, a drilling rig, a grab loader, a mechanism for erecting cast-iron tubing supports, a grouting complex, is equipped with strain gauges installed in freezing wells at a certain distance relative to the contact boundaries of two rocks with a given step, a measuring unit located on the surface, and a complex for mechanical destruction of rocks, including a screw executive body with a drive and a movement mechanism an actuator made in the form of two concentrically mounted cylinders located in a segment of a rotary ring formed by a supporting beam and an overlap rigidly connected to the ring, the inner cylinder being rigidly connected to the actuator through its drive housing and mounted with axial movement and rotation relative to an external cylinder, rigidly fixed in the overlap, and the cylinders are equipped with position locks, and the rotary ring is located in the groove of the mounting ring with possible awn rotation by a drive sprocket and protrusions which interact with the fingers of the rotary ring.

На фиг.1 и фиг.2 показаны принципиальные схемы, реализующие предложенный способ на стадии проведения соответственно буровзрывных работ и механического разрушения пород, а на фиг.3 и 4 - комплекс для механического разрушения горных пород.Figure 1 and figure 2 shows a schematic diagram that implements the proposed method at the stage of drilling and blasting and mechanical destruction of rocks, respectively, and figure 3 and 4 is a complex for mechanical destruction of rocks.

Способ проходки вертикального шахтного ствола заключается в следующем.The method of driving a vertical shaft shaft is as follows.

Данный способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых горных породах включает замораживание пород, создавая ледопородное ограждение в зоне расположения проектного ствола. После этого проводят буровзрывные работы путем бурения шпуров на глубину подвигания забоя с последующим их заряжанием и взрыванием шпуровых зарядов ВВ. Далее осуществляют механизированную погрузку отбитой породы и транспортирование ее на дневную поверхность. В процессе проведения буровзрывных работ в массиве горных пород распространяются упругие волны, воздействующие на замораживающие колонки. На границе контакта пород с различными физико-механическими свойствами происходит наложение на основную упругую волну отраженных волн от контактирующей поверхности слоев пород. При совпадении фаз основной упругой волны и отраженных волн значительно увеличивается амплитуда ударных волн, что вызывает деформацию и разрушение замораживающих колонок, следовательно, разрушение ледопородного ограждения. Для предотвращения разрушения замораживающих колонок от воздействия взрывных волн вначале определяют границы контакта двух пород с различными физико-механическими свойствами одним из известных методов - сейсморазведки или георадиолакации с помощью излучателя и приемника. Выбор метода определения положения границы зависит от глубины залегания границы контакта двух пород и заданной точности измерения. После определения времени прихода отраженного сигнала от контакта слоев до забоя шахтного ствола вычисляют расстояние до этой границы по известной формуле:This method of sinking vertical shaft shafts in flooded unstable rocks involves freezing rocks, creating an ice-rock fence in the area of the project shaft. After that, drilling and blasting is carried out by drilling holes to the depth of movement of the face, followed by loading and blasting of explosive charges. Next, mechanized loading of the broken rock is carried out and its transportation to the day surface. In the process of drilling and blasting in the rock mass, elastic waves propagate acting on the freezing columns. At the contact boundary of rocks with various physical and mechanical properties, superposition of reflected waves from the contacting surface of the rock layers occurs on the main elastic wave. When the phases of the main elastic wave and the reflected waves coincide, the amplitude of the shock waves increases significantly, which causes deformation and destruction of the freezing columns, and therefore, destruction of the ice-rock fence. To prevent the destruction of freezing columns from the effects of blast waves, the contact boundaries of two rocks with different physical and mechanical properties are first determined by one of the known methods - seismic exploration or GPR using a transmitter and receiver. The choice of a method for determining the position of the boundary depends on the depth of the boundary between two rocks and the given measurement accuracy. After determining the time of arrival of the reflected signal from the contact of the layers to the bottom of the shaft, calculate the distance to this boundary using the well-known formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где L - расстояние от забоя шахтного ствола до границы контакта двух пород с различными физико-механическими свойствами;where L is the distance from the bottom of the shaft to the boundary between two rocks with different physical and mechanical properties;

с - скорость распространения упругих волн в вышележащем слое породы;c is the propagation velocity of elastic waves in the overlying rock layer;

tз - время прохождения сигнала от излучателя до границы контакта двух пород с различными физико-механическими свойствами и обратно.t s - the transit time of the signal from the emitter to the contact boundary of two rocks with different physical and mechanical properties and vice versa.

