Вопрос №44 (Процессы подготовки массива пород к выемке: осушение, разупрочнение, упрочнение, выщелачивание)

ОСУШЕНИЕ МАССИВОВ

Обводненность массивов горных пород вызывает снижение их несущей способности, сползание бортов карьеров и отвалов, прилипание и примерзание породы к механизмам, пучение и другие отрицательные явления. Осушением достигается упрочнение горных пород, повышение их устойчивости и т. д.

Так как процесс осушения связан с распространением воды в породах, ее накоплением и удалением из пород, в расчетах систем осушения непосредственно используются гидравлические характеристики пород —- коэффициенты фильтрации и водопроницаемости, а также естественная влажность и водоотдача горных пород.

Для восстановления водопритока применяют методы, увеличивающие проницаемость массива пород, — торпедирование, простреливание, гидравлический разрыв пласта, соляно-кислотную обработку скважин и т. д.

РАЗУПРОЧНЕНИЕ ПОРОД

Разупрочнение (ослабление) пород — технологический процесс, применяемый с целью либо исключения буровзрывных работ, либо повышения их эффективности. Ослаблению чаще всего подвергают мерзлые горные породы. Как известно, из-за смерзаемости рыхлых и связных пород вскрышные работы, открытая добыча мягких и влажных руд, глин, песка, гравия в зим-нее время затруднены.

Подготовка горных пород к выемке в зимний период включает три группы мероприятий: предотвращение смерзания пород; оттаивание пород; рыхление смерзшихся пород.

УПРОЧНЕНИЕ ПОРОД

При упрочнении используют физические явления уплотнения пород в результате тампонажа, искусственного замораживания, химических и электрохимических реакций, плавления, а также воздействия ударных волн.

Тампонаж пород состоит в нагнетании через скважины в закрепляемый массив под давлением тампонажного раствора, способного вытеснить из трещин и пустот воду, заполнить их и затвердеть; по типу используемых растворов тампонаж подразделяют на цементацию, глинизацию и битуминизацию.

Искусственное замораживание широко используется при проходке шахтных стволов и подземных выработокв обводненных и рыхлых породах.

Закрепление пород химическим воздействием (силикатизация) заключается в том, что в породу нагнетают два химических раствора (коллоидный раствор силиката натрия — жидкое стекло и раствор хлористого кальция). Растворы вступают в реакцию между собой, в результате которой выделяется гидрогель кремневой кислоты, закрепляющий породу. Получившаяся прочная масса не растворяется в воде.

Электрохимическое закрепление осуществляют путем пропускания постоянного электрического тока через влажные породы. В результате реакции калий и натрий, имеющиеся в насыщающих породу водах, замещаются водородом и алюминием или железом и в породе образуются гидраты окиси металлов

При электроплавлении водоносные пески нагревают пропусканием электрического тока до температуры 1700— 1800 °С, в результате чего песок расплавляется. Остывшая масса образует стекловидное вещество высокой прочности, водонепроницаемое и не разрушаемое агрессивными растворами.

Уплотнение пород взрывом применяется для создания и одновременно укрепления различных полостей в массивах связных пород — лёссах, глинах и суглинках.