Файл: Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров - нефтегазохранилищ.pdf

§ 6. Крепление горизонтальных выработок

В связи с тем, что проходку горизонтальных выработок-емко­ стей в большинстве случаев осуществляют в устойчивых породах, не требующих сплошной тяжелой крепи, в качестве крепи кровли, а иногда и стен выработок чаще всего применяют анкерную крепь.

Анкерование — это искусственное упрочение пород, окружаю­ щих горную выработку, путем скрепления между собой отдель­ ных пластов и наслоения слагающих пород. Анкерование при­ меняют с целью увеличения несущей способности толщи заанкерованных пород, окружающих выработку.

Скрепленная плита может воспринимать без разрушения зна­ чительно большие нагрузки, чем совокупность тонких плит, сла­ гающих эту толщу.

Анкерование применяют в двух различных горных условиях. Во-первых, в том случае, когда вмещающие выработку породы состоят только из мелкослоистой толщи большой мощности (на­ пример, глинистые сланцы), во-вторых, когда толща мелкослои­ стых пород имеет небольшую мощность (менее 3 м) и над ней расположены монолитные породы основной кровли. В первом случае возможно создать монолитную плиту, равную по мощ­ ности глубине анкерования, которая и является прочной поро­ дой, окружающей выработку. Во втором случае анкерами скреп­ ляют мелкослоистые породы с монолитными породами основной кровли. Анкерной крепью могут быть закреплены как кровля и боковые стенки выработок, так и почва.

Опыт показал, что выработки с анкерной крепью становятся более устойчивыми в пролетах и не разрушаются под действием горного давления даже при отсутствии какой-либо другой крепи. Анкерная крепь позволяет до некоторой степени сохранить перво­ начальные, имеющиеся в массиве (до проходки выработок) на­ пряжения пород, прочность которых всегда выше прочности по­ род после проведения выработок.

Широкое распространение этого вида крепи свидетельствует об эффективности ее применения в большом диапазоне горно­ геологических условий.

Нецелесообразно устанавливать анкерную крепь в водообильных породах в связи с коррозией стали. В случае необходимости установки анкеров в таких породах для увеличения срока служ­ бы болтов шпуры цементируют. В опытном порядке в водо­ носных породах были испытаны анкерные болты из сплава алю­ миния.

Анкерный болт состоит из штанги,_ длина которой несколько превышает мощность скрепляемой толщи пород, анкерной го­ ловки, расположенной на верхнем конце штанги, и натяжного приспособления на ее нижнем конце. Последнее обычно выпол­ нено в виде широкой подкладки и гайки, навинчиваемой на

резьбу нижней части штанги. При неподвижном положении ан­ керной головки достигается некоторое сжатие анкерной толщи.

Для крепления применяют большое количество различных ти­ пов анкерных болтов, но в основном их можно разделить на два типа: клино-щелевые и распорно-клиновые.

При клино-щелевой конструкции болтов анкер расклинивается в результате забивки штанги в шпур, что способствует раздвижке усов верхней части анкера, скользящих по скошенным поверхно­ стям клина. В результате проникновения клина в щель верхний конец анкера все больше и больше распирается между стенками шпура. Этим достигается надежное закрепление анкерных бол­

тов в шпурах. Распорно-

ілучше всего закрепляются

вкрепких, но не твердых

—— породах. В очень крепко

атакже в слабых породах обычно применяют рас­ порно-клиновые анкеры.

го превышающим диаметр болтов, и глубиной на 10 см меньше длины болта. Затем в шпуры вводят болты, конструктивное исполнение верхних концов кото­ рых обеспечивает расклинивание их в шпурах. Восходящие шпу­ ры для анкерных болтов бурят в слабых породах, в основном руч-

ными электросверлами или пневматическими бурильными молот­ ками.

