Результат интеллектуальной деятельности: КРЕПЬ ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ

Изобретение относится к подземному строительству, в частности к конструкциям крепи заглубленных сооружений, и может быть использовано в стволах метрополитенов, угольных шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов.

Известна конструкция крепи с регулируемым режимом работы (Пат. РФ №2433269 прототип), обеспечивающая полную гидроизоляцию вертикального ствола и снижение давления на внутреннюю стальную оболочку. Однако существующее решение имеет значительный недостаток.

Управляющие элементы приводят к снижению гидростатического давления в слое фибробетона, в то время как давление на поверхности слоя полимербетона повышенной плотности практически равно гидростатическому давлению вне зоны влияния выработки. В связи с этим возникает опасность проникновения воды через природные водоупоры по прилегающим к крепи зонам породного массива, нарушенным взрывными работами, в слои пород, содержащие в значительных количествах растворимые минералы. Это ведет к образованию пустот в закрепном пространстве, возникновению неравномерности передачи нагрузок на крепь и ее разрушению.

Задачей изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей исключить проникновение воды из водонапорного слоя через водоупоры в слои пород, содержащие растворимые минералы, при этом не допуская существенного увеличения объема поступающей в ствол воды.

Для решения поставленной задачи предлагается конструкция крепи с регулируемым режимом работы, включающая (см. фиг. 1) два слоя бетона 1 и 2, металлическую оболочку 3, управляющие элементы 4 и систему отвода воды 5, а также систему скважин 6 пробуренных выше и ниже водонапорного слоя 9 в водоупорах 10 и оснащенных водозаборными элементами (см. фиг. 2), состоящими из последовательно помещенных одна в другую труб 8 с перфорацией и регулирующим клапаном 7 на конце каждой.

Для исключения проникновения воды из водонапорного слоя 9 через водоупоры 10 в слои пород, содержащие растворимые минералы 11, вводятся следующие изменения в конструкцию прототипа:

- выше и ниже водонапорного слоя пород и параллельно ему в водоупорах бурится комплект скважин наибольшей глубиной не менее l_max=l_B+0,5 м,

где l_B - максимальная ширина зоны влияния взрывных работ 12 в массиве, м,

- в каждую из скважин вставляют водозаборный элемент, состоящий из последовательно помещенных одна в другую труб с регулирующим клапаном на конце каждой. Клапан обеспечивает полную водонепроницаемость до достижения предустановленного давления сброса (P_i), которое должно быть равно разнице между величиной «потерянного давления» Δр (характеризует гидравлическое сопротивление на участке от места установки клапана до кровли, или почвы слоя водоупора) и гидростатическим давлением водонапорного слоя Р_Г.

Подобное решение обеспечивает снижение гидростатического давления на выходе воды из водоупора (P₀) до нулевого уровня, что обеспечивает исключение интенсивного проникновения и циркуляции воды в слоях пород, имеющих включение растворимых минералов. В случае если приконтурный массив был разбит плотной сетью трещин, имеющих значительное раскрытие, предварительно должен быть выполнен тампонаж, повышающий гидравлическое сопротивление.

Принцип работы предложенной конструкции заключается в следующем. Вода из водонапорного слоя 9 по зоне пород, нарушенной в процессе ведения буровзрывных работ 12, просачивается через водоупоры 10 и достигает водозаборного элемента 8. С помощью клапанов 7 на конце труб в массиве поддерживается давление воды, при котором вода на выходе из водоупора 10 имеет нулевое или близкое к нулевому давление. Вода из водозаборных элементов 8 попадает в систему отвода воды 5, аккумулируется и с помощью системы общешахтного водоотлива или специально устанавливаемых насосов выдается на поверхность.

В системе отвода должен проводиться периодический мониторинг объемов поступления воды из водозаборных элементов. Рост притока означает, что в зоне затампонированных пород на данном участке возникли размывы и необходимо провести повторный тампонаж. Эти работы могут быть проведены без нарушения целостности крепи через отверстия, предназначенные для размещения водозаборных элементов.

Основные достоинства предлагаемой конструкции по сравнению с устройством обычных дренирующих скважин заключаются в возможности существенно снизить объем откачиваемой воды, избежать осушения части массива и его деформаций, исключить размыв пород и вынос разрушенного материала с образованием в закрепном пространстве пустот.