S&T (Super Tehnology)

Способ искусственного замораживания горных пород состоит в том, что в водоносных породах вокруг места расположения будущего шахтного ствола образуют временное цилиндрическое ограждение, защищающее ствол от проникновения в него воды или плывуна во время его проходки.

Ледогрунтовое ограждение должно выдерживать гидростатическое давление воды и давление горных пород, что достигают соответствующим понижением температуры. Толщина ледопородного цилиндра (ограждения) определяется расчетом.

Получение холода для образования ледопородного цилиндра достигается двумя способами: растворением газов в жидкости и последующим выпариванием газов (абсорбционный способ) или посредством сжатия газов компрессорами (компрессионный способ). Для осуществления указанного процесса требуются вещества, которые способны переходить из одного состояния в другое в короткий промежуток времени. Такие вещества называют холодильными агентами. Для замораживания горных пород в качестве холодильных агентов применяют аммиак, углекислоту, фреон.

Для образования ледогрунтового ограждения вокруг ствола через толщу водоносных пород бурят скважины, в которые опускают замораживающие трубы с герметически закрытыми нижними концами. В замораживающие трубы опускают трубы меньшего диаметра, называемые питающими. Нижний конец питающих труб открыт и не доходит до основания замораживающих труб на 400-500 мм.

Принципиальная схема замораживания вмещающих пород приведена на рис. 12.14. В верхней части замораживающую трубу снабжают головкой, через которую пропускают две трубы малого диаметра: через одну подают охлаждающий рассол и питающую трубу (ее присоединяют к трубопроводу- распределителю 6, подводящему охлаждающий рассол от замораживающей станции); другую присоединяют к коллектору 7, по которому отводят отработанный рассол. Устройство 1, состоящее из замораживающей и питающей труб с головкой, называют замораживающей колонкой.

Замораживающие колонки и магистральные трубопроводы заполняют рассолом, не замерзающим при низких температурах. Рассол охлаждают на замораживающей станции и насосом 2 через прямой рассолопровод 4 нагнетают в распределитель 6. Отсюда рассол поступает в питающие трубы замораживающих колонок. По достижении основания колонки рассол под давлением, создаваемым насосом, поднимается по кольцевому пространству между питающей и замораживающей трубами. Во время движения рассола по кольцевому пространству происходит теплообмен между рассолом и замораживаемой горной породой. Рассол отнимает тепло от горных пород, окружающих замораживающую колонку, и понижает их температуру.

По выходе из замораживающей колонки рассол поступает в коллектор 7, а из последнего через обратный рассолопровод 5 на замораживающую станцию - в испаритель 3, где он снова охлаждается, а затем цикл повторяется.

Для бурения замораживающих скважин применяют следующие буровые станки: АВБ-3-100, УРБ-3АМ, турбобуровые и др.

На работах по замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов применяют буровую установку типа УРБ-ЗАМ (установка разведочного бурения №3), предназначенную для бурения скважин глубиной до 300 м с бурильными трубами диаметром 72 мм и глубиной до 500 м с бурильными трубами диаметром 76 мм.

Все части буровой установки, включая мачту, смонтированы на автомашине МАЗ-200 и транспортируются в собранном виде, не требуя монтажа и демонтажа (рис. 12.15). Полная масса комплекта буровой установки 3,56 т.