CC BY
45
УДК 622.236.002.54
А.П. Назаров, асп., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ), М.В. Гарипов, асп., [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ), Е.В. Белякова, канд. техн. наук, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
К.А. Головин, д-р техн. наук, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ГИДРОСТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ МЕТОДОМ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ СТРУИ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
Рассмотрен принцип работы процесса гидроструйной цементации грунтов методом двухкомпонентной струи, приведены основные критерии оценки эффективности данного процесса.
Ключевые слова: гидроструйная цементация грунтов, двухкомпонентная струйная цементация, диаметр закрепленного массива, гидравлическая мощность.
Гидроструйная цементация (ГСЦ) грунтов - это новая перспективная технология закрепления неустойчивых горных пород (технология «Jet grouting»), которая получила широкое применение в строительстве за рубежом. Метод запатентован в 1971 г. в Японии, в нашей стране технология применяется с начала 90-х годов. В основе струйной технологии лежит использование энергии высоконапорной струи водоцементного раствора для разрушения и перемешивания горной породы, в результате чего получается грунтобетон.
Двухкомпонентная струйная цементация в отличие от однокомпо-нентной струйной цементации характеризуется размывом, перемешиванием и закреплением слабого массива с помощью двух струй. Струя цементного раствора помещается внутрь струи сжатого воздуха и за счет этого энергия размыва существенно возрастает.
Работы с ГСЦ (по технологии jet 2) методом двухкомпонентной струи, как и при однокомпонентной струйной цементации горных пород, выполняются в два этапа.
На первом этапе происходит бурение пилотной скважины диаметром d0 до проектной отметки, предусмотренной для формирования закрепленного массива. Промывочный раствор под низким давлением (чаще всего до 5 МПа) поступает через канал в буровой колонне к механическому разрушающему инструменту и тем самым осуществляется удаление шлама методом прямой промывки. В качестве промывочного раствора традиционно используются вода, бентонитовый или цементный раствор.
На втором этапе, перед процессом обратного хода буровой колонны, в промывочный канал подается водоцементный раствор под высоким давлением P, а в воздушный канал начинает подаваться воздух с давлени-
ем Рв. Автоматическое клапанное устройство, реагируя на повышение давления подаваемого раствора, перекрывает каналы промывки, одновременно открывая подачу раствора (с плотностью р ) в струеформирующее устройство водоцементной струи, вокруг которой с внешней стороны располагается струеформирующее устройство воздушной струи. Они расположены на мониторе в непосредственной близости от бурового инструмента и сориентированы таким образом, чтобы высокоскоростные водоцементные струи и поток воздуха проходили в направлении, перпендикулярном оси пилотной скважины. После этого осуществляется перемещение буровой колонны (со скоростью V) с одновременным ее вращением с частотой п.
После выполнения полного обратного хода из скважины удаляется буровая колонна. Таким образом, после затвердевания формируется закрепленный массив диаметром d и длиной, равной длине пилотной скважи-
В качестве основных критериев оценки эффективности процесса ГСЦ горных пород методом двухкомпонентной струи были приняты следующие показатели: диаметр закрепляемого породного массива D, скорость приращения объема закрепляемого породного массива G0 (производительность) и удельная энергоемкость процесса ГСЦ горных пород е0.
Скорость приращения объема закрепляемого массива G0 (м3/с) определяется по формуле
где d - диаметр закрепляемого массива, м; v - скорость перемещения буровой колонны, м/с.
Удельная энергоемкость процесса ГСЦ методом (jet 2) горных пород Eq (МДж/м3) определяется по формуле
^ n + n
(2)
где N- потребляемая гидравлическая мощность насосной установки, МВт; NB - потребляемая мощность компрессора, МВт.
В свою очередь, потребляемая гидравлическая мощность определяется по формуле [2]
N = l,llPdoH —, (3)
У Р
где Р - давление цементного раствора перед насадкой, МПа; d0 - диаметр струеформирующей насадки, м; |1 - коэффициент расхода через насадку (в
2
данном случае т=0,75); g - ускорение свободного падения, м/с ; р - плот-
3 3
ность водоцементной суспензии, кг/м (в данном случае р = 2000 кг/м ).
