способ проходки шахтных стволов

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОХОДКИ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ, включающий бурение водоспускных скважин над подземными выработками, установку в скважинах обсадных и фильтровых труб, образование в скважинах фильтра из гравийной засыпки, извлечение обсадных труб и проведение шахтного ствола, отличающийся тем, что водоспускные скважины располагают внутри сечения шахтного ствола, фильтровую трубу выполняют из легкоразрушаемого материала, а фильтр из гравийной засыпки образуют в полости фильтровых труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности. Способ может быть использован при проходке вертикальных стволов шахт в неустойчивых, сильнотрещиноватых, склонных к водопоглощению породных массивах, особенно встречающихся в зонах влияния отработанных угольных пластов, старых брошенных и действующих выработок.

В процессе проходки шахтных стволов происходит увлажнение рыхлых отложений за счет поступления в забой технологических, паводковых и дождевых водопритоков. Указанные водопритоки оказывают отрицательное воздействие на свойства пород в призабойной зоне, поэтому неустойчивые рыхлые отложения проходят с применением специальных способов проходки горных выработок, которые чрезвычайно трудоемки, дороги и требуют применения дефицитных материалов и оборудования.

Известен способ предварительного осушения обводненных месторождений, включающий бурение и обсадку водопоглощающих скважин.

Однако этот способ недостаточно эффективен.

Известен также способ осушения выработки с помощью подводного бетонирования по которому бурят скважины, обсаживают их, доставляют через них в обводненную выработку гравий или щебень, а затем через водоспускные трубы подают цементный раствор.

Существенным недостатком этого способа являются сложность и неприспособленность его к процессу проходки стволов и большой расход труб.

Наиболее близким решением к изобретению является способ искусственного понижения уровня вод через водоспускные скважины, пробуренные вокруг шахтного ствола путем спуска воды через них в подземные выработки, пройденные в месте расположения ствола. Водоспускные скважины включают фильтровые трубы и гравийную засыпку, причем гравийная засыпка заполняет затрубное пространство.

Недостатком прототипа являются неприспособленность к эффективной проходке стволов и большой расход дефицитных металлических труб. Фильтровая труба в водоспускной скважине должна иметь перфорацию, которую создают сверлением отверстий или прорезанием продольных щелей, что повышает трудоемкость их изготовления. Отдельные составные части трубы соединяют между собой муфтами или сваркой, поэтому в процессе выемки грунта из забоя ствола обнажаемые участки труб следует постоянно ликвидировать для организации нормального рабочего процесса. Так как фильтровая труба полая, то при выемке грунта она забивается этим грунтом и становится нерабочей.

Целью изобретения является снижение стоимости и повышение эффективности проходки ствола в склонных к размоканию необводненных породах.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу проходки шахтных стволов, по которому используют скважины, расположенные в сечении ствола, фильтровые и обсадные трубы с гравийной засыпкой, водоспускные скважины располагают внутри сечения ствола, в них монтируют став фильтровых труб из малопрочного хрупкого материала, заполненный гравийной засыпкой, причем на участках интервалов обводненных пород применяют фильтровую трубу с проницаемыми для воды стенками.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что водоспускные скважины располагают внутри сечения ствола, а в качествые фильтровых труб в скважину опускают неперфорированную трубу из легкоразрушаемого материала и заполняют ее гравийной засыпкой, кроме того фильтровая труба имеет проницаемые для воды стенки. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие изобретение от прототипа, не были выявлены, потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлено поперечное сечение вертикального ствола круглой формы с водоспускными скважинами, расположенными равномерно по площади ствола; на фиг. 2 - вертикальный разрез по водоспускной скважине до извлечения обсадной трубы.

На чертежах введены следующие обозначения: 1 - контуры ствола в свету, 2 - водоспускные скважины, 3 - кондукторная труба, 4 - почвенно-растительный слой, 5 - основная обсадная труба, 6 - фильтровая труба, 7 - склонная к размоканию нескальная порода, 8 - гравийная смесь, 9 - крепкая скальная порода, 10 - старая горная выработка.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Размечают места заложения водоспускных скважин 2 из условия равномерного расположения их в сечении будущего ствола и устанавливают кондукторные трубы 3. Бурят скважины по одной сначала до коренных пород с заглублением в них на 0,5-1,0 м. Бурение выполняют с соблюдением мероприятий, исключающих обрушение стенок скважин, например сухим способом, с промывкой глинистым раствором с уменьшенной водоотдачей. Затем обязательно обсаживают пробуренный участок рыхлых пород 7 обсадной трубой 5 для исключения аварийной ситуации при попадании скважины на последнем этапе бурения в поглощающую горную выработку 10 и уходе при этом в нее промывочной жидкости. Продолжают бурение уже обсаженной скважины меньшим диаметром сечения до зоны поглощения (в нашем случае, до выработки 10). На этом участке бурения над старой выработкой преобладает трещиноватый грунт, поэтому вода практически не скапливается, а уходит в выработку по трещинам. Этот участок не обсаживается. В окончательно пробуренную и обсаженную скважину опускают фильтровую трубу 6, состоящую из отдельных отрезков, свободно опирающихся друг на друга, и засыпают внутри нее гравий или щебень 8. Затем извлекают из скважины обсадную трубу 5 для повторного использования на очередной скважине. В качестве фильтровых труб используют керамические, пластмассовые, асбестовые и другие неметаллические трубы, которые легко могут быть разрушены при выемке породы в процесе проходки ствола.

Если требуется дренировать воду из отдельных прослойков рыхлых отложений, то на участках обводненных прослойков применяют перфорированные трубы с обмоткой из фильтрующей стеклоткани, а в коренных породах на аналогичных участках засыпают гравий по всему сечению скважины и устанавливают на него очередной отрезок фильтровой трубы.

Скважины готовы к действию сразу после выполнения указанных выше работ. Скважины могут быть подготовлены задолго до начала проходки ствола, параллельно с работами по оснащению, поэтому способ не увеличивает общей продолжительности работ.

Затем приступают к проходке ствола. Начинают выемку горной породы и возведение временной или постоянной крепи. При этом вода может поступать в забой по всему сечению ствола (дождевая вода) или по стенкам крепи и скапливаться в лунках возле водоспускных скважин. Во время проходки постоянно разрушают и извлекают вместе с породой фильтровые трубы водоспускных скважин, поэтому скапливающаяся в забое вода поступает непосредственно в скважины и перетекает в подземные пустоты. Процесс идет самопроизвольно и непрерывно, поэтому исключаются длительный контакт воды с вынимаемой горной породой и вызываемые им размокание пород и оплывание стенок ствола. В водоспускные скважины вместе с водой могут попадать твердые частицы породы, кольматировать верхнюю часть скважин и уменьшать их фильтрационную способность. Указанный процесс не окажет отрицательного влияния на дренаж в целом, т. к. зумпфовую выемку создают в разных частях забоя, а прокольматированную часть скважин постоянно убирают вместе с породой при углублении ствола.

Таким образом, проходка ствола происходит без размокания грунта и его оплывания. По сравнению с прототипом этот способ позволяет исключить применение дефицитных дорогих металлических труб . К тому же исключается процесс извлечения из скважины фильтровой трубы и ее очистки (по предлагаемому способу она разрушается при проходке ствола). Кроме того, и обсадную трубу легче извлечь, поскольку гравийная засыпка находится в фильтровой трубе, а не заполняет пространство между трубами (как в прототипе). Засыпка гравия непосредственно в фильтровую трубу предохраняет скважину от закупорки и позволяет хранить ее работоспособность.