После определения границ контакта двух пород с различными физико-механическими свойствами устанавливают тензодатчики в замораживающих скважинах с заданным шагом на прогнозируемом расстоянии относительно границы контакта двух пород. Величину прогнозируемого расстояния определяют исходя из данных практики. Величину шага между тензодатчиками определяют в зависимости от заданной точности измерения. По мере продвижения забоя к границе контакта двух пород измеряют деформации (напряжения) в замораживающих колонках, которые увеличиваются. По замерам строят тарировочный график зависимости величины деформаций от прогнозируемого уровня до зоны с предельно возможным воздействием упругих волн на замораживающие колонки. Известно, что трубы для замораживающих колонок изготавливают из углеродистой стали с термической обработкой, выдерживающей давление до 20 МПа. При достижении величины напряжений в колонках, близкой к 14 МПа, являющейся максимально допустимой величиной, не приводящей к разрушению колонки, изменяют режим разрушения породы на забое. При этом уменьшают величину амплитуды упругой волны путем перехода на механическое разрушение породы или осуществляют разрушение горных пород крепостью выше пятой категории по шкале Протодьяконова зарядами взрывчатых веществ с максимально допустимой массой одновременно взрываемых зарядов, при которой величина напряжений в замораживающих колонках имеет предельно допустимое значение. При переходе на механический способ разрушения горных пород буровую установку снимают с тельфера и транспортируют на поверхность. После чего на забое ствола устанавливают комплекс для механического разрушения пород, с помощью которого проходят участок шахтного ствола с предельно допустимой силой воздействия упругих волн на замораживающие колонки с последующим транспортированием отбитой породы на поверхность и креплением шахтного ствола. Далее процесс повторяют.After determining the contact boundaries of two rocks with different physical and mechanical properties, strain gauges are installed in freeze wells with a given step at a predicted distance relative to the contact boundary of two rocks. The magnitude of the predicted distance is determined based on data from practice. The step between the load cells is determined depending on the specified measurement accuracy. As the face moves toward the contact boundary of two rocks, deformations (stresses) are measured in freezing columns, which increase. According to the measurements, a calibration graph is constructed for the dependence of the strain on the predicted level to the zone with the maximum possible impact of elastic waves on the freezing columns. It is known that pipes for freezing columns are made of carbon steel with heat treatment that can withstand pressure up to 20 MPa. Upon reaching a stress value in the columns close to 14 MPa, which is the maximum allowable value that does not lead to column destruction, the mode of rock destruction at the bottom is changed. At the same time, the amplitude of the elastic wave is reduced by switching to mechanical destruction of the rock or rock destruction is carried out with a fortress higher than the fifth category on the Protodyakonov scale by explosive charges with the maximum permissible mass of simultaneously exploded charges, at which the stress value in the freezing columns has the maximum permissible value. When switching to a mechanical method of rock destruction, the drilling rig is removed from the hoist and transported to the surface. After that, a complex for mechanical destruction of rocks is installed at the bottom of the trunk, with the help of which a shaft section is passed with the maximum allowable force of elastic waves acting on the freezing columns, followed by transportation of the broken rock to the surface and fixing the shaft. Next, the process is repeated.

