Меры защиты горных выработок при депрессионных деформациях массива

Наибольшим деформациям при водопонижении подвергаются толщи осадочных пород или слабых пород коры выветривания. В этих толщах, как правило, располагаются вертикальные стволы шахт и скважины, и реже — наклонные выработки. Наиболее радикальной мерой, позволяющей сохранить горные выработки и их крепь, является сооружение их после водопонижения и по истечении периода активной депрессионнои консолидации массива пород.

В настоящее время предложенные методики позволяют с погрешностью 25—35% прогнозировать интервалы изменения нагрузок и соответствующих им деформаций, а также скорости развития этих процессов на стадии проектирования горного предприятия. В результате составляются календарные планы водопонизительных работ и увязанных с ними последующих работ по проходке выработок, вскрывающих месторождения.

Однако, часто горные выработки по разным причинам приходится проходить в периоды активной стадии депрессионнои консолидации осушаемой толщи пород (или до водопонижения вообще). В этом случае, в зависимости от местоположения стволов шахт или скважин, на участках мульды сдвижения крепь горных выработок защищают от дополнительно возникающих вертикальных и горизонтальных нагрузок и деформаций.

В таких случаях приходится принимать конструктивные решения, позволяющие предупреждать повреждения в крепи скважин и вертикальных стволов.

С этой целью в обсадной колонне скважин устанавливают компенсаторы осевых деформаций от продольных усилий сжатия (узлы вертикальной податливости).

Узел податливости представляет собой телескопическую систему (рис. 9.10), устанавливаемую на обсадной колонне (крепи) скважины на расчетном интервале глубин.

Рис. 9.10. Узел вертикальной податливости крепи скважин:

а — продольный разрез устройства для предотвращения разрушения обсадных колонн до приложения усилия; б — то же, после приложения усилия; 1 и 7 - обсадные трубы; 2 – втулка; 3 – кожух; 4 - стенка кожуха; 5 - эластичный элемент (выполнен, например, из керамзита); 6 – патрубок; 8 - затрубный цементный камень; 9 - торец кожуха; 10 – скважина.

Устройство для предотвращения разрушения обсадных колонн состоит из телескопически соединенных втулки и патрубка, жестко связанных с обсадными трубами, и кольцевого эластичного элемента, расположенного на наружной поверхности патрубка и снабженного кожухом. Один конец последнего жестко связан с патрубком, стенка выполнена из легкого деформирующегося материала.

Вертикальные нагрузки на крепь скважин, которые сооружены в зонах активных деформаций горных пород, в результате релаксации развиваются постепенно и с течением времени возрастают до величины, в несколько раз превышающей прочность обсадных труб. Предлагаемое устройство за счет деформации эластичного пористого элемента и возможности осевого перемещения верхней секции обсадных труб совместно с затрубным цементным камнем по отношению к нижней снимает нагрузки по мере их накопления, тем самым предотвращая обсадные трубы от разрушения и сохраняя затрубный цементный камень.

Объем эластичного пористого элемента, определяющий величину перемещений Н, в каждом конкретном случае определяется, исходя из прогнозируемой величины осадки пород. Она с некоторым запасом (порядка 25%) принимается на основании расчета осадок конкретного дренируемого пласта в результате депрессионной консолидации пород.

В скважинах рекомендуется узлы податливости устанавливать на контактах водоносных и водонепроницаемых пластов.

Принципиально аналогичную конструкцию имеют разработанные и установленные в крепи вертикальных шахтных стволов узлы податливости на Южно-Белозерском и Яковлевском железорудных месторождениях.

От возникающих при депрессионной консолидации пород дополнительных горизонтальных (радиальных) нагрузок крепь вертикальных стволов и скважин защищают увеличением сопротивляемости (прочности) ее в указанных направлениях. Один из способов реализации этой задачи — расчет, конструирование и установка многослойных крепей. Возникающие дополнительные горизонтальные нагрузки вынуждают усиливать крепь скважин (стволов). Например, вместо двухслойных крепей скважин (колонна — бетон) или стволов (тюбинги — бетон) используют трехслойные крепи: для скважин —колонна — бетон — колонна; для стволов — тюбинги — бетон — тюбинги.