RU2485319C1

RU2485319C1 - Method of tunnelling in rocks

Info

Publication number: RU2485319C1
Application number: RU2011147526/03A
Authority: RU
Inventors: Рашид Сагидович Бозиев; Александр Илларионович Плугин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Реактивное бурение"
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: method of tunnelling is characterised by the fact that rocks are broken at a bottomhole with a fluid working agent under pressure, at the same time mines and wells are arranged along the perimetre and along the frontal area of the bottomhole; the distance between these mines is chosen with account of breaking action at rocks with a reheated gas or steam-gas working agent under pressure, which is generated with a multi-module jet plant and its working devices, and also extended elastic tubular elements are used, filled with an energy composition that generates a reheated agent under high pressure, with the help of which the specified mines and wells are arranged in the rock massif; the massif is damaged and ground. The bottomhole is cleaned by pressure at the bottomhole end to damaged parts