Инъекционные растворы для укрепления массива и гидроизоляции горных выработок

При строительстве и в период эксплуатации рудных и калийных месторождений необходимым условием безопасной отработки является изоляция вертикальных стволов и горных выработок от проникновения в них поверхностных, подземных вод и рассолов.

Основным средством подавления водопритоков в процессе строительства и эксплуатации шахтных стволов служитнагнетание тампонажного раствора под давлением, превышающим гидростатическое. Различают места нагнетания тампонажного раствора: контакт «бетонная рубашка крепи ствола – породный массив», породный массив.

При нагнетании раствора на контакт бетона с породным массивом достигается оттеснение подземных вод от бетонной крепи ствола и уменьшение дебита водопритока, при инъектировании раствора в глубь породного массива достигается уплотнение части массива, заполнение путей поступления подземных вод и рассолов к крепи ствола.

Предъявляемые требования к тампонажным растворам:

  • высокая проникающая способность;
  • минимальная усадка тампонажного камня;
  • возможность регулирования технологических (реологических) параметров (вязкость, сроки схватывания или отверждения и др.);
  • прочность и водонепроницаемость укрепленного грунта, соответствующая цели инъекции.

Для нагнетания раствора на контакт бетон-порода с целью оттеснения подземных вод и рассолов и уменьшения водопритока (рассолопритока) специалистами MCBauchemieбыли разработаны продукты:

MC CorriganGrout – готовый к применению тампонажный безусадочный раствор с высокими показателями проницаемости в условиях водо- и рассолопритока.

Для инъецирования в глубину породного массива с целью водоподавления, уплотнения части породного массива, перекрытия или ликвидации путей поступления подземных вод к крепи стволаMCBauchemieбыла разработана линейка продуктов:

MC-Injekt – системы инъекционных материалов для анкерного крепления, укрепления горных пород, гидроизоляции, остановки активных фильтраций воды и пр.

 

Область применения инъекционных растворов

  • Гидроизоляция гидротехнических сооружений, туннелей и коллекторов.
  • Реконструкция железнодорожных и автомобильных туннелей.
  • Окончательная отделка штолен, туннелей, пещер, шахт.
  • Крепление строительных котлованов.
  • Крепление скальных стен и откосов.
  • Усиление конструкций из кладки и бетона.
  • Высокие темпы проведения работ.
  • Высокие физико-механические показатели.
  • Высокая устойчивость к агрессивному воздействию среды.
  • Защита от воздействия грунтовых вод.

Торкретирование

Тендеции в технологии торкретирования

  • Значительное увеличение (до 90 %) доли мокрого способа торкретирования.
  • Применение современных модифицирующих добавок нового поколения.
  • Использование безщелочных ускорителей схватывания.
  • Применение жидких пленкообразователей для «ухода за бетоном».
  • Постоянное совершенствование оборудования для нанесения торкретбетона.

Основные преимущества технологии

  • Высокие темпы проведения работ.
  • Высокие физико-механические показатели.
  • Высокая устойчивость к агрессивному воздействию среды.
  • Защита от воздействия грунтовых вод.
 

Этап проектирования

Выбор оптимальной формы конструкции
Небольшие арки в результате взаимодействия с горной породой образуют сплошное покрытие с равномерно распределенными напряжениями
Неоптимальная форма приводит к концентрациям напряжений и может стать причиной обрушения участков туннеля, где сосредотачиваются максимальные нагрузки.
Анкерные крепления являются активной защитой туннеля от обрушений
 

Выбор технологического способа нанесения торкретбетона

Метод сухого торкретирования был широко распространен до появления современных нагнетательных машин, работающих по мокрому способу. Главными преимуществами применения современного мокрого торкретирования является высокая производительность и меньшие потери при производстве работ.
Условная схема установки по приготовлению торкретбетона по сухому способу производства
Условная схема установки по приготовлению торкретбетона по мокрому способу производства
 
 

Сравнение технологий нанесения

Сухой торкрет Мокрый торкрет
Большие потери бетонной смеси Большие потери бетонной смеси
Низкая плотность Высокая плотность
Более высокая стоимость Возможность нанесения более толстых слоев
Высокая пыльность Высокая производительность
Сложно контролировать В/Ц отношение Возможность использования более низких дозировок ускорителя схватывания
 
Характеристика Процесс
Сухое торкретирование Мокрое торкретирование
Фактическая производительность, м3/час 8 5-12
Отскок, % 20-25 5-15
Уплотнение, % 65 97

Сырьевые материалы

  • Все вяжущие по EN 197 или ГОСТ 31108
  • Фракционированный заполнитель
  • Фибра
    • Полимерная микрофибра
    • Стальная фибра
  • Пигменты
  • Добавки

Скорость схватывания и кинетика твердения сильно зависят от типа выбранного вяжущего. Добавки MC-Bauchemie совместимы со всеми видами цементов ЦЕМ I – ЦЕМ V. При смене вяжущего необходима корректировка состава бетонной смеси.

