От задачи - к технологии

Внезапный прорыв воды может возникнуть при вскрытии водоносных горных пород, водопроводящих трещин, карстовых полостей, тектонических нарушений или затопленных горных выработок. Интенсивный водоприток способен вызвать вынос размытых пород, деформацию и разрушение крепи, частичное или полное затопление выработки, остановку горных работ и создать непосредственную угрозу людям.
Для оперативной локализации водопритока в водопроводящие трещины и пустоты массива горных пород нагнетают гидроактивную полиуретановую смолу. При контакте с водой она вступает в реакцию, увеличивается в объёме и формирует плотный массив полимерной пены с замкнутой структурой пор. Пена заполняет каналы фильтрации, перекрывает движение воды и создаёт гидроизоляционный барьер, предназначенный для долговременной защиты выработки от повторного поступления воды.

Несвязные водонасыщенные грунты, мелкозернистые и пылеватые пески, супеси, а также нарушенные и трещиноватые скальные грунты могут терять устойчивость при проходке горных выработок. Это повышает риск осыпей и вывалов, развития водопритоков, деформации крепи и снижения несущей способности массива.
Способ инъекционного укрепления подбирают с учётом инженерно-геологических и гидрогеологических условий, проницаемости грунта, раскрытия трещин и требуемого результата.
Для быстрого локального упрочнения применяют высокопрочные полимерные инъекционные смолы. Текучие составы проникают в мелкие трещины и поровые каналы, а тиксотропные удерживаются в заданной зоне и заполняют раскрытые трещины и полости. Высокая структурная прочность, адгезия к минеральному основанию и короткое время полимеризации позволяют оперативно восстановить несущую способность нарушенного участка массива горных пород.
При достаточной инъекционной проницаемости грунта или трещиноватого массива применяют специальные тампонажные цементы. Цементация повышает прочность, устойчивость и водонепроницаемость массива. При значительных объёмах укрепления это, как правило, экономически обоснованное решение, обеспечивающее стабильный результат при правильном подборе состава и технологии нагнетания.

Локальные вывалы и обрушения пород в кровле выработки приводят к образованию купольных полостей, нарушению контакта между породным контуром и крепью, а также концентрации нагрузок на отдельных элементах крепи. Без стабилизации разрушение может распространяться в глубь приконтурного массива, вызывая дальнейшее развитие купола.
Для объёмного заполнения полостей применяют вспенивающиеся инъекционные составы. Расширяясь, материал заполняет весь профиль купольной зоны, включая труднодоступные участки, и после отверждения образует сплошной заполняющий массив с заданной прочностью и деформативностью. Восстановление контакта между породным контуром и крепью снижает локальную концентрацию нагрузок и способствует их более равномерной передаче на крепь.
Для упрочнения трещиноватых пород вокруг купольной зоны применяют невспенивающиеся высокопрочные инъекционные смолы. Заполняя систему трещин и скрепляя нарушенные участки массива, они повышают его прочность и устойчивость, ограничивая дальнейшее развитие вывала.

Наличие пустот за арочной крепью нарушает её контакт с породным контуром, вызывает концентрацию усилий на отдельных рамах и повышает риск деформации крепи. Для формирования сплошного опорного массива заарочное пространство по всему профилю заполняют быстрореагирующей вспенивающейся смолой.
После полимеризации материал образует устойчивый упруго-эластичный пенный массив, заполняющий пространство между породным контуром и крепью. Сплошная забутовка снижает локальную концентрацию усилий и способствует более равномерному распределению горного давления между элементами арочной крепи.
Кратность вспенивания 30–40 позволяет получать до 1 м³ пенного массива из 45–55 кг исходного материала. Это сокращает массу и объём компонентов, доставляемых под землю, уменьшает потребность в древесине и упрощает выполнение работ на удалённых и труднодоступных участках. Быстрое пенообразование сокращает продолжительность забутовочных работ и может уменьшить продолжительность цикла крепления выработки.
Применение пенного заполнения позволяет сократить объём древесины в закрепном пространстве и использовать материал с документально подтверждёнными пожарно-техническими характеристиками. Полимеризованная пена относится к группе горючести Г2 по ГОСТ 30244-94 — умеренногорючие материалы.