Устройство для осуществления способа проходки вертикальных шахтных стволов состоит из системы замораживания пород, включающей замораживающую станцию 1 с рассолопроводом 2, подключенным к замораживающим колонкам 3, установленным в замораживающих скважинах 4, комплекса оборудования для проведения буровзрывных работ, включающего бурильную установку 5, например, типа БУКС-1М, подвешенную к тельферу 6 погрузочной машины 7, например, типа 2КС-2у/40, грейферного погрузчика 8, механизма для возведения чугунной тюбинговой крепи 9 известной конструкции, тампонажного комплекса 10 также известной конструкции, тензодатчиков 11, установленных в замораживающих скважинах 4, измерительного блока 12, например, УТИ1, расположенного на поверхности, а также комплекса для механического разрушения горных пород. Этот комплекс включает шнековый исполнительный орган 13 с приводом, расположенным в корпусе 14 и механизм перемещения исполнительного органа, выполненный в виде двух концентрично установленных цилиндров 15, 16, расположенных в сегменте поворотного кольца 17, образованном несущей балкой 18 и перекрытием 19, жестко соединенными с кольцом. Внутренний цилиндр 16 жестко связана с исполнительным органом 13 через корпус 14 его привода и установлен с возможностью осевого перемещения и вращения относительно внешнего цилиндра 15, жестко закрепленного в перекрытии 19. Цилиндры снабжены фиксаторами положения 20. При этом поворотное кольцо 17 расположено в пазу монтажного кольца 21 на валиках (не показаны) с возможность вращения посредством привода 22 и звездочки 23, выступы которой взаимодействуют с пальцами поворотного кольца. Перемещение исполнительного органа от стенки ствола к его центру осуществляют поворотом внутреннего цилиндра 16 относительно внешнего цилиндра 15, а подачу исполнительного органа на забой - путем осевого его перемещения с фиксацией положений внутреннего цилиндра относительно внешнего цилиндра посредством фиксаторов 20. Монтажное кольцо 21 жестко соединено с тюбинговой колонной 24 и установлено на домкраты 25. Перемещение монтажного кольца на каждый шаг установки тюбингов осуществляют на трех канатах лебедок, установленных на поверхности (не показано).A device for implementing a method of sinking vertical shaft shafts consists of a system for freezing rocks, including a freezing station 1 with a brine pipe 2 connected to freezing columns 3 installed in freezing wells 4, a set of equipment for drilling and blasting operations, including a drilling rig 5, for example, type BUKS -1M, suspended from a hoist 6 of a loading machine 7, for example, type 2KS-2u / 40, clamshell loader 8, a mechanism for erecting cast-iron tubing lining 9 of known construction and plugging complex 10 also of known construction, the strain gauges 11 installed in the freeze wells 4, the measuring unit 12, for example, UTI1 located on the surface, as well as for complex mechanical rock destruction. This complex includes a screw actuator 13 with a drive located in the housing 14 and a mechanism for moving the actuator, made in the form of two concentrically mounted cylinders 15, 16 located in the segment of the rotary ring 17 formed by the carrier beam 18 and the overlap 19, rigidly connected to the ring . The inner cylinder 16 is rigidly connected to the actuator 13 through the housing 14 of its drive and is mounted with the possibility of axial movement and rotation relative to the outer cylinder 15, rigidly fixed in the ceiling 19. The cylinders are equipped with position locks 20. In this case, the rotary ring 17 is located in the groove of the mounting ring 21 on rollers (not shown) rotatably by means of a drive 22 and an asterisk 23, the protrusions of which interact with the fingers of the rotary ring. The actuator is moved from the barrel wall to its center by turning the inner cylinder 16 relative to the outer cylinder 15, and the actuator is fed to the bottom by axial movement with fixing the positions of the inner cylinder relative to the outer cylinder by means of latches 20. The mounting ring 21 is rigidly connected to the tubing column 24 and mounted on jacks 25. Moving the mounting ring at each step of the tubing installation is carried out on three ropes of winches mounted on the surface ( not shown).

Способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах и устройство для его осуществления реализованы применительно к условиям Гремяченского месторождения при строительстве шахтного ствола диаметром 7,0 м и глубиной 1181,0 м. Разрабатываемый пласт находится под толщей осадочных неустойчивых пород мощностью около 600 метров, вмещающих несколько водоносных горизонтов с гидростатическим напором до 5,5 МПа, участки пород представлены залежами мела, песка, глин аргиллитоподобных, известняков и гранитов. Основным фактором, определяющим необходимость применения способа замораживания в данных условиях является наличие в разрезе разнозернистых водонасыщенных неустойчивых песков общей мощностью более 150 м, распространенных на глубину 511,5 м, пучащих глин, высоконапорных подземных вод, величина напора которых превышает 500 м, и большой мощности водоносных горизонтов, составляющих более 400 м. Для создания ледопородного ограждения толщиной 6.2 м осуществляют бурение 33 замораживающих скважин по концентрической окружности диаметром 14,5 м. Замораживание предусматривается низкотемпературное (температура рассола -35°С) в течение 180 суток. Суммарная холодопроизводительность замораживающей станции 1 составляет 26,5 МДж. Замораживающие колонки 3 состоят из става безмуфтовых труб марки ТЗК-2, внешний диаметр которых 146 мм, толщина стенки 11 мм. После создания ледопородного ограждения проектной толщины приступают к проходке ствола буровзрывным способом. Предусмотрено бурение шпуров бурильной установкой БУКС-1м 5 глубиной 1,5 м, масса одновременно взрываемого заряда 4,2 кг, ВВ - аммонит №6 ЖВ, расстояние между оконтуривающими шпурами забоя и замораживающими колонками составляет 2 м. После проведения взрывных работ отбитую породу с помощью грейферного погрузчика 8 и бадьи транспортируют на поверхность. Для предотвращения деформаций и разрушения замораживающих колонок от воздействия упругих волн, возникающих в процессе взрывания зарядов ВВ, уточняют методом георадиолокации границу контакта песков и глин относительно данных геологоразведки. По полученным данным граница контакта песков и глин находится в интервале глубин 151.9-152.1 м. Исходя из данных практики зоны возможных разрушений колонок находятся в пределах от 0,5-2,0 м от границы контакта пород [4.] Для замороженных песков и глины скорости распространения упругих волн равны C1=5300 м/с и C2=3200 м/с, а плотность ρ1=2600 кг/м3, ρ2=2000 кг/м3 соответственно. При этом коэффициент отражения от границы этих сред составит:The method of sinking vertical shaft shafts in flooded unstable rocks and a device for its implementation are implemented in relation to the conditions of the Gremyachenskoye field during the construction of a shaft shaft with a diameter of 7.0 m and a depth of 1181.0 m. The reservoir under development is under a thickness of sedimentary unstable rocks with a thickness of about 600 meters, containing several aquifers with hydrostatic pressure up to 5.5 MPa, rock sections are represented by deposits of chalk, sand, clay clay, limestone and granite. The main factor determining the need to use the freezing method under these conditions is the presence in the section of heterogeneous water-saturated unstable sands with a total thickness of more than 150 m, distributed to a depth of 511.5 m, heaving clays, high-pressure groundwater, the pressure of which exceeds 500 m, and high power aquifers of more than 400 m. To create an ice-rock fence 6.2 m thick, 33 freezing wells are drilled along a concentric circle with a diameter of 14.5 m. Freezes Low temperature (brine temperature -35 ° С) for 180 days is provided. The total cooling capacity of the freezing station 1 is 26.5 MJ. The freezing columns 3 consist of a stand of TZK-2 brand sleeveless pipes, the outer diameter of which is 146 mm, and the wall thickness is 11 mm. After creating an ice-rock fence of design thickness, they start digging the barrel with a blasting method. It is planned to drill holes with a BUKS-1m 5 drilling rig with a depth of 1.5 m, a mass of simultaneously exploded charge of 4.2 kg, explosives - ammonite No. 6 ZhV, the distance between the contouring boreholes of the face and freezing columns is 2 m. After blasting, the broken rock with using a grab loader 8 and buckets are transported to the surface. To prevent deformation and destruction of freezing columns from the action of elastic waves arising during the explosion of explosive charges, the contact boundary between sands and clays relative to geological exploration data is refined by georadiolocation. According to the data obtained, the contact boundary of sand and clay is in the depth interval 151.9-152.1 m. Based on practical data, the zones of possible column destruction are in the range from 0.5-2.0 m from the boundary of contact of rocks [4.] For frozen sand and clay the propagation velocities of elastic waves are equal to C 1 = 5300 m / s and C 2 = 3200 m / s, and the density ρ 1 = 2600 kg / m 3 , ρ 2 = 2000 kg / m 3, respectively. In this case, the reflection coefficient from the boundary of these media will be:

