RU2026494C1 - Method for driving horizontal mine workings - Google Patents

Abstract

FIELD: mine construction. SUBSTANCE: before driving mine working, drilled from day surface are injection holes into rock mass in a row along working axis down to its floor. Hole axes are inclined relative to working axis at an angle of 40-50 deg. Then, during injection of self-hardening grout in consolidation zone, inclined walls are formed to layer strengthening of rock mass, which may be made by, e.g., hydraulic fracturing. Inclined walls are transverse relative to direction of route. Consolidated section may be driven simultaneously with consolidation of rock mass in front of face. Space between holes is calculated by known methods with consideration of natural self-supporting for given rocks precluding development of pressure arch between walls. EFFECT: higher efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к горному, транспортному и инженерному строительству. The invention relates to mining, transport and engineering construction.

При проходке горизонтальных горных выработок неглубокого заложения, особенно в условиях плотной городской застройки, в неустойчивых рыхлых породах необходима предварительная укрепительная стабилизация этих пород для предотвращения обрушения свода выработки и забоя от нагрузки массы столба грунта над обнажением кровли. When driving horizontal shallow excavations, especially in dense urban areas, in unstable loose rocks, preliminary strengthening stabilization of these rocks is necessary to prevent collapse of the excavation arch and slaughter from the load of the mass of soil column above the exposure of the roof.

Известен способ проходки горизонтальных горных выработок и предварительным сплошным замораживанием пород в кровле из вертикальных или наклонных скважин, пробуренных с поверхности [1]. Но этот способ применим в водонасыщенных грунтах и является одним из самых трудоемких и дорогих. There is a method of driving horizontal mine workings and preliminary continuous freezing of rocks in the roof from vertical or deviated wells drilled from the surface [1]. But this method is applicable in water-saturated soils and is one of the most time-consuming and expensive.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ проходки горизонтальных выработок, например тоннелей, включающий химическое закрепление массива рыхлых неустойчивых пород по трассе выработки до начала проходческих работ. Для этого бурят инъекционные скважины с поверхности в зону закрепления под любым углом к оси выработки. Скважины располагают на таком расстоянии друг от друга, чтобы гарантировать сплошность закрепления пород над кровлей и в забое при нагнетании твердеющего раствора через скважины [2] . Недостатками данного способа являются большие объемы бурения и расходы дорогостоящих химических твердеющих растворов. Closest to the technical nature of the proposed is a method of sinking horizontal workings, for example tunnels, including chemical fastening of an array of loose unstable rocks along the production route before the start of tunneling work. For this, injection wells are drilled from the surface into the fixation zone at any angle to the axis of production. Wells are positioned at such a distance from each other to ensure continuity of rock fixation above the roof and in the bottom when injection of the hardening solution through the wells [2]. The disadvantages of this method are the large volumes of drilling and the cost of expensive chemical hardening solutions.

При условии сплошности закрепления скважины приходится располагать по трассе выработки по несколько штук в рядах, поперечных направлению трассы. Given the continuity of the fixing of the well, it is necessary to place several pieces along the production route in rows transverse to the direction of the route.

Цель изобретения - сокращение объема бурения и расхода твердеющего раствора при обеспечении устойчивости приконтурного массива неводоносных пород за счет перераспределения вертикальной нагрузки над забоем. The purpose of the invention is to reduce the volume of drilling and the flow rate of the hardening solution while ensuring the stability of the near-edge array of non-aquiferous rocks due to the redistribution of the vertical load over the face.

Достигается это тем, что в известном способе, включающем опережающее закрепление рыхлых пород по трассе выработки путем бурения инъекционных скважин с поверхности в зону закрепления, нагнетания твердеющего раствора в эту зону и последующую проходку выработки, при бурении оси скважин ориентируют в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось выработки и наклонно к ее оси под углом 40-50о, а при нагнетании твердеющего раствора через эти скважины закрепление массива пород по трассе выработки над кровлей забоя и впереди него осуществляют послойным путем формирования наклонных стен, поперечных направлению трассы. This is achieved by the fact that in the known method, comprising advancing the consolidation of loose rocks along the production route by drilling injection wells from the surface into the fixing zone, injecting a hardening solution into this zone and subsequent drilling penetration, when drilling the axis of the wells, they are oriented in a vertical plane passing through the longitudinal the axis of the excavation and is inclined to its axis at an angle of 40-50 °, and when injecting a hardening solution through these wells, the rock mass is secured along the production route above the bottom of the face and in front of it They are layered by forming inclined walls transverse to the direction of the route.