Испытания на совместимость функциональных добавок с выбранным типом цемента необходимо проводить на цементном тесте. Наглядные результаты качественных показателей совместимости функциональных добавок и сравнительные результаты при выборе типа вяжущего можно получить используя ультразвуковой метод исследования. Некоторые виды цементов с идентичной маркировкой могут иметь значительные различия в динамике схватывания в сочетании с ускорителями. Дозировка и тип применяемых добавок зависит от фазово-минералогического состава цемента.

Заполнители

В качестве заполнителей в торкретбетоне могу быть использованы крупные и мелкие заполнители с непрерывным гранулометрическим составом.

Гранулометрический состав заполнителей в соответствии с европейскими рекомендациями (Efnarc) должен находиться в интервалах, представленных на рис. Максимальный размер крупных частиц заполнителей следует назначать с учетом технических характеристик используемого оборудования и толщин наносимого торкрет бетонного покрытия: в покрытиях толщиной до 5 см максимальный размер зерен крупного заполнителя не должен превышать 10 мм. Предпочтительнее использовать округлую форму заполнителей, так как угловатая форм может создавать трудности при транспортировки по нагнетательным шлангам.

График рассева заполнителей
 

Функциональные добавки

Область назначения Группы продуктов
Гиперпластификаторы Corrigan-PowerFlow — Значительное увеличение подвижности и технологичности. Повышает долговечность благодаря снижению В/Ц
Замедлители схватывания CorriganRetard — Контроль схватывания бетона до момента введения ускорителя
Ускорители схватывания CorriganRapid — Быстрое схватывание и набор прочности позволяют сокращать потери и дают возможность надежной работы с более толстыми слоями
Кальматрирующие добавки Серия CorriganCentrilit — добавки на основе нано и микрокремнезема для повышения непроницаемости и долговечности бетонов

Расчет состава торкретбетона

Кривыевсоответствиис NATM (New Austrian Tunnelling Method)
  • J1 – Тонкие слои без специальных требований
  • J2 – Высокоэффективные работы и/или последующих операцияханкеровки
  • J3 – Для особых условий, высокоэффективных работ
Параметры бетонной смеси

Высокие значения В\Ц приводят к увеличению сроков схватывания, снижению прочности и долговечности конструкции. При проектировании составов проверьте допустимый диапазон колебания В/Ц.

  • Осадка конуса в диапазоне 18-24 см
  • В\Ц< 0.45, обычно — 0,4
  • Высокая связанность

При нанесении торкретбетона на слабые или склонные к размоканию породы, количество воды следует уменьшать до В/Ц=0,35. Бетонная смесь с правильно подобранным содержанием воды при выходе из сопла имеет форму «факела». При недостатке воды в смеси на поверхности торкрета появляются сухие пятна и полосы, а у места торкретирования скапливается много пыли. Избыток воды приводит к оплыванию смеси и образованию «мешков» на поверхности.

Влияние дозировки Centrament Rapid 650 и В/Ц на сроки схватывания
 

Нанесение торкретбетона

В комплекс работ по нанесению торкретбетона входят:

  • Подготовка поверхности выработки.
  • Послойное нанесение покрытия.
  • Уход за свеженанесенным покрытием.
  • Контроль качества выполняемых работ и параметров бетона.

Качество выполнения работ во многом зависит от оператора, обслуживающего торкрет установку.

От его опыта работы зависит качество конечного продукта.

 
Нанесение толстых слоев приводит к неоднородности торкретбетона
Образование однородного покрытия несмотря на послойное нанесение

Важным элементом для получения особенно ровной поверхности является такое ведение сопла, чтобы смесь выбрасывалась на отделываемую поверхность ритмично и по окружности горизонтальными полосами, последовательно снизу вверх, равномерно перемещая сопло по спирали вдоль полосы.

При нанесении покрытия следует обеспечивать перекрытие свежим слоем ранее уложенного покрытия на величину не менее 20 см. Обычно толщина слоя наносимого торкрета составляет 20-40 мм, при этом торкретное покрытие общей толщиной более 20-25 мм необходимо укладывать не менее чем в два слоя, так как один слой такой толщины при нормальном количестве воды начинает оплывать.

При торкретировании по арматуре сопло необходимо несколько наклонять для того чтобы, заполнить пустоты за арматурой.

Для уменьшения количества отскока нанесение первого (выравнивающего) слоя набрызг-бетонного покрытия на породу рекомендуется выполнять смесью без крупного заполнителя (гравия или щебня).