Figure 00000002
Figure 00000002

При таком значении коэффициента k значительная часть энергии будет отражаться и складываться с энергией прямой волны, что может вызвать разрушение колонок. В связи с этим необходимо определить положение забоя, при котором деформации (напряжения) в замораживающих колонках достигают предельно допустимого значения. Оценку напряжений в колонках осуществляют с помощью тензодатчиков 11, расположенных в замораживающих скважинах 4 в пределах 2,5 м выше и ниже относительно границы контакта двух сред. Шаг установки тензодатчиков выбран из условия, что точность измерений должна быть выше в 5-10 раз, чем один шаг продвижения забоя, равный 1,5 м. В данном случае шаг выбран равным 25 см. Для оценки степени влияния взрывной волны на герметичность замораживающих колонок производят замеры деформаций колонок с помощью тензодатчиков 11 и измерительного блока 12 с последующим расчетом напряжений в замораживающих колонках 3. По результатам измерений установлено, что при приближении забоя на расстояние от 2,5 м к границе контакта слоев до 1 м напряжение в замораживающих колонках увеличивается до предельно допустимого значения, равного 14 МПа. При достижении предельно допустимых значений напряжений в колонках изменяют режим разрушения породы на забое, при котором уменьшают величину воздействия упругих волн путем перехода на механическое разрушение пород. При крепости пород выше пятой категории по шкале Протодьяконова в указанных зонах проведение буровзрывных работ осуществляют зарядами взрывчатых веществ с максимально допустимой массой одновременно взрываемых зарядов. Величину этой массы определяют путем расчета. Механическое разрушение горной породы забоя при диаметре ствола, равном 7 м, осуществляют посредством шнекового исполнительного органа 13 четырьмя кольцевыми штробами шириной по 900 мм путем поворота внутреннего цилиндра 16 со шнековым испонительным органом 13 и двумя заходками по 750 мм посредством осевого его перемещения. Разрушенную породу с помощью грейфера 8 погружают в бадью 26 и поднимают на поверхность. После очистки забоя монтажное кольцо 21 опускают на забой посредством трех лебедок, расположенных на поверхности, и устанавливают его на забой с помощью домкратов 25. Затем на верхний фланец монтажного кольца устанавливают очередное тюбинговое кольцо с помощью механизма 9 для возведения чугунной тюбинговой крепи и соединяют его с тюбинговой колонной 24, совмещая болтовые отверстия с помощью оправок и монтажных болтов с последующим их сбалчиванием. Через каждое второе тюбинговое кольцо осуществляют последующий тампонаж закрепного пространства посредством тампонажного комплекса 10. Для обеспечения гидроизоляции колонны швы между тюбингами зачеканивают свинцовой проволокой. Далее цикл повторяют. Для конкретных горногеологических условий протяженность зоны положения забоя с предельно возможной силой воздействия упругих волн на замораживающие колонки составила 14,2 м, которые были безаварийно пройдены за 5 суток. Крепость нижележащих пород - f<5 по шкале Протодьяконова, что позволило осуществить дальнейшую проходку ствола посредством предложенного комплекса разрушения горных пород.With this value of the coefficient k, a significant part of the energy will be reflected and added to the energy of the direct wave, which can cause the destruction of the columns. In this regard, it is necessary to determine the position of the face at which deformations (stresses) in the freezing columns reach the maximum permissible value. The stresses in the columns are estimated using strain gauges 11 located in the freezing wells 4 within 2.5 m above and below the contact boundary of the two media. The step of installing the strain gauges is selected from the condition that the measurement accuracy should be 5-10 times higher than one step of advancing the face, equal to 1.5 m. In this case, the step is chosen equal to 25 cm. To assess the degree of influence of the blast wave on the tightness of freezing columns the deformations of the columns are measured using strain gauges 11 and a measuring unit 12, followed by calculation of the stresses in the freezing columns 3. According to the measurement results, it was found that when the bottom reaches a distance of 2.5 m from the layer contact boundary to 1 m, the voltage in freezing columns increases to the maximum permissible value of 14 MPa. Upon reaching the maximum permissible stress values in the columns, the mode of rock destruction at the bottom is changed, in which the magnitude of the effect of elastic waves is reduced by switching to mechanical destruction of the rocks. With rock strength above the fifth category on the Protodyakonov scale in these zones, drilling and blasting operations are carried out with explosive charges with the maximum permissible mass of simultaneously exploded charges. The value of this mass is determined by calculation. The mechanical destruction of the face rock with a trunk diameter of 7 m is carried out by means of a screw actuator 13 with four annular gates with a width of 900 mm by turning the inner cylinder 16 with a screw rotor 13 and two passes of 750 mm each by axial movement. The destroyed rock using a grab 8 is immersed in a tub 26 and raised to the surface. After cleaning the face, the mounting ring 21 is lowered to the face using three winches located on the surface and installed on the face using jacks 25. Then, the next tubing ring is installed on the upper flange of the mounting ring using the mechanism 9 for erecting cast-iron tubing lining and connect it to tubing column 24, combining the bolt holes with mandrels and mounting bolts with their subsequent sbalkivaniya. Through each second tubing ring, subsequent cementing of the anchoring space is carried out by means of the grouting complex 10. To ensure waterproofing of the column, the joints between the tubing are rounded with lead wire. Next, the cycle is repeated. For specific mining and geological conditions, the length of the zone of the bottomhole position with the maximum possible force of elastic waves acting on the freezing columns was 14.2 m, which were accidentally covered in 5 days. The strength of the underlying rocks is f <5 on the Protodyakonov scale, which allowed for further penetration of the trunk by means of the proposed rock destruction complex.