После подстановки постоянных величин и преобразования получим зависимость
N = 0,019^2 Р1'5. (4)
Потребляемая воздушная мощность определяется по формуле
N = РвОв . (5)
Диаметр закрепляемого массива О зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются: скорость перемещения буровой колонны V, давление водоцементной суспензии Р, давление воздуха Рв, частота вращения буровой колонны п, диаметр отверстия струеформирующей насадки цементного раствора А0, диаметр отверстия воздуха Ав, коэффициент сцепления С.
Кроме того, на процесс ГСЦ также оказывают влияние коэффициент расхода суспензии через насадку т, плотность водоцементной суспензии р и диаметр пилотной скважины о0 .
Таким образом, зависимость между диаметром закрепляемого массива и параметрами ГСЦ горных пород можно представить в виде
о = /1О0 ,р, т А ¿в, ,Р,Рв у'п'с) , (6)
где о0 - диаметр пилотной скважины, м; р - плотность водоцементной суспензии, кг/м ; т- коэффициент расхода через струеформирующую насадку; А0 - диаметр струеформируещей насадки, м; Ав - диаметр отверстия воздуха, м; Р - давление водоцементной суспензии, МПа; Рв - давление воздуха, МПа; V - скорость перемещения буровой колонны, м/с; п -частота вращения буровой колонны, с-1; С - коэффициент сцепления горной породы, МПа.
Двухкомпонентный метод струйной цементации хорошо применим к горным породам с высокими коэффициентами сцепления, такими, как глина, суглинок, супесь.
При однокомпонентной струйной цементации диаметр закрепляемого массива достигает 0,4...0,8 м, а при двухкомпонентной струйной цементации возможно достижение диаметра закрепленного массива в пределах 0,8.1,8 м.
Список литературы
1. Материалы сайта http://www.klag.ru
2. Головин К. А. Обоснование параметров и создание оборудования для гидроструйной цементации неустойчивых пород в горном производстве: дис. .д-ра техн. наук.Тула, 2007. 250 с.
A.P. Nazarov, M. V. Garipov, E. V. Belyakova, K.A. Golovin
FEATURES OF HYDRO-JET CEMENTATION PROCESS FOR INCOMPETENT ROCK BY TWO-COMPONENT JETS METHOD
Principle of hydro-jet cementation process of rocks by two-component jet method was considered and basic indexes of evaluating this process efficiency were shown.
Key words: hydro-jet cementation process of rocks, two-component jet cementation, lined massif diameter, hydraulic capacity.
Получено 10.05.12
УДК 622(09)
В.В. Першин, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (3842) 39-63-77, [email protected] (Россия, Кемерово, КузГТУ),
А.В. Дерюшев, канд. техн. наук, доц. (3842) 39-63-78, [email protected] (Россия, Кемерово, КузГТУ)
К 80-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Н. С. БУЛЫЧЕВА ИЗ ИСТОРИИ УЧАСТИЯ Н. С. БУЛЫЧЕВА В ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ ШАХТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА КУЗБАССА
Представлены исторические факты личного участия Н.С. Булычева - профессора Тульского государственного университета - в подготовке горных инженеров и научных кадров высшей квалификации для шахтного строительства Кузбасса.
Ключевые слова: история, шахтное строительство, наука, обучение, кадры.
Кафедра "Строительство подземных сооружений и шахт" (СПСиШ), организованная 25 сентября 1952 г. в Кемеровском горном институте и носившая тогда название "Проведение и крепление горных выработок", на протяжении всех лет своего существования - с июля 1965 г. в Кузбасском политехническом институте (КузПИ), с ноября 1993 г. в Кузбасском государственном техническом университете (КузГТУ) - постоянно заботится о повышении качества подготовки выпускников, а также квалификации своего профессорско-преподавательского состава [1].
Одним из путей решения этой задачи стало традиционное приглашение ведущих специалистов производственных предприятий, проектных, научно-исследовательских отраслевых и академических институтов, ведущих преподавателей учебных институтов и университетов России и стран СНГ для чтения лекций, консультирования студентов, аспирантов и докторантов, для участия в работе Государственной аттестационной комиссии, оказания методической помощи и обмена опытом в организации учебного процесса и НИР, рецензировании учебных пособий, монографий, диссертаций, написанных сотрудниками кафедры СПСиШ.
