Сущность способа тампонажа заключается в искусственном заполнении пустот, трещин и пор массива пород материалом, способным со временем затвердевать, образуя тампоны, и препятствовать тем самым движению по ним подземных вод. Для этого в массиве горных пород бурят специальные скважины, через которые нагнетают тампонажный раствор. Давление нагнетания принимают в 2-3 раза больше гидростатического давления подземных вод. Тампонажный раствор, распространяясь на определенное расстояние от скважин, заполняет пустоты и трещины в породах, и после его затвердевания водопроницаемость массива горных пород в значительной степени уменьшается, что дает возможность проходить горные выработки в относительно благоприятных гидрогеологических условиях. Различают предварительный и последующий тампонаж горных пород.

Предварительный тампонаж горных пород проводят до начала горно-строительных работ. Он направлен на создание благоприятных горно-геологических условий как при строительстве, так и при эксплуатации горных выработок.

Последующий тампонаж горных по род проводят после завершения строительства горных выработок с целью создания благоприятных горно-геологических условий поддержания горных выработок на период их эксплуатации.

В зависимости от того, какой материал нагнетают в массив горных пород, различают следующие способы тампонажа: цементация, глинизация, силикатизация, смолизация.

При цементации в массив горных пород нагнетают цементные растворы, которые, затвердевая, уменьшают трещиноватость водоносных пород. Цементацию применяют для снижения притоков воды или газа при строительстве горных выработок в трещиноватых водоносных или газоносных породах; защиты бетонной крепи от действия агрессивных подземных вод; восстановления разрушенной крепи; укрепления массива горных пород; возведения противофильтрационных завес.

В настоящее время цементацию горных пород применяют в наибольших объемах. С этой целью до начала горно-строительных работ в место заложения горной выработки через систему скважин нагнетают цементный раствор. После затвердевания раствора образуется водонепроницаемый массив зацементированной горной породы, внутри которого возводят горную выработку при отсутствии или с незначительным притоком воды.

Цементацию целесообразно применять в крепких трещиноватых горных породах с размером трещин не менее 0,1 мм и при скорости движения подземных вод не более 600 м/сут; в гравийно-галечных породах с размером зерен более 2 мм при условии, что поры между зернами свободны от глинистых или песчаных частиц; в крупнозернистых песках с диаметром зерен более 0,8 мм.

При глинизации в горные породы вместо цементного раствора нагнетают водный раствор глины. Преимущество способа глинизации состоит в том, что для тампонирования пород может быть использована дешевая местная глина, причем глинистые растворы способны противостоять действию агрессивных вод, разрушающих даже специальные цементы. Недостатки глинизации: большой расход материалов, малая сопротивляемость тампонажного камня внешнему давлению, ненадежность тампонирования тонкотрещиноватых горных пород. В связи с этим глинизацию целесообразно применять только в карстовых породах или в породах с весьма крупной трещиноватостью.

Сущность силикатизации состоит в применении неорганических высокомолекулярных соединений силикатных растворов жидкого стекла и их производных, которые при соединении с коагулянтом образуют гель кремниевой кислоты, цементирующий частицы породы. В настоящее время различают способы двухрастворный, однорастворный и газовой силикатизации.

При двухрастворном способе силикатизации через перфорированные трубы (инъекторы), погруженные в породу на заданную глубину, закачивают поочередно растворы силиката натрия и коагулянта — хлористого кальция. Образуемый в результате смешивания гель кремниевой кислоты придает породе прочность на сжатие, равную 1,5-5 МПа, и водонепроницаемость. Этот способ применяют для упрочнения песков с коэффициентом фильтрации 2-80 м/сут, в которых скорость движения подземных вод составляет менее 5 м/сут, а рН подземных вод — менее 9.

При однорастворном способе силикатизации в породу закачивают один гелеобразный раствор, приготовленный из смеси силиката с коагулянтом (однофосфорная, кремнефтористоводородная кислоты или алюминат натрия). При приготовлении этих растворов образование геля кремниевой кислоты происходит через определенное время, зависящее от количества коагулянта. Закрепленная на основе силиката натрия и кремнефтористоводородной кислоты порода имеет прочность на сжатие 2—5 МПа. Однорастворный способ силикатизации применяют для закрепления песчаных пород с коэффициентом фильтрации 0,5—50 м/сут. при скорости движения подземных вод не более 5—8 м/сут, рН — менее 7. Однорастворную силикатизацию можно применять также для упрочнения лессовых пород. В этом случае в породу нагнетают силикат натрия. Гель образуется за счет взаимодействия силиката натрия с сернокислыми солями, которые обычно имеются в лессовых породах.

Смолизация заключается в том, что в массив горных пород нагнетают водные растворы высокомолекулярных органических соединений (смол) с добавками коагулянтов. В результате химических реакций, происходящих в массиве горных пород, смолы переходят из жидкого в твердое состояние. В результате этого горные породы упрочняются, уменьшается их водопроницаемость. Так, пески, закрепленные синтетическими смолами, обладают прочностью на сжатие до 5 МПа в зависимости от типа песков и смол.

Способ смолизации можно применять в трещиноватых крепких породах, раздельно-зернистых и даже пористых с коэффициентом фильтрации 0,5—50 м/сут, при этом минимальный размер частиц несвязанного массива равен 0,01 —0,05 мм. Следует отметить, что широкое применение смолизации для упрочнения пород в различных областях строительства сдерживает высокая стоимость смол. По мере развития химической промышленности и удешевления производства синтетических смол способ смолизации будут применять во все ббльших масштабах.