Предложенный способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах и устройство для его осуществления позволили обеспечить безаварийность работы ледопородного ограждения в течение всего срока замораживания - 180 суток, а также достичь стабильной скорости проходки ствола не менее 45 м/мес. В результате этого сокращены сроки строительства ствола более чем на 40% и уменьшены материальные затраты на его строительство не менее чем в 1,5 раза.The proposed method of sinking vertical shaft shafts in flooded unstable rocks and a device for its implementation made it possible to ensure failure-free operation of the ice-rock fence during the entire freezing period - 180 days, as well as to achieve a stable shaft sinking speed of at least 45 m / month. As a result, the construction time of the trunk was reduced by more than 40% and the material costs for its construction were reduced by at least 1.5 times.

Источники информацииInformation sources

1. Книга «Трест «Шахтспецстрой» 60 лет деятельности и развития специальных способов проходки шахтных стволов». Москва, 2003 г., отпечатано в Джей Ти Принт, с.121.1. The book "Trust" Shakhtspetsstroy "60 years of activity and the development of special ways of sinking shaft shafts." Moscow, 2003, printed in JT Print, p. 121.

2. Книга Рудаков В.М. «Сооружение вертикальных и наклонных выработок в геологоразведке». Москва, Изд-во «КДУ» 2009 г., с.86 (прототип).2. Book of Rudakov V. M. "The construction of vertical and inclined workings in exploration." Moscow, KDU Publishing House 2009, p.86 (prototype).

3. Патент РФ №2095574, кл. E21D 1/12 от 02.10.1990 «Способ сооружения шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах»3. RF patent No. 2095574, cl. E21D 1/12 of 10/02/1990 "Method for the construction of shaft shafts in flooded unstable rocks"

4. Трупак Н.Г. «Замораживание пород при сооружении вертикальных шахтных стволов», Москва, Недра, 1983 г., с.126.4. Trupak N.G. “Freezing rocks during the construction of vertical shaft shafts”, Moscow, Nedra, 1983, p.126.

Claims (4)

1. Способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах, включающий замораживание пород, проведение буровзрывных работ, механизированную погрузку пород, крепление шахтного ствола чугунными тюбингами с последующим тампонажем закрепного пространства, отличающийся тем, что при проведении буровзрывных работ определяют зоны положения забоя с предельно возможной силой воздействия упругих волн на замораживающие колонки относительно границ контакта двух пород с различными физико-механическими свойствами, после чего осуществляют разрушение пород в этих зонах в режиме, обеспечивающем величину напряжений в замораживающих колонках, создаваемых упругими волнами, равную или меньшую максимально допустимого значения.1. The method of sinking vertical shaft shafts in flooded unstable rocks, including freezing rocks, drilling and blasting, mechanized loading of rocks, securing the shaft with cast-iron tubing with subsequent grouting of the confined space, characterized in that during drilling and blasting operations determine the position zone of the bottom with the maximum possible by the action of elastic waves on freezing columns relative to the contact boundaries of two rocks with different physical and mechanical properties, after what is the destruction of rocks in these zones in the mode, providing the magnitude of the stresses in the freezing columns created by elastic waves equal to or less than the maximum allowable value. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для разрушения пород в указанных зонах после проведения буровзрывных работ переходят на механическое разрушение пород.2. The method according to claim 1, characterized in that for the destruction of rocks in these zones after drilling and blasting operations, they switch to mechanical destruction of rocks. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для разрушения пород с крепостью выше пятой категории по шкале Протодьяконова в указанных зонах проведение буровзрывных работ осуществляют зарядами взрывчатых веществ с максимально допустимой массой одновременно взрываемых зарядов, при которой величина напряжений в замораживающих колонках, создаваемых упругими волнами при взрыве зарядов, имеет предельно допустимое значение.3. The method according to claim 1, characterized in that for the destruction of rocks with a fortress above the fifth category on the Protodyakonov scale in these zones, drilling and blasting operations are carried out with explosive charges with the maximum permissible mass of simultaneously exploded charges, at which the magnitude of the stresses in the freezing columns created elastic waves in the explosion of charges, has the maximum permissible value. 4. Устройство для проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах, содержащее систему замораживания пород, бурильную установку, грейферный погрузчик, механизм для возведения чугунной тюбинговой крепи, тампонажный комплекс, отличающееся тем, что оно снабжено тензодатчиками, установленными в замораживающих скважинах на определенном расстоянии относительно границ контакта двух пород с заданным шагом, измерительным блоком, расположенным на поверхности, и комплексом для механического разрушения горных пород, включающим шнековый исполнительный орган с приводом и механизм перемещения исполнительного органа, выполненный в виде двух концентрично установленных цилиндров, расположенных в сегменте поворотного кольца, образованном несущей балкой и перекрытием, жестко соединенными с кольцом, при этом внутренний цилиндр жестко связан с исполнительным органом через корпус его привода и установлен с возможностью осевого перемещения и вращения относительно внешнего цилиндра, жестко закрепленного в перекрытии, причем цилиндры снабжены фиксаторами положения, а поворотное кольцо расположено в пазу монтажного кольца с возможностью вращения посредством привода и звездочки, выступы которой взаимодействуют с пальцами поворотного кольца. 4. A device for sinking vertical shaft shafts in flooded unstable rocks, containing a system for freezing rocks, a drilling rig, a clamshell loader, a mechanism for erecting cast-iron tubing lining, a grouting complex, characterized in that it is equipped with strain gauges installed in the freezing wells at a certain distance relative to the boundaries of the contact of two rocks with a given step, a measuring unit located on the surface, and a complex for mechanical destruction of rocks, incl. a screw auger actuator with a drive and an actuator moving mechanism made in the form of two concentrically mounted cylinders located in a segment of a rotary ring formed by a carrier beam and an overlap rigidly connected to the ring, while the inner cylinder is rigidly connected to the actuator through its drive housing and installed with the possibility of axial movement and rotation relative to the external cylinder, rigidly fixed in the ceiling, and the cylinders are equipped with latches floor zheniya, a rotary ring disposed in the groove of the mounting ring rotatably supported by a drive sprocket and protrusions which interact with the fingers of the rotary ring.
RU2009128494/03A 2009-07-23 2009-07-23 Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation RU2398967C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128494/03A RU2398967C1 (en) 2009-07-23 2009-07-23 Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128494/03A RU2398967C1 (en) 2009-07-23 2009-07-23 Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2398967C1 true RU2398967C1 (en) 2010-09-10

