В практике шахтного и подземного строительства в сложных гидрогеологических условиях используют специальные способы воздействия на массив горных пород.

1.         Замораживание — способ температурного воздействия на массив горных пород с целью создания в нем водонепроницаемого ледопородного ограждения, способного противостоять внешнему давлению пород и подземных вод.

Сущность способа заключается в том, что до начала горно-строительных работ по периметру или трассе подземного объекта через 0,8-2 м бурят скважины и оборудуют их замораживающими колонками, через которые с помощью насосов прокачивают хладоноситель (водный раствор солей хлоридов кальция, натрия, лития), охлажденный до температуры -(20 -г- 40) "С, или их заполняют хладагентом (аммиак, углекислота, фреон), который испаряется непосредственно в замораживающей колонке при температуре от -35 до -196 °С. В процессе непрерывного теплообмена хладоносителя (хладагента) с окружающим породным массивом вода, находящаяся в горных породах, замерзает, и вокруг каждой колонки постепенно происходит образование ледопородных цилиндров, в дальнейшем смыкающихся в единое ледопородное ограждение.

Физико-механические свойства замороженных горных пород резко изменяются, что позволяет после доведения размеров ледопородного ограждения до проектных приступить к горнопроходческим работам. Ледопородное ограждение в этом случае выполняет роль временной водонепроницаемой ограждающей крепи, обеспечивающей безопасные условия горно-строительных работ.

Ледопородное ограждение поддерживают до тех пор, пока не будет закончено строительство подземного объекта. При проектировании процесса замораживания горных пород расчетным путем должны быть определены следующие параметры: толщина ледопородного ограждения, расстояние между замораживающими скважинами и их число, производительность замораживающей установки и время, необходимое для создания проектной толщины ледопородного ограждения. По окончании строительства ледопородное ограждение ликвидируют путем оттаивания. Оттаивание замороженных пород может быть осуществлено естественным путем или искусственно.

2.         Водопонижение — способ гидравлического воздействия на мас

сив горных пород с целью снижения уровня или напора подземных вод.

Сущность способа заключается в том, что до начала горно-строительных работ по периметру или трассе подземного объекта бурят систему водопонижающих скважин, которые оборудуют фильтрами и погружными насосами для откачки воды. В результате уровень подземных вод понижается, что приводит к осушению породного массива и позволяет вести горнопроходческие работы в более благоприятных условиях. Механические свойства неустойчивых пород при этом изменяются: повышается их плотность и устойчивость.

Преимущество искусственного понижения уровня подземных вод заключается в том, что при небольшом количестве материалов в относительно короткие сроки получают необходимый дренажный эффект.

При проектировании водопонизительных работ необходимо учитывать, что их проведение приводит к уплотнению породного массива и нарушению его природных свойств. Поэтому при выборе вида и схемы во-допонижения, технических средств и размеров осушаемой зоны следует всесторонне проанализировать и правильно оценить возможные изменения природной обстановки в районе строительства подземного объекта.

3.         Тампонаж  — способ гидравлического воздействия на массив

горных пород с целью создания в нем инъектированной упрочненной

зоны, способной противостоять внешнему давлению пород и поступле

нию в выработку подземных вод.

Сущность способа заключается в искусственном заполнении пустот, трещин и пор в массиве горных пород через систему скважин материалом, способным со временем затвердевать. Тампонажный раствор нагнетают под давлением, в 2-3 раза ббльшим, чем гидростатическое давление подземных вод. Распространяясь на определенное расстояние от скважин, он заполняет пустоты и трещины в породах, и после его затвердевания водонепроницаемость породного массива в значительной степени увеличивается, что дает возможность возводить и впоследствии эксплуатировать подземные объекты в относительно благоприятных условиях.

В зависимости от вида раствора, нагнетаемого в массив горных пород, различают следующие виды тампонирования: цементацию, глинизацию, битумизацию, силикатизацию, смолизацию.

4.         Опускные сооружения — способ механического воздейст

вия на массив горных пород с целью создания в нем опережающего гру-

зонесущего ограждения, перекрывающего несвязанные водонасыщенные

породы.

Сущность способа заключается в том, что на земной поверхности возводят стены будущего подземного сооружения, снабженного в нижней части режущим башмаком и имеющего замкнутую форму поперечного сечения. В дальнейшем в контуре ограждающей крепи осуществляют выемку породы и выдачу ее на поверхность за пределы крепи. По мере выемки породы опускная крепь погружается в массив на проектную глубину, перекрывая неустойчивые водоносные породы. Погружение происходит под действием собственного веса или внешней нагрузки. Для резкого снижения сил бокового трения, препятствующих опусканию сооружения, а также обеспечения устойчивости породных стен полость между наружной поверхностью сооружения и породным массивом заполняют тиксотропным глинистым раствором.

5.         Шпунтовые ограждения —способ механического воздей

ствия на массив горных пород с целью создания в нем опережающей

сборной конструкции, перекрывающей участки неустойчивых пород.

Сущность способа заключается в том, что перед началом выемки породы по контуру будущего подземного объекта на всю мощность неустойчивых пород погружают механическим способом временное шпунтовое ограждение, состоящее из отдельных элементов — шпунтин, после чего под его защитой производят выемку породы и возводят постоянную крепь или конструкцию подземного объекта.

6.         Кессон — способ аэродинамического воздействия на водонасы-

щенные неустойчивые породы с целью вытеснения воды из призабойной

зоны избыточным давлением сжатого воздуха.

Сущность способа заключается в том, что при подходе забоя выработки к неустойчивым водоносным породам (плывунам) проходку приостанавливают и в выработке возводят систему специальных непроницаемых перегородок. В пространство между перегородкой и забоем подают сжатый воздух с избыточным давлением до 0,2 МПа. Под действием сжатого воздуха воду отжимают из забоя выработки на расстояние 0,1-0,4 м в глубь породного массива, что приводит к частичному осушению неустойчивых водоносных пород. Устойчивость породного массива повышается, что создает благоприятные условия для ведения проходческих работ.

7.         «Стена в грунте» — способ механического воздействия на

массив горных пород с целью создания искусственного монолитного ог

раждения, выполняющего функции несущей конструкции и противо-

фильтрационной завесы.

Сущность способа заключается в том, что по периметру будущего подземного объекта на всю глубину отрывают траншею, для удержания стенок которой используют глинистый раствор, заменяемый впоследствии постоянной крепью из монолитного бетона или сборного железобетона. Под защитой возведенных стен осуществляют выемку породы внутри подземного сооружения.