Нанесение торкретбетона горизонтальными полосами по окружности

Уход за торкретбетоном

Факторы, обуславливающие необходимость в тщательном уходе за бетоном:

  • Быстрая потеря влаги и высушивание в результате аспирации воздуха.
  • Высокое содержание цемента и градиент температуры могут приводить к высыханию и образованию трещин.

В отсутствие ухода за покрытием, на поверхности могут образовываться трещины, снижаться поверхностная прочность и долговечность бетона.

Секрет успеха — предотвращение быстрого испарения воды из бетона.

3 метода

Метод 1: Поливка водой – не технологичный процесс. Обычно требуется распыление воды на поверхность бетона не менее недели после нанесения;

В этом случае, технология ухода за бетоном часто не соблюдается на некоторых этапах, в некоторых случаях бетон не увлажняется вовсе.

Метод 2:Укрытие полиэтиленовой пленкой – трудоемкий процесс. Полиэтиленовую пленку чрезвычайно сложно применять в вертикальных и потолочных элементах конструкции.

Пленка должна находиться на минимальном расстоянии от поверхности бетона и быть тщательно закрепленной для предотвращения срывания сквозняками.

Метод 3:Использование пленкообразователей (кюрингов) Emcoril— оптимально.

Серия кюрингов Emcoril используются чтобы «запечатать» поверхность бетона и предотвратить испарение воды.

Средства необходимо наносить на всю поверхность сразу, с соблюдением расходов и рекомендаций по применению.

Если потребуется нанести последующих покрытий, то Emcoril B VM следует предварительно удалить.

При использовании Emcoril AC допускается наносить последующие покрытия без удаления защитного покрытия.

 

Испытания торкретбетона

Сроки схватывания цементного теста с применением метода «Вика» или ультразвукового метода.

Фракционный состав заполнителей с использованием стандартного набора сит.

Визуальный контроль качества бетонной смеси, подвижность.

Прочностные показатели бетона на ранних и поздних сроках твердения.

Методы измерения прочности

  • А — Пенетрометр диаметр иглы 9 мм
  • В — Пенетрометр диаметр иглы 3 мм
  • С — Метод «Hilti» по измерению глубины проникновения анкера
  • D — Стандартные испытания кубиков и цилиндров
 

Факторы получения высококачественного торкретбетона:

  • Геометрия конструкции, состав грунтов.
  • Условия окружающей среды и эксплуатационные нагрузки.
  • Подбор гранулометрии заполнителей.
  • Выбор современных модифицирующих добавок нового поколения.
  • Подбор оптимального В\Ц .
  • Выбор торкрет установок.
  • Квалификация и опыт персонала.
  • Уход за бетоном.
  • Текущий контроль. Мониторинг.
  • Учет современных норм и правил.
  • Использование современного оборудования для нанесения.
 

Закладочные смеси

Системы разработки с закладкой выработанного пространства нашли широкое применение в XXI веке при разработке рудных месторождений.

Неотъемлемой частью технологии является закладка выработанного пространства. При использовании данных систем разработки значительная доля затрат приходится на закладочные работы. В связи с этим предприятия стараются минимизировать затраты на материалы для закладки выработанного пространства.

В последние годы широко применяются закладочные смеси на цементной основе. В качестве заполнителя выбирают отвальные породы, отсев, хвосты обогащения, гранулированный шлак.

При этом, важной особенностью закладочных массивов является управление горным давлением, что напрямую влияет на безопасность ведения горных работ.

К основным технологическим проблемам закладочных смесей на цементной основе можно отнести:

  • Транспортабельность смеси;
  • Расслоение и водоотделение смеси;
  • Седиментация тяжелых частиц;
  • Неоднородность закладочного массива, вызванная технологическими особенностями заливки слоя, камеры;
  • Недозаклад.

Это означает, что применение камерной системы разработки с закладкой выработанного пространства подразумевает использование по-настоящему качественного закладочного массива. Однако, зачастую, по многим причинам закладочный массив представляет собой «слоеный пирог», т.е. имеет расслоения и недостаточную прочность. Таким образом, при взрывании соседней камеры происходит разрушения закладочного массива в борту взрываемой камеры. Это приводит к увеличению коэффициента разубоживания.

Поэтому выбор закладки на цементной основе, с точки зрения безопасности, обоснован, но лишь при решении технологических проблем, описанных выше.

MC-Bauchemie предлагает решения для закладочных смесей на цементной основе, MC Corrigan Backfill, которые улучшают прочностные показатели смеси, улучшают её транспортабельность, снижают седиментацию (стабилизируют).

 
Остались вопросы?
Оставьте заявку, мы перезвоним Вам в ближайшее время
Ф.И.О
Телефон
Компания
Описание задачи
Махлаев Иван
Менеджер проекта "Горнорудная промышленность"
@: Ivan.Mahlaev@mc-bauchemie.ru
Тел: +7-965-911-9966