На фиг.1 показана фаза сооружения наклонных скважин, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, опережающих проходку выработки, продольный разрез; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.3; на фиг.4 - графики изменения нагрузки на часть стены, на обнажение кровли и изменения длины скважины в зависимости от изменения угла наклона скважины (стены). Figure 1 shows the phase of the construction of deviated wells, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same, ahead of the excavation of the excavation, a longitudinal section; figure 3 is a section aa in figure 3; figure 4 - graphs of changes in the load on part of the wall, on the exposure of the roof and changes in the length of the well depending on the change in the angle of inclination of the well (wall).

Перед входом горизонтальной выработки (тоннеля) 1 в малосвязные неводоносные рыхлые породы (пески) 2 по трассе бурят в один ряд скважины 3 под углом 40-50^о к оси (фиг.1), через эти скважины осуществляют послойное закрепление столба пород 4 над забоем и впереди его путем формирования, например, направленным гидроразрывом наклонных стен 5, поперечных направлению трассы выработки. Стены выполняют из отвердевших химических растворов в массиве.Before entering the horizontal production (tunnel) in the 1 malosvyaznye nevodonosnye loose rock (sand) 2 on the track are drilled in one row of wells 3 at an angle ^of 40-50 to the axis (1), via these wells is carried layerwise consolidation of rock pillar 4 over slaughter and in front of it by forming, for example, directed fracturing of inclined walls 5 transverse to the direction of the production path. Walls are made of hardened chemical solutions in an array.

На фиг. 4 видно, что угол наклона инъекционных скважин и образованных стен следует выполнять в пределах 40-50^о, так как при этом обеспечиваются наименьшая длина L скважины и соответственно малые нагрузки от массы столба 4 породы на площадь стены V_c и на кровлю выработки V_к (фиг.2). Так, при угле наклона в 30^о длина скважин, т.е. и объем бурения, возрастает почти в два раза, а нагрузка на крепь кровли и стену уменьшается всего на 20-25%, при угле наклона в 60^о длина скважин уменьшается несущественно, но нагрузки на кровлю V_к возрастают в 1,5-2 раза (фиг.4).In FIG. 4 shows that the angle of injection wells and walls formed should be performed within ^about 40-50, as this provides the least length L smaller wells and correspondingly the load of the mass of the column 4 to rock wall area V _c and V _to produce the roof ( figure 2). So, at an inclination angle of 30 °, ^the length of the wells, i.e. and the drilling volume increases almost twofold, and the load on the roof support and wall decreases by only 20-25%, when the angle of inclination is 60 °, ^the length of the wells decreases insignificantly, but the load on the roof V _k increases by 1.5-2 times (figure 4).

П р и м е р. Коллекторный тоннель 1 диаметром 3 м проходят на глубине 9 м в песках 2 с естественной влажностью. Для их стабилизации с поверхности земли впереди забоя тоннеля в один ряд вдоль его оси через 1-1,5 м бурят скважины 3 под углом к оси ≈ 45^о до подошвы забоя. Затем способом направленного гидроразрыва (авт.св. N 1033751) из этих скважин сооружают наклонные стены 5 в песке 2 поперек трассы тоннеля 1 из химических твердеющих растворов. В результате над каждой заходной выработки вертикальный девятиметровый столб 4 песка с общей нагрузкой Р оказывается разделенным на 3-4 части (минимум на две части), нагрузка от которых перераспределяется в массиве. В результате на кровлю забоя действует давление V_к в несколько раз меньше, чем нагрузка Р.PRI me R. The collector tunnel 1 with a diameter of 3 m runs at a depth of 9 m in sands 2 with natural humidity. To stabilize them from the ground ahead of the tunnel face in a row along the axis of 1-1,5 m 3 is drilled at an angle to the axis ^of ≈ 45 to bottom sole. Then, using directional hydraulic fracturing (ed. St. N 1033751), inclined walls 5 in sand 2 are constructed from these wells across the path of tunnel 1 from chemical hardening solutions. As a result, a vertical nine-meter column of sand 4 with a total load P is divided over into 3-4 parts (at least two parts), the load of which is redistributed in the massif above each input mine. As a result, the pressure V _k is several times less than the load R.

