Упрочнение пород

.
Физические явления уплотнения пород в результате :
- тампонажа,
- искусственного замораживания,
- химического и электрохимиче­ского закрепления,
- электроплавления,
- воздействия энергией взрыва.

Тампонаж массива горных пород
При расчете используют:
1. Плотностные свойства пород и характеристики проницаемости массива.
2. Давление нагнетаемого раствора зависит от глубины Н залегания тампонируемого пласта;
3. Давление нагнетаемого раствора должно быть выше горного давления на данной глубине и выше давления пластовых вод.

Искусственное замораживание
Широко используется при проходке шахтных стволов и подземных выработок в обводненных и рыхлых породах.

1 — замораживающие скважины; 2 — ледопородный цилиндр; 3 — ствол шахты
Искусственное замораживание
осуществляют через специальные замораживающие колонки и скважины, пробуренные по контуру замораживаемой выработки

1.По колонкам циркулирует хладагент (аммиак, углекислота, фреоны), при этом вокруг них происходит замерзание породы.
2. Когда замерзание распространяется по всему контуру выработки, образуется ледопородный цилиндр, упрочняющий породу и изолирующий внутренние участки от окружающих водообильных слоев.
3. Размеры ледопородного цилиндра (ограждения) обусловлены требуемой прочностью.

Закрепление пород химическим воздействием (силикатизация)
В породу нагнетают два химических раствора (коллоидный раствор силиката натрия и раствор хлористого кальция)
2. Растворы вступают в реакцию между собой, в результате которой выделяется гидрогель кремневой кислоты
3. Происходит закрепление породы
4. Получившаяся прочная масса не растворяется в воде

Электрохимическое закрепление
1. Осуществляют путем пропускания постоянного электрического тока через влажные породы.
2. В результате реакции калий и натрий замещаются водородом, алюминием или железом
3. В породе образуются гидраты окиси металлов (например, боксит).

Электрохимическое закреплении
глины
Теряет 30—40% влаги
Существенно увеличивается предел прочности при сжатии Грунт приобретает способность не размокать в воде
Не теряет прочности после прекращения электрозакрепления

Электроплавление
Водоносные пески нагревают пропусканием электрического тока до температуры 1700— 1800° С, в результате чего песок расплавляется.
Остывшая масса образует стекловидное вещество высокой прочности, водонепроницаемое и не разрушаемое агрессивными растворами.

Пример
При использовании электроплавления плывунов в Подмосковном угольном бассейне была получена толщина сплавленной корки 60—70 см.
Расход электроэнергии составил 8600 кВт-ч на 1м3 расплава.

Уплотнение пород взрывом
применяют для создания и одновременно укрепления различных полостей в массивах связных пород — лёссах, глинах и суглинках.

Специальные заряды ВВ располагают в скважине на всю ее длину.
Взрыв происходит без выброса породы.
При взрыве образуется выемка, диаметр которой в 20 раз больше диаметра скважины.
Стенки выемки уплотняются настолько, что она может оставаться без крепления длительное время.

Лёсс (нем. Löß или Löss) — осадочная горная порода, неслоистая, однородная известковистая, суглинисто-супесчаная, имеет светло-жёлтый или палевый цвет. Залегает в виде покрова от нескольких метров до 50—100 м — на водоразделах, склонах и древних террасах долин.
Лёсс — алевролит слабой крепости.