Устройство шахтных колодцев

Технология строительства шахтных колодцев гидровзрывным способом заключается в следующем. В толще грунта пробуривают вертикальные скважины малого диаметра, в которые помещают обычные или простейшие взрывчатые вещества (аммонит, гранулиты, некондиционные порохи и т. д.) в изолированной оболочке (рис. 95). Полость скважины заполняют цементирующим составом. После взрыва заряда на всю длину в грунтовом массиве образуется непрерывная цилиндрическая полость (колодец). Благодаря инъекции цементирующего состава в поры грунтового массива стенки полости принимают устойчивое положение.


Рис. 95. Схема шахтного колодца, созданного гидровзрывом 1 - удлиненный заряд из обычного взрывчатого вещества; 2 — эпоксидные слои или раствор цемента; 3—воротник; 4—направление инъекций раствора; 5 — шахтный колодец; 6— взрывчатое вещество; 7 — слой крупнозернистого песка; 8 — слой гравия средней крупности; 9 — слой крупного гравия; 10 — слой уплотненного грунта; 11 — ударные волны; 12 — полость

В Московской области взрывом было образовано 14 колодцев глубиной до 10 м, диаметром 0,5—1,5 м.

При устройстве колодцев применяли различные цементирующие составы. Скважины диаметром 150, 200 и 250 мм бурили станком вращательного бурения УГБ-50А на расстоянии 5—7 м для предотвращения взаимного влияния взрыва. Скважины бурили до горизонта залегания вод в песках (в основном на глубину 5—6 м). В пробуренную скважину по центру устанавливали жесткий полиэтиленовый шланг соответствующего диаметра, заполненный порошкообразным взрывчатым веществом (в данном случае водостойким аммонитом 6ЖВ). Пространство между скважиной и заряженным шлангом заполняли цементирующим составом (соотношение воды и цемента 1 : 10). Для лучшего пропитывания стенок скважины цементирующий состав должен находиться в скважине не менее 1,5—2 ч.

Для уменьшения разноса скважины и предотвращения образования воронки выброса в устье скважины устраивают выемку глубиной 0,5—0,7 м, которую также заполняют цементирующим составом. После взрыва заряда образуется цилиндрическая полость. При этом разброс грунта на открытой поверхности практически отсутствует, что позволяет применять взрывной способ для устройства шахтных колодцев вблизи населенных пунктов. В устье колодца устанавливают железобетонную плиту со сварным кольцом для предохранения колодца от разрушения.

По основным показателям взрывной способ устройства глубоких шахтных колодцев характеризуется высокими показателями.

После взрыва вокруг колодца вырезали образцы грунта размером 20X20 см. Запарафинированные образцы отправляли в специальную лабораторию для определения физико-механических фильтрационных свойств грунтов после взрыва.

Опытными работами предусматривалось выявить изменение состояния грунтового массива и физико-механических свойств грунтов после взрыва как с применением цементирующих составов, так и без них.

Из различных горизонтов моренных глин, простирающихся на большую глубину (до 25—35 м с прослойками плывуна, песка и суглинка), было отобрано 19 образцов грунта в естественном состоянии до взрыва и 24 образца после взрыва без применения цементирующего состава. Естественную влажность определяли путем высушивания образцов грунта при 105° С до постоянного веса, объемный вес — методом режущего кольца, удельный вес — пикнометрическим методом.

На основании результатов исследований можно сделать следующие выводы:
1) влажность грунта вблизи свободной поверхности колодца меньше, чем в глубине массива. Однако на расстоянии 30—40 см от полости по радиусу действия взрыва влажность на 25— 30% ниже контрольных замеров (до взрыва). Это обусловлено тем, что ударная волна сжатия вытесняет поровую воду вглубь гораздо быстрее, чем уплотняется скелет грунта;
2) объемный вес грунта на тех же горизонтах увеличивается лишь на 8—10%) и почти не изменяется на глубине 10—16 см по радиусу действия взрыва. Незначительное увеличение плотности тяжелых глин после взрыва обусловлено их малой сжимаемостью под действием динамических нагрузок.

При взрывах в тяжелых грунтах, когда заряд взрывчатого вещества работает в естественных условиях (без цементирующих составов), поверхность полости наряду с уплотнением отдельных участков деформируется. Иногда глубина трещин в моренных глинах достигает 10—15 см.

Кривые изменения объемного веса грунта после взрыва свидетельствуют о волновом характере распространения ударной волны, что необходимо учитывать при исследовании процесса инъекции цементных растворов и составов в поровое пространство грунтового массива;
3) коэффициент пористости моренной глины после взрыва изменяется в большей степени, чем влажность и объемный вес. Установлено, что даже в малосжимаемых глинах взрывом можно создать высокоплотные зоны. Объемный вес грунта в отдельных местах увеличивается на 25—30%, что вызвано попутным образованием глубоких заколов.