Проходка вертикальных стволов с применением опускной крепи

ВЕРТИКАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ПРОВЕДЕНИЯ

Глава 13

Бурение скважин большого диаметра

Скважины диаметром 0,3–3 м бурятся для проветривания шахт, штолен, прокладки коммуникаций, доставки крепежных материалов и пр. Бурение скважин может вестись сплошным или кольцевым забоем. При сплошном бурении применяются установки типа РТБ (реактивно-турбинные): РТБ-1,02; РТБ-1,2; РТБ-1,72; РТБ-2,08; РТБ-2,25; РТБ-2,6; РТБ-3,2; РТБ-4,3; РТБ-6,2 и др. Диаметр бурения скважин этими установками от 1,02 до 6 м и глубина бурения до 1000 м. Бурение может производиться в породах с коэффициентом крепости f = 6−12. В комплект установки входят буровая вышка, лебедка, ротор, талевая система, вертлюг и реактивно-турбинный бур. Реактивно-турбинный бур РТБ-6М состоит из четырех параллельно расположенных турбобуров, жестко соединенных между собой траверсой и внизу плитой с четырьмя отверстиями. В траверсе закреплен переходник к бурильным трубам, а в продольной оси траверсы имеется канал, по которому подается глинистый раствор в турбобур. На переходнике турбобура укрепляют трехшарошечное долото. По окончании бурения скважины стенки ее закрепляют металлическими обечайками, собираемыми в отдельные секции высотой по 50 м. Технические скорости бурения скважин установками РТБ изменяются в пределах 40–130 м/мес.

Институтом ВНИИБТ создана буровая установка УРТБ-6,2 для бурения стволов диаметром 6,2 м на глубину до 1000 м. Техническая скорость бурения 100 м/мес. Установленная мощность двигателя 4160 кВт. Масса установки 785 т.

Опускную крепь (рис. 119, а, б) можно применять в следующих условиях: мощность водонасыщенных грунтов не должна превышать 10 м, а напор подземных вод водонасыщенного пласта – 10 мм вод. ст.; в проходимых грунтах должны отсутствовать включения валунов размерами в поперечнике более 10 см; под водонасыщенными грунтами должен залегать пласт водонепроницаемой горной породы мощностью не менее 3 м; глубина залегания неустойчивых пород не должна превышать 30 м от поверхности земли.

Опускная крепь может быть круглой, эллиптической или прямоугольной формы. Она состоит из режущего башмака и стенок опускного цилиндра (рис. 119, а).

Режущий башмак служит для облегчения погружения опускной крепи в грунт, он изготавливается из чугуна или железобетона. На нем возводят стенки опускной крепи. Стенки опускной крепи могут быть бетонными, железобетонными, чугунными и стальными. Бетонную крепь применяют при мощности водонасыщенного пласта не более 20 м, при большей мощности используют железобетонную или металлическую опускную крепь.

Рис. 119. Опускная крепь:

а – г – последовательные стадии проходки водонасыщенного слоя (неустойчивых пород). 1 – режущий башмак; 2 – опускная крепь; 3 – опорный венец

В неустойчивых грунтах опускная крепь погружается под тяжестью собственной массы, в более плотных грунтах создается динамическая нагрузка с помощью вибраторов; при металлической или железобетонной опускной крепи осевая нагрузка создается с помощью винтовых или гидравлических домкратов.

Работы по проходке с опускной крепью усложняются при наличии валунов и крепких прослоек в слабых водоносных грунтах.

Для уменьшения трения опускной крепи огрунт в пространство между крепью и грунтом подают воду, сжатый воздух, глинистый раствор. Раствор подается по трубам, заделанным в бетонную стенку опускной крепи с выходом под режущий башмак.

В Японии разработан способ опускания одного цилиндра длиной до 150 м. Для уменьшения трения цилиндра о грунт внешняя поверхность опускного цилиндра окружается оболочкой сжатого воздуха, которая создается при помощи воздушных карманов, устраиваемых с наружной стороны железобетонного опускного цилиндра. В карманы имеют выход трубы для сжатого воздуха.

С 1969 г. стали широко применять опускную крепь в тиксотропной рубашке (растворенная бентонитовая глина в воде). Для создания такой рубашки в стенке опускной крепи заделывают 24 вертикальные скважины.

В коллектор, устроенный в башмаке, по скважинам нагнетают воду или воздух под давлением для подмыва грунта вокруг режущего башмака. Верхний коллектор предназначен для распределения тиксотропного раствора, поступающего в пространство между крепью и грунтом. Скорость проходки шахтных стволов способом опускной крепи изменяется от 1 до 8–10 м/мес.

В практике ведения геологоразведочных работ известны случаи проходки шурфов значительной глубины по песчано-галечниковым отложениям. В таких условиях может быть применен способ проходки с металлической опускной крепью. Крепь состоит из нескольких телескопических секций.

Первая секция телескопической крепи опускается на глубину 1,5 м, но так, чтобы не менее 0,3 м ее находилось в основной крепи.

Нижерасположенные секции подвешиваются и удерживаются канатами, прикрепленными к постоянной части крепи. Нижняя секция углубляется в коренную породу и прочно укрепляется. Секции перекрывают друг друга на 100 мм, и в местах сопряжений крепь усиливается расклинивающими брусьями.