Существуют следующие варианты крепления анкерными бол­ тами: крепь с затяжкой кровли и стен выработок металлической сеткой. Применяется в местах нарушения кровли и стен выра­ боток без притока воды для предотвращения обвала отдельных кусков породы; крепь с опорными планками; крепь с подхватами из швеллера или круглой арматуры (рис. 8). Применяется при слабых кровлях для усиления работы нижней части плиты на растяжение. Подхваты располагаются перпендикулярно к оси выработки и выполняют ту же роль, что и металлическая арма­ тура, укладываемая в нижнем поясе железобетонных перекры­ тий; крепь с торкретированием стенок, закрепленных анкерной крепью по металлической сетке. Торкретирование представляет собой нанесение тонкого слоя раствора или бетона на породу или на бетонную поверхность с целью уплотнения и упрочения ее, а также обеспечения водонепроницаемости. Торкретирование применяют весьма редко при закреплении слабо трещиноватых пород.

В этом случае для*устранения возможной утечки газа из храни­ лища горные породы цементируют.

С геологической точки зрения наиболее пригодными для це­ ментации являются водоносные трещиноватые породы средней крепости и крепкие известняки, гипсы, граниты и т. д.

Попытки применения цементации пористых и губчатых пород были неудачными в связи с отсутствием цементов достаточно тон­ кого помола, твердые частицы которых могли бы проникать в поры таких пород.

Заполняют трещины и укрепляют слабые породы путем нагне­ тания цементно-песчаного или беспесчаного раствора. Цемента­ цию производят с целью предупреждения. прорывов воды в ем­ кость и паров сжиженного газа в окружающие породы и в мень­ шей степени для увеличения устойчивости пород.

Обычно работы по тампонажу осуществляют двумя способами. По первому способу нагнетание цементного раствора начинают в глубине скважины, которую бурят на необходимую длину, после чего раствор снизу под давлением подают в определенную зону.

Второй способ проведения тампонажных работ заключается в следующем. Скважину бурят на значительно меньшую глубину, чем проектная, затем в нее вводят раствор, после его затвердения

вновь разбуривают скважину, одновременно углубляя ее. Так продолжают до достижения проектной глубины скважины. Этот способ более надежен. Давление, под которым нагнетается рас­ твор, контролируется манометрами. Трещины надежно запол­ няются раствором лишь в том случае, если давление в процессе нагнетания равномерно возрастает и с окончанием нагнетания достигает максимально необходимой величины. Если давление

дают возможность раствору в породах затвердеть и только после этого подают раствор в ту же зону, причем продолжают нагне­ тание до тех пор, пока давление не начнет подниматься.

Если скважины бурят в неустойчивых породах, устья их це­ ментируют и трубы для нагнетания раствора уплотняют в местах соединения резиновыми кольцами.

Давление для нагнетания раствора принимают в зависимости от величины трещиноватости. В породах с малой трещиноватостью давление для нагнетания раствора принимают выше, не­ жели в породах с крупной трещиноватостью. Раствор нагнетают с начальным минимальным давлением, постепенно повышая его до проектного. Первоначальное давление на 1—2 ат, а в конце нагнетания — на 10—30 ат выше гидростатического давления воды в скважинах.

Тампонажные цементные растворы в условиях подземных хра­ нилищ испытывают постоянное воздействие фильтрующейся че­ рез раствор воды, часто агрессивной, с различным напорным гра­ диентом, а также паровой и жидкой фаз при давлении до 10— 11 аг. В ряде случаев при этом в местах нарушения и наиболь­ шей трещиноватости наблюдается высокое горное давление.

Основными свойствами цементных растворов, определяющими их соответствие требованиям проекта и долговечности в условиях подземных хранилищ, являются плотность, прочность, водо- и газонепроницаемость, стойкость против агрессивных вод, стой­ кость против влияния сжиженных газов, хорошее сцепление меж­ ду окружающими породами и растворами. Обычно цементный раствор может быть водо- и газопроницаемым даже при весьма малом давлении.

Для увеличения пластичности цементационных растворов при­ меняют поверхностно-активные вещества (ПАВ), их вводят в це­ мент при помоле или при изготовлении смесей. .

Применение ПАВ позволяет увеличить подвижность раствор­ ной смеси и уменьшить водную добавку.

В связи с этим в растворе уменьшается количество водяных пор, а также повышается плотность цементного камня, что в свою очередь уменьшает водо- и газопроницаемость.

Для уменьшения водопотребности цемента применяют спе­ циальные воздухововлекающие добавки. В качестве таких доба-