Проходка стволов замораживанием пород: Как построить шахту в плывуне

Строительство вертикального ствола — сложная задача сама по себе. Но когда на пути встречаются плывуны, насыщенные водой пески и другие неустойчивые породы, стандартные методы становятся бесполезными. В таких случаях на помощь приходит технология искусственного замораживания — мощный и надежный способ создать временную крепь изо льда.

Основная идея метода проста и гениальна: если порода неустойчива из-за воды, то эту воду нужно заморозить. При замерзании вода цементирует частицы грунта, превращая рыхлую массу в прочный, водонепроницаемый монолит — так называемый ледопородный массив.

По сути, вокруг контура будущего ствола создается ледяная стена-«саркофаг», которая:

Процесс замораживания и проходки — это четкая последовательность операций.

По будущему контуру ствола бурятся скважины на расчетную глубину. Они располагаются с шагом около 1 метра, образуя замораживающий ряд.

В каждую скважину опускается замораживающая колонка — конструкция из двух соосных труб. Все колонки на поверхности соединяются в единый контур с трубопроводами, который можно увидеть на изображении внизу, где смонтирован контур в устье нового ствола, проходка которого только начинается.

Специальная холодильная станция начинает прокачивать через систему хладагент (чаще всего — рассол, охлажденный до -30°C), но в современных проектах все чаще применяются более эффективные жидкий азот (до -196°C) для быстрого замораживания или фреоны. Холод через стенки колонок передается породе. В течение нескольких недель зоны заморозки вокруг каждой скважины расширяются и сливаются в сплошную ледяную стену требуемой толщины.

После формирования ледопородного массива начинается проходка внутри него. Замороженная порода достаточно прочна, чтобы работать отбойными молотками или комбайнами. Немедленно за проходочным забоем возводится постоянная крепь — обычно тюбинговая. Пространство между крепью и породой заполняется бетоном.

После набора прочности постоянной крепью система замораживания отключается. Порода постепенно оттаивает, а замораживающие колонки извлекаются.

Для реализации этого способа требуется серьезное оснащение:

Как и любой сложный метод, замораживание имеет свои сильные и слабые стороны.

Способ искусственного замораживания пород — это не просто инженерная методика, это демонстрация того, как человек может на время подчинить себе силы природы для решения сверхсложных задач. Несмотря на свою стоимость и трудоемкость, он остается безальтернативным решением при строительстве шахтных стволов в условиях, где другие технологии обречены на провал. С развитием холодильной техники и методов компьютерного моделирования этот способ продолжает совершенствоваться, открывая путь к новым месторождениям, скрытым под толщей обводненных пород.