В практике строительства подземных сооружений встречаются протяженные зоны нарушенных несвязных грунтов. Работы в таких зонах производят после предварительного укрепления грунтов.
В настоящее время в отечественной и зарубежной практике при укреплении горных пород применяются такие способы, как цементация, силикатизация, замораживание, глинизация, битумизация, торкретирование, электрохимический и термический способы укрепления. В отдельных случаях находит применение способ укрепления пород растворами синтетических смол. Каждый из этих способов имеет свою область применения.
Цементация пород производится при проведении выработок в водоносных породах, укреплении неустойчивых и нарушенных массивов и, по данным профессора Н. Г. Трупака [1], может эффективно применяться при наличии трещин шириной не менее 0,15-0,20 мм в трещиноватых породах. Пористые породы с величиной зерен менее 0,8 мм цементации не поддаются. Анализ опыта предварительной цементации показал, что в некоторых случаях при пересечении некоторых свит водоносных песчаников не удается достигнуть хороших показателей.
К первой группе относятся песчаники свиты с индексами N3S, N1S, и n1S, расположенные на глубине до 200-250 м. Мощность разнозернистых песчаников изменяется от 20 до 120 м, а притоки воды из них в сооружаемые стволы достигают 80-250 м3/ч.
Гидрогеологическими исследованиями установлено, что эти водоносные горизонты, как правило, имеют большую площадь выхода под покровные отложения обводненных песков и глин и прямую гидравлическую связь с ними через трещины выветривания. Это обстоятельство обусловливает постоянное подпитывание песчаников за счет водоотдачи покровных отложений.
Ко второй группе водоносных горных пород, поддающихся цементации лишь частично, следует отнести песчаники верхней свиты с индексами m6 Sm 9, m26Sm7, M7Sm26. Горные породы этой группы представляют собой мелкопористые кварцевые песчаники на глинистом цементе; мощность их колеблется от 7,5 до 50 м, приток воды до 50 м3/ч. Вода из песчаников поступает, как правило, с гидростатическим напором до 60 кгс/см2.
Исследования показали [2], что перечисленные свиты в силу своей мелкопористой структуры не поддаются цементации.
Успехи химической промышленности, выпускающей органические соединения, обладающие высокими клеящими и водоустойчивыми свойствами с достаточной прочностью, позволили разработать и начать использование нового способа укрепления мелкозернистых и тонкотрещиноватых пород растворами синтетических смол.
Способ основан на способности растворов синтетических смол под действием отвердителей образовывать прочные и водонепроницаемые соединения, которые связывают породы в сплошной монолитный массив.
Так, при строительстве Замоскворецкого радиуса метрополитена на участке между станциями «Автозаводская» и «Нагатино» туннели необходимо было проложить непосредственно под зданиями фабрики, тягово-понизительной подстанции и под железнодорожными путями. Для обеспечения сохранности зданий и нормальной работы фабрики в период строительства туннелей было применено химическое укрепление.
Применение составов на основе фенольных смол ограничивается в связи с их токсичностью - выделение свободного фенола.
Для упрочнения пород нашли применение карбамидные смолы холодного отверждения КФ-Ж, КФ-МТ, МФФ-М. Они не являются дефицитными. Однако их применение в подземных выработках ограничено. Это связано с выделением в процессе конденсации карбамидных смол токсичных летучих веществ, особенно формальдегида в концентрациях, превышающих предельно допустимые в несколько раз.
Наиболее надежные составы для упрочнения пород основаны на вспенивающихся полиуретановых системах.
К пенополиуретанам относятся высокомолекулярные соединения, содержащие в основной цепи макромолекулы уретановые группы
Образование пенополиуретана происходит в результате взаимодействия полиэфирной композиции и полиизоцианата. Под воздействием выделяющихся в процессе полимеризации газов происходит вспенивание полиуретана и образование токсичных газов.
В литературе отсутствуют данные по качественному и количественному составу образующихся газовых выбросов. Имеются немногочисленные сведения, указывающие на токсичность полиуретана [3]. В связи с его токсичностью требуется соблюдение правил техники безопасности и осторожности.
Целью настоящей работы является изучение содержания токсичных газов в воздухе на месте проведения работ по химическому анкерованию и оценка их влияния на работающих. Эта цель достигается решением следующих задач:
Точки отбора выбирались с тем, чтобы рудничный воздух был охарактеризован с учетом возможного влияния технологического процесса по химическому анкерованию.
Опробование рудничного воздуха выполнялось с соответствии с нормативными документами [4].
При образовании полиуретана в атмосферу выделяются вредные газы, содержащие толуилендиизоцианат, а также углеводороды.
Толуилендиизоцианат определялся фотометрическим методом согласно методическим указаниям по измерению концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны, утвержденных министерством здравоохранения [5].
Углеводороды анализировались газохроматографически [6].
Для оценки уровня загрязнения воздуха рабочей зоны необходимо сравнение данных лабораторных исследований с предельно допустимыми концентрациями.
Исследования показали, что содержание токсичных газов в рудничном воздухе на месте проведения работ по химическому анкерованию меньше предельно допустимых концентраций. И только непосредственно около шпура возникают концентрации выше допустимых. Таблица 1, демонстрирующая содержание компонентов приводится ниже.
| Место отбора проб | Содержание толуилендиизоцианат, мг/м3 | Предельно допустимая концентрация толуилендиизоцианат в воздухе рабочей зоны, мг/м3 | Содержание углеводородов, мг/м3 | Предельно допустимая концентрация углеводородов в воздухе рабочей зоны, мг/м3 |
| Место проведения работ по химическому анкерыованию | 0,026 | 0,5 | 10,0 | 300,0 |
| Место отбора непосредственно около шпура | 1,1 | 0,5 | 25,0 | 300,0 |
При проведении работ по химическому анкерованию нет значительных превышений по содержанию вредных веществ. К тому же, через 30 минут эти выделения практически прекращаются.
Однако путем предварительного опроса и осмотра, проведения анализов выявляются люди, имеющие различные заболевания, например: хронические и экзематические заболевания кожи, аллергическая предрасположенность. На основании этого факта оформляется решение о допуске к работам.
В забое, где проводятся работы по химическому закреплению пород, обязательно наличие приточной вентиляции. Систематически должен проводиться контроль содержания в воздухе толуилендиизоцианата. Кроме того, во время проведения химического анкерования необходимо предусматривать меры предосторожности: при установке анкера рабочий должен находиться не ближе 30 см от шпура, а очередность установки каждого последующего анкера должна осуществляться в направлении, противоположном движению вентиляционной струи по выработке.