БУРЕНИЕ СКВАЖИН С ОДНОВРЕМЕННЫМ ЗАМОРАЖИВАНИЕМ ГОРНЫХ ПОРОД
Среди специальных технологических способов проведения горностроительных работ в сложных геологических и гидрогеологических условиях искусственное замораживание грунтов и пород благодаря своей универсальности, высокой степени надежности и возможности применения в условиях, где другие способы неэффективны или технически неприемлемы, занимает особое место [23, 24, 62]. Сущность этого способа заключается в создании и поддержании в течение всего процесса строительства вокруг запроектированного сооружения временного водонепроницаемого ледопород — ного ограждения, способного противостоять внешнему горному давлению неустойчивых пород и пластовому давлению водоносных горизонтов.
Искусственное замораживание применяется в водонасыщенных слабосвязных или несвязных грунтах, а также в крепких трещиноватых и раздробленных горных породах путем их интенсивного охлаждения в процессе теплообмена с хладоносителем (рассолом, керосином и др.), циркулирующим в специальных трубных коллекторах, устанавливаемых по определенной схеме. С его помощью можно образовывать надежные водонепроницаемые перемычки заданной прочности и необходимой формы на различных глубинах и практически любой протяженности. Наибольший эффект этот способ дает в обводненных и неустойчивых горных породах, представленных песками, гравием, галечниками, трещиноватыми брекчиями, которые после замораживания превращаются в монолитную мерзлую породу, прочность которой при одноосном сжатии может составить 20 МПа и более. Тонкодисперсные и глинистые породы труднее поддаются замораживанию и обладают значительно меньшей прочностью.
Впервые способ искусственного замораживания был широко нрнменен в СССР в 1928 г. на объектах горнохимической промышленности. Благодаря своему техническому совершенству, обеспечивающему сравнительно высокие темпы и надежность строительства в наиболее сложных горно-геологических условиях, особое значение он приобретает при проходке вертикальных шахтных стволов. В последнее время все более широкое применение находят наиболее совершенные технологические модификации способа проходки горных выработок с искусственным замораживанием
пород: зональное и ступенчатое замораживание; замораживание с обратной (опрокинутой) циркуляцией хладоносителя; низкотемпературное и каскадное замораживание пород в условиях фильтрационного потока; замораживание, совмещенное с тампонажем, цементацией и другими методами закрепления горных пород.
Для увеличения скорости замораживания и повышения эффективности эксплуатации технических средств находит применение дифференциальный режим замораживания пород с использованием как одноступенчатых, так и многоступенчатых холодильных агрегатов; разрабатываются и совершенствуются способы замораживания, когда роль хладоносителя выполняет хладагент, испаряющийся в специальных теплообменных устройствах, расположенных в непосредственной близости к замораживаемым интервалам горных пород.
В основе разработки рациональных технологических схем и режимов замораживания горных пород лежат методы прочностных и теплотехнических расчетов, с развитием и углублением которых постоянно совершенствуются технология и техника искусственного замораживания, расширяется область его эффективного применения в горном деле и в строительстве.