Family

ID=42800565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009128494/03A RU2398967C1 (en) 2009-07-23 2009-07-23 Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2398967C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102322265A (en) * 2011-05-03 2012-01-18 新汶矿业集团有限责任公司 Mechanized excavating and constructing method of surface soil freezing section of vertical shaft
RU2534274C1 (en) * 2013-07-30 2014-11-27 Ибрагим Магомедович Паланкоев Method of sinking of vertical main shafts of unstable and waterflooded rocks
RU2547851C1 (en) * 2014-03-12 2015-04-10 Ибрагим Магомедович Паланкоев Method of cyclic sinking of vertical mine shafts and device for its implementation
RU2592580C1 (en) * 2015-01-30 2016-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" Method of well shaft construction, shaft sinking combine, rock destruction unit and reinforcing support erection device (versions)
CN108612559A (en) * 2018-05-18 2018-10-02 中铁二局集团有限公司 A kind of High-geotemperature tunnel reduces the method and heat sink of environment temperature
RU2685365C1 (en) * 2018-08-28 2019-04-17 Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" Method of mine shaft construction and a shaft-penetrating combine
CN114607385A (en) * 2022-04-18 2022-06-10 中国矿业大学 Construction method for drilling and sinking under protection of frozen wall

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU163373A1 (en) *
DE836338C (en) * 1950-02-03 1952-05-15 Braunkohlen Und Briketwerke Ro Method of freezing layers of earth by means of chemical substances for the purpose of sealing
SU476502A1 (en) * 1973-09-10 1975-07-05 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Acoustic method of quality control of ice barriers during the construction of underground objects
SU767351A1 (en) * 1978-12-15 1980-09-30 Кузнецкий Научно-Исследовательский Институт Строительства Угольных И Горнорудных Предприятий Shaft drilling rig
SU1027399A1 (en) * 1981-08-21 1983-07-07 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт По Осушению Месторождений Полезных Ископаемых,Специальным Горным Работам, Рудничной Геологии И Маркшейдерскому Делу Method of freezing rock
GB2160562A (en) * 1984-06-22 1985-12-24 Foraky Limited Ground-freezing method
SU1286774A1 (en) * 1985-08-20 1987-01-30 Московский Горный Институт Method of sinking mine shaft
RU2095574C1 (en) * 1990-10-02 1997-11-10 Специализированное производственное геологическое объединение по тампонажным и геологоразведочным работам "Спецтампонажгеология" Method for construction of mine shafts in watered unstable rocks