Опережающее инъектирование выполняют до подхода забоя к водонасыщенным интенсивно трещиноватым и тектонически нарушенным участкам массива. Его задача — заблаговременно снизить водопроницаемость горных пород, укрепить ослабленные зоны и сформировать впереди забоя защитный водоизолирующий контур. Это снижает риск внезапного прорыва воды, локальных вывалов и потери устойчивости забоя.
Из забоя по проектной схеме бурят веер опережающих скважин и нагнетают инъекционный раствор в водопроводящие трещины, поры и полости до достижения заданных параметров давления и расхода. Состав, глубину и шаг скважин определяют с учётом инженерно-геологических и гидрогеологических условий, трещиноватости и фильтрационных характеристик массива.
Для формирования протяжённых тампонажных завес, как правило, применяют цементные тампонажные составы. При необходимости оперативно стабилизировать локальный участок, особенно в аварийных условиях, могут использоваться быстрореагирующие высокопрочные инъекционные смолы. Их быстрый набор прочности сокращает технологическую выдержку и позволяет раньше возобновить проходческие работы.
Для рудника это означает более безопасное и прогнозируемое ведение проходки, снижение водопритока и нагрузки на водоотлив, уменьшение риска незапланированных остановок и повышение устойчивости массива до его вскрытия горными работами.

Трещины, технологические швы, пустоты и нарушения контакта бетонной крепи с массивом горных пород становятся путями фильтрации воды. Продолжительное воздействие водопритока может вызывать выщелачивание цементного камня, коррозию арматуры и дальнейшее развитие повреждений, снижая долговечность конструкции.
После обследования повреждённого участка вдоль трещин бурят инъекционные отверстия и устанавливают пакеры. Материал последовательно нагнетают под контролируемым давлением, обеспечивая заполнение трещин, швов и внутренних полостей бетонной крепи.
Активные протечки предварительно останавливают гидроактивными полиуретановыми смолами, реагирующими с водой и формирующими водонепроницаемую пену. Для последующей герметизации и силового замыкания трещин применяют невспенивающиеся высокопрочные смолы либо тонкодисперсные цементные составы — в зависимости от раскрытия трещин, влажности и требований к восстановлению конструкции.
Инъекционный ремонт снижает водопроницаемость крепи, восстанавливает её сплошность, защищает арматуру и внутреннюю структуру бетона от дальнейшего разрушения. Это увеличивает срок службы конструкций и позволяет выполнять локальный ремонт с минимальным вмешательством в эксплуатацию горной выработки.

Водонепроницаемые бетонные перемычки возводят для изоляции затопленных и водоопасных участков горных выработок и восприятия гидростатического напора.
Материал «Шахтбетон B 30-20» позволяет непосредственно на объекте быстро приготовить бетонную смесь с заданными характеристиками и выполнить заливку монолитного тела перемычки в подземных условиях.
Выявленные после нагружения протечки по контакту «бетон — породный контур» герметизируют гидроактивной инъекционной смолой ИС ПУР. При контакте с водой материал вспенивается, заполняет водопроводящие трещины и неплотности, формируя закрытопористую упруго-эластичную структуру и снижая водопроницаемость приконтактной зоны.
Для герметизации узлов прохода дренажных труб через бетонный массив, заполнения внутренних дефектов и ремонта тела перемычки применяется невспенивающаяся высокопрочная смола ИС Монолит. Высокая адгезия к бетону и образование плотного полимерного массива позволяют восстанавливать сплошность конструкции без увеличения объёма материала.

Для закрепления металлических и стеклопластиковых анкеров, включая самозабуривающиеся анкеры типа SDA, Полихим поставляет быстрореагирующие двухкомпонентные тиксотропные инъекционные смолы.
При установке SDA полый анкер одновременно выполняет функцию буровой штанги и остаётся в шпуре в качестве несущего элемента. Смола нагнетается через анкер, заполняет кольцевой зазор, неровности шпура и локальные трещины, формируя прочный контакт между анкером и окружающим массивом. Быстрая полимеризация, высокая структурная прочность и адгезия материала обеспечивают передачу нагрузки по длине анкера и сокращают технологическую паузу до ввода крепи в работу.
Механизированная установка с применением автоматических анкероустановщиков объединяет бурение, подачу смолы и закрепление анкера в единый производственный цикл. Это повышает скорость и повторяемость анкерования и сокращает время нахождения персонала в незакреплённой части выработки. Технология особенно эффективна в сложных горно-геологических условиях — в сильнотрещиноватом, раздробленном и неустойчивом массиве, где стенки обычного шпура могут разрушаться до установки анкера.