Файл: Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения.pdf

из металлических арок, а через каждые 30 м проходку останавли­ вали и возводили постоянную крепь из бетона.

На рис. 86 показана схема разработки крупного туннеля, пост­ роенного в 1969—1970 гг. с использованием комбайна ЕѴ—II (ФРГ). Вначале поочередно проходят боковые штольни 1 и 2 и бетонируют стены, затем разрабатывают верхнюю часть туннеля 3 и бетонируют свод. В последнюю очередь проходят опорное ядро туннеля 4 с при­ менением буровзрывных работ [81].

ЦНИИПодземмаш по заданию института Гидропроект запроекти­ ровал и в 1972 г. изготовил опытный образец туннелепроходческой машины ТК-1с для разработки туннелей шириной 5,3 м, предста­

ходного портала, а нижняя — размещена под порталом на собствен­ ном гусеничном ходу. Самоходный портал оборудован в верхней части козырьком для обеспечения безопасности работ. На платформе портала установлено оборудование и механизмы для монтажа ароч­ ной или анкерной крепи. По расчету средняя производительность машины ТК-1с составит 20—30 м3/ч породы.

Использование комбайнов со стреловидным исполнительным орга­ ном в выработках большого сечения осуществлено в 1971 г. фирмой Паурат в ФРГ [47]. На ходовой части экскаватора с гидравличе­ ским управлением массой до 100 т размещена стрела с одной или двумя рукоятками, оснащенными фрезерными головками мощностью по 55 кВт каждая (рис. 87). Принятое расположение головок по дан­ ным фирмы позволяет значительно повысить производительность разработки забоя благодаря образованию борозд по горизонталь­ ному направлению на определенном расстоянии друг от друга и последующего откалывания породы между бороздами. Порода гру­ зится ковшовым погрузчиком, который попеременно перемещается по обоим сторонам машины в выработке шириной около 12. Наи­ большая высота выработки, разрабатываемой машиной, составляет 10—11 м. Крепление забоя ведется с рабочей платформы, телеско­ пически выдвигающейся над опорной частью машины.

Специальные способы разработки камерных выработок. Камеры-

емкости, предназначенные для хранения воды, нефтяных топлив и жидких углеводородных газов, а также для других целей, при условии, что как во время строительства, так и при эксплуатации таких хранилищ в них не потребуется присутствие человека, могут сооружаться высокопроизводительными методами, применяемыми при разработке мощных залежей крепких руд [46] и специальными методами, описанными ниже.

Метод выщелачивания. Для сооружения хранилищ нефтепродук­ тов и сжиженных газов в месторождениях каменной соли применяют главным образом метод выщелачивания [17, 18]. Сущность этого метода состоит в бурении скважин диаметром 200—500 мм до

197

Рис. 86. Схема разработки туннеля с использованием комбайна:

1—4 — этапы разработки

соляного пласта, опускании в них колонн труб, подачи воды по этим трубам в пласт и выдачи рассола на поверхность по другим трубам. Для управления формообразования емкости в процессе выщелачи­ вания и обеспечения ее устойчивости в емкость через скважину вводят нерастворитель (нефтепродукт). Размыв соляного пласта и образование рассола (выщелачивание соли) происходят в про­ цессе циркуляции воды.

Размеры емкостей (сферической эллипсоидальной или овальной формы), создаваемых методами выщелачивания в отложениях камен­ ной соли, обычно составляют: диаметр до 50 м, высота до 80 м. Наи­ большая емкость хранилища, приходящаяся на одну скважину,

198

в соляном пласте равна 100 тыс. м3. Характерное многокамерное хранилище представляет собой ряд емкостей по 30—50 тыс. м3, между которыми оставлены целики соли.

тора года.

Сооружение подземных хранилищ можно производить различ­ ными системами и методами. Одной из наиболее распространенных является камерная система, предусматривающая на каждой сква­ жине создание самостоятельной камеры выщелачивания. Характер­ ная схема камеры, образуемой управляемым ступенчатым методом, показана на рис. 88. Система камерного выщелачивания предусмат­ ривает также образование емкостей спаренными камерами из не­ скольких скважин при применении преимущественно ступенчатого метода размыва. В соляных пластах малой мощности и значитель­ ного простирания может быть применен способ захваток (сплошная система выщелачивания). Сущность его заключается в создании скважин по горизонтальному направлению и образовании выщела­ чиванием емкостей туннельного типа, расположенных вдоль прости­ рания пласта.

Практикуемые методы основаны на постоянном заполнении емко­ стей, т. е. нефтепродукты закачивают в скважины одновременно с отбором такого же объема рассола. В последнее время применяют также струйный метод выщелачивания. Вначале бурят скважину, затем в нее опускают колонну водоподающих и рассолоподъемных труб. Водоподающие трубы имеют отверстия с насадками, подбирая которые можно создавать емкости диаметром до 20 м заданной формы. Такие емкости при их использовании можно опорожнить пол­ ностью с помощью насосов или выдавливая нефть сжатым воз­ духом.