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU163373A1 (en) *
DE836338C (en) * 1950-02-03 1952-05-15 Braunkohlen Und Briketwerke Ro Method of freezing layers of earth by means of chemical substances for the purpose of sealing
SU476502A1 (en) * 1973-09-10 1975-07-05 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Acoustic method of quality control of ice barriers during the construction of underground objects
SU767351A1 (en) * 1978-12-15 1980-09-30 Кузнецкий Научно-Исследовательский Институт Строительства Угольных И Горнорудных Предприятий Shaft drilling rig
SU1027399A1 (en) * 1981-08-21 1983-07-07 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт По Осушению Месторождений Полезных Ископаемых,Специальным Горным Работам, Рудничной Геологии И Маркшейдерскому Делу Method of freezing rock
GB2160562A (en) * 1984-06-22 1985-12-24 Foraky Limited Ground-freezing method
SU1286774A1 (en) * 1985-08-20 1987-01-30 Московский Горный Институт Method of sinking mine shaft
RU2095574C1 (en) * 1990-10-02 1997-11-10 Специализированное производственное геологическое объединение по тампонажным и геологоразведочным работам "Спецтампонажгеология" Method for construction of mine shafts in watered unstable rocks

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102322265A (en) * 2011-05-03 2012-01-18 新汶矿业集团有限责任公司 Mechanized excavating and constructing method of surface soil freezing section of vertical shaft
RU2534274C1 (en) * 2013-07-30 2014-11-27 Ибрагим Магомедович Паланкоев Method of sinking of vertical main shafts of unstable and waterflooded rocks
RU2547851C1 (en) * 2014-03-12 2015-04-10 Ибрагим Магомедович Паланкоев Method of cyclic sinking of vertical mine shafts and device for its implementation
RU2592580C1 (en) * 2015-01-30 2016-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" Method of well shaft construction, shaft sinking combine, rock destruction unit and reinforcing support erection device (versions)
CN108612559A (en) * 2018-05-18 2018-10-02 中铁二局集团有限公司 A kind of High-geotemperature tunnel reduces the method and heat sink of environment temperature
RU2685365C1 (en) * 2018-08-28 2019-04-17 Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" Method of mine shaft construction and a shaft-penetrating combine
WO2020046175A1 (en) 2018-08-28 2020-03-05 Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" Mine shaft construction method and shaft sinking machine
CN114607385A (en) * 2022-04-18 2022-06-10 中国矿业大学 Construction method for drilling and sinking under protection of frozen wall

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2398967C1 (en) Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation
Sinha Underground structures: design and instrumentation
CA2649850A1 (en) Method of drilling from a shaft for underground recovery of hydrocarbons
CN103835661A (en) Local excavation pre-supporting raise boring technology
CN109000525A (en) A kind of shield driving upper-soft lower-hard ground presplit blasting construction method
CN110656947A (en) Method for tunneling raised section of seabed bedrock
Zhang et al. Challenges of shaft drilling in broken rock masses with a large raise boring machine in confined underground space: A case study
Buktukov et al. New solutions for mechanized small diameter shaft sinking for residual oil production
US12421802B2 (en) Method and system for mining
WO2025218362A1 (en) Combined excavation method for shaft in soft-over-hard composite strata
CN114645715A (en) Interval shield launching and receiving construction method
CN115199284A (en) Surrounding rock control method for intelligent tunneling of open-type full-face tunneling machine
Haswell Thames Cable Tunnel.
Yatimov et al. Consolidation of rocks in chamber workings and tunnels during the construction of underground hydroelectric power plants
Cashman et al. Groundwater control for tunnelling projects
RU2534274C1 (en) Method of sinking of vertical main shafts of unstable and waterflooded rocks
Zhang et al. Experimental study ON the joint application OF innovative techniques for the improved drivage OF roadways at depths over 1 KM: a case study
Itoh et al. A new urban tunnelling method adopted to the soft ground with high groundwater level
RU2558085C1 (en) Method of driving of vertical mine shafts in flooded unstable rocks
Palmstrom Engineering geology and rock engineering applied in the design of Norwegian tunnels
Songa et al. Application of Raise Boring Crossing Technology in Domestic Oil and Gas Pipeline Project
Wang et al. Jacking Construction
Bennet et al. Tunnels
Obuchowska The application of Wassara Hammer and Mudmotor steering drilling methods
Unlutepe et al. Predicted and observed ground deformations due to TBM tunnel excavations on the Izmir Metro Project (Stage 1)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140724