Заморожування порід
Шляхом створення навколо майбутнього стовбура шахти низьких температур можна утворити крижаний порожнистий циліндр, усередині якого можлива проходка стовбура звичайним способом.
Для цього навколо стовбура бурять свердловини, в які опускають два стави, що входять один до одного, труб. По внутрішнім трубам в свердловину надходитьохолодний розчин,тому їх називаютьживильними.По кільцевому простору між живильними і зовнішніми трубами розчин піднімається по свердловині, відбираючи тепло від навколишніх порід. Тому зовнішні труби називають заморожуючими.
Діаметр (внутрішній) живильних труб зазвичай приймають рівним 25-50мм, а заморожують - 100-114мм.
При тривалому нагнітанні в колонки, що заморожують, охолоджуючих розчинів навколо них поступово утворюються циліндри заморожених порід, які через деякий час замикаються, утворюючи навколо стовбура суцільний льодопородний порожнистий циліндр.
При заморожуванні порід як охолодний розчин (розсолу) найчастіше застосовують водні розчинихлористого кальціюз питомою вагою 1,23-1,25г/см 3 ,температура замерзання якого дорівнює -28 -35 ° С.
Також для нагнітання використовуютьсяхладагенти(аміак, вуглекислота та інші). Насправді найбільше застосування отримав аміак, у якому холодильна установка виходить простіший.
Мал. 147. Схема установки, що заморожує:
1 - випарник; 2 - насоси; 3 - прямий розсолопровід; 4 - колектор; 5 - колонки, що заморожують; 6 - розподільник; 7 - зворотний розсолопровід; 8 - двоступінчастий компресор; 9 - конденсатор; 10 - льодородний циліндр
Проходка ствола способом заморожування включає буріння свердловин, що заморожують; монтаж колонок, що заморожують; заморожуванняпорід; проходку та кріплення ствола під захистом льодородного циліндра; розморожування порід; ліквідацію свердловин, що заморожують.
Глибина, до якої заморожують породи, залежить від глибини залягання водоносних порід та стовбура, фізико-механічних властивостей гірських порід та інших факторів. Свердловини, що заморожують, повинні бути обов'язково заглиблені у водотривкі породи. Величина цього заглиблення залежить від властивостей водотривкого пласта, його потужності, міцності та наявності під ним водоносних порід з напірними водами і коливається від 2 до 10 м2.
У разі відсутності водотривких порід на глибині, до якої проходять стовбур, в його підставі створюють подушку із заморожених порід за допомогою свердловин, що заморожують, пробурюваних в контурі перерізу стовбура.
У процесі заморожування порід розрізняють два періоди: утворення льодопородного циліндра та підтримання його у замороженому стані.
Перший називаютьактивним,а другий -пасивним заморожуванням.
Тривалість активного заморожування порід визначають часом, необхідним створення льодопородного циліндра заданої товщини, а пасивного — часом, необхідним проходку і кріплення стовбура. Закінчення заморожування порід, що відповідає замиканню льодопородного циліндра та зниження температури порід до заданої, встановлюють розрахунком кількості відданого породам холоду та по контрольних свердловинах.
Стовбур у заморожених породах проходять так само, як і за звичайного способу. Порода всередині льодопородного циліндра зазвичай знаходиться в талому стані, але може бути частково або повністю замороженою. Для вилучення порід зазвичай застосовують пневматичні відбійні молотки. Виїмку породи буропідривним способом застосовують у міцних заморожених породах. При цьому необхідно дотримуватись заходівобережності, щоб вибухом не викликати порушення стінок порожнього льодородного циліндра. За правилами безпеки шпури слід розташовувати на відстані не менше 300 мм від стінки стовбура в проходці.
Кріплення при проходці стволів із заморожуванням порід виробляють бетоном, залізобетонними та металевими тюбінгами. Найбільше застосування отримала бетонне та металеве (тюбінгове) кріплення. При приготуванні бетону вводяться різні хімічні добавки (хлористий натрій, поташ та ін), що дають можливість бетону придбати необхідну міцність та водонепроникність за умов негативних температур.
Відтавання порідпроводиться після закінчення проходки та кріплення стовбура штучним або природним способом. У першому випадку температура розсолу підвищується на 1-2 ° на добу і поступово доводиться до +20 -25 °. Природне відтавання заморожених порід не рекомендується застосовувати в дуже слабких породах і при потоці підземних вод, що рухається, так як при цьому може статися нерівномірне відтавання льодопородного циліндра, внаслідок чого кріплення стовбура буде відчувати нерівномірний тиск.
Після відтавання порід демонтують заморожуючу станцію і витягують труби, що заморожують, а свердловини заповнюють тампонажним розчином.
Середня швидкість при проходженні стовбурів із заморожуванням порід складає 30—35м/місяць. Дорогобузька» - 81м/місяць.
Штучне заморожування порід можна застосовувати для проходки стовбурів як у слабких, так і в міцних породах за будь-якої глибини їх залягання.