Метод выщелачивания является одним из основных при создании крупных хранилищ, поскольку при объемах более 20 тыс. м3 стои­ мость его в 5—7 раз меньше, а срок строительства примерно в 1,5 раза ниже, чем при буровзрывном способе работ. В США, например, этим методом сооружено более 80% всех нефтехранилищ.

Метод внутренних взрывов. При этом методе подземная полость создается под действием внутреннего взрыва (без образования на поверхности видимых деформаций породы) в пластичных глини­ стых породах влажностью 10—20%. Объем такой емкости обычно не превышает 300 м3, диаметр — 7 м. Вокруг полости образуется зона из пород, упрочненных взрывом [17]. Сущность метода состоит в бурении скважины (шурфа), обсадке ее, цементации затрубного пространства, последовательном взрывании прострелочных заря­ дов. Затем в образовавшейся камере взрывают основной заряд большой величины, создающий сферическую емкость (рис. 89). При­ меняется также метод, при котором для создания полости

199

9— цементация обсадной колон­

осуществляют камуфлетный взрыв заряда, расположенного на дне шурфа, без использования прострелочных зарядов.

Для возможности образования подземной полости минимальная мощность толщи глинистых пород не должна быть менее трех диа­ метров этой полости.

Создание подземных емкостей с использованием ядерных взрывов.

В области промышленного использования ядерных взрывов ведут значительные исследовательские и экспериментальные работы, одним из направлений которых является создание подземных хранилищ в толще каменной соли, туфах и других породах с незначительной пористостью [45].

Проведенные в США по программе «Плаушер» 10—15 экспери­ ментальных ядерных взрывов внутреннего дёйствия мощностью

200

Рис. 89. Последовательность работ при сооружении подземной емкости способом внутренних взрывов:

от 1,7 до 50 кт показали, что в результате взрыва образуется полость в виде эллипсоида, заполненная раздробленной породой. Радиус

у — средняя плотность налегающих пород, т/м3;

где к — коэффициент, равный от 3,2 (доломит) до 6,8 (туф) при сред­ ней величине примерно 4,5.

Зона влияния ядерного взрыва на развитие деформаций и трещинообразования породы ограничивается двумя — четырьмя радиу­ сами полости 7?с на горизонте ядерного взрыва. Целик над вершиной эллипсоида должен иметь толщину не менее 100—150 м.

201

Использование ядерных взрывов для образования подземных хранилищ связано с рядом трудностей. В первую очередь это слож­ ные требования защиты продуктов от радиоактивности. Мероприя­ тия по защите включают в себя промывку полости водой под высоким давлением, а также очистку продуктов хранения через систему фильтров при извлечении и в процессе их переработки. Кроме того, необходимо установить допустимый температурный режим, по­ скольку высокая температура может сохраняться в течение длитель­ ного времени.

Одной из главных проблем, требующих своего решения в исполь­ зовании образовавшейся полости для хранилища нефтепродуктов, является удаление из нее раздробленного материала. Это в прин­ ципе может быть достигнуто выщелачиванием материала (в част­ ности, каменной соли) или извлечением его из емкости. В последнем случае под емкостью в принципе может подводиться ряд штреков (откаточных и горизонтов выпуска), от которых проходят пальцевые восстающие к днищу блока.

По мнению специалистов США, использование ядерных взрывов для образования нефтегазохранилищ перспективно, поскольку оно может дать значительную экономию средств по сравнению с обыч­ ными способами.

§ 16. Выбор способов проходки

На основании данных предыдущих параграфов главы и анализа опыта строительства выработок большого сечения в табл. 34 даны ориентировочные рекомендации по выбору различных способов проходки в зависимости от крепости породы и пролетов выработки.

Как следует из таблицы, в большинстве случаев может быть предложено несколько вариантов. В каждом конкретном случае, сообразуясь с его специфическими условиями, рекомендуется произ­ водить технико-экономическое сравнение различных вариантов про­ ходки. Например, в породах средней крепости и средней трещино­ ватости выработки пролетом 10—20 м можно проходить уступным способом (нижним уступом), способом опертого свода, способом сплошного забоя (с применением комбинированной крепи) или же механизированным способом (с разработкой забоя по частям). В дан­ ных условиях выбор способа зависит от размеров выработки (длина, пролет, высота), а также и от технических возможностей строитель­ ства (подъездные пути и др.).

Как показывают проведенные расчеты, туннели, например, дли­ ной более 200 м и площадью поперечного сечения 100—150 м2 целе­ сообразно проходить:

в крепких породах — сплошным забоем. В данном случае по срав­ нению с нижним уступом применение сплошного забоя обеспечивает повышение интенсивности работ примерно на 15%, снижение стои­ мости— на 10—15%;

202