Шаг между скважинами в ряду выбирается из расчета (по известным методикам) не более пролета свода естественного равновесия для данных пород, исключающего развитие свода обрушения между стенами в массиве. В результате такого послойного закрепления обеспечивается достаточная безопасность работ и снимаются объем бурения скважин и расход твердеющего раствора. По сравнению с прототипом объем бурения сокращается за счет размещения всего одного ряда скважин вдоль продольной оси, вместо 4-6 рядов, а снижение расхода твердеющего раствора подтверждается следующим расчетом. При нагнетании раствора по известному способу расходуется 270 л на одну скважину. На шаг проходки в 1,5 м бурят два поперечных ряда скважин по 5 шт. Тогда расход составит 270 л, 2,5 = 2700 л. В предлагаемом способе на этот же шаг образуют одну стену шириной 4 м, толщиной 0,1 м, высотой (по наклону) L =

=

= 12 м. Объем стены 4 х 12 х 0,1 = 4,8 м³. При расходе на 1 м³ =250 л раствора расход составит 4,8˙250 = 1200 л, т.е. снижение расхода раствора на 1 шаг проходки составит 2700 - 1200 = 1500 л.The step between the wells in the row is selected from the calculation (by known methods) of no more than the passage of the arch of natural equilibrium for these rocks, excluding the development of the arch of collapse between the walls in the massif. As a result of such layer-by-layer fixing, sufficient work safety is ensured and the volume of well drilling and the flow rate of the hardening solution are removed. Compared with the prototype, the drilling volume is reduced due to the placement of only one row of wells along the longitudinal axis, instead of 4-6 rows, and the decrease in the flow rate of the hardening solution is confirmed by the following calculation. When injecting the solution by a known method, 270 liters are consumed per well. At a step of penetration of 1.5 m, two transverse rows of wells of 5 pcs are drilled. Then the consumption will be 270 liters, 2.5 = 2700 liters. In the proposed method, at the same step, they form one wall with a width of 4 m, a thickness of 0.1 m, and a height (tilt) L =

=

= 12 m. The volume of the wall is 4 x 12 x 0.1 = 4.8 m ³ . With a flow rate of 1 m ³ = 250 l of solution, the flow rate will be 4.8˙250 = 1200 l, i.e. a decrease in the flow rate of the solution by 1 step of penetration will be 2700 - 1200 = 1500 l.

Использование предлагаемого способа позволит при обеспечении безопасности проходки уменьшить затраты трудовые и материальные и ускорить проходку за счет одновременности операций опережающего закрепления будущей заходки и проходки уже закрепленного участка. Using the proposed method, while ensuring the safety of penetration, will reduce labor and material costs and accelerate penetration due to the simultaneous operations of anticipating the future entry and penetration of an already secured section.

Claims (1)

СПОСОБ ПРОХОДКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК неглубокого залегания в рыхлых породах в условиях плотной застройки, включающий опережающее закрепление рыхлых пород по трассе выработки путем бурения инъекционных скважин с поверхности в зону закрепления, нагнетания твердеющего раствора в эту зону и последующую проходку выработок, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, при бурении оси инъекционных скважин ориентируют в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось выработки и наклонно к ее оси под углом 40 - 50^o, а при нагнетании твердеющего раствора в зону закрепления осуществляют послойное закрепление массива пород путем формирования над забоем и впереди него из инъекционных скважин наклонных стен, поперечных направлению трассы выработки, с шагом, не превышающим пролета свода естественного равновесия пород при данной величине незакрепленного забоя выработки.METHOD FOR PASSING HORIZONTAL MOUNTAIN PRODUCTIONS of shallow bedding in loose rocks under tight development conditions, including advancing fastening of loose rocks along the production route by drilling injection wells from the surface into the fixing zone, injecting a hardening solution into this zone and subsequent drilling of the workings, which In order to increase the efficiency of the method, when drilling the axis of injection wells, they are oriented in a vertical plane passing through the longitudinal axis of the mine and inclined to its axis at an angle scrap 40 - 50 ^o , and when injecting the hardening mortar into the fixing zone, layer-by-layer fixing of the rock mass is carried out by forming inclined walls transverse to the direction of the production path above the bottom from the injection wells and in increments not exceeding the passage of the arch of natural rock balance at a given value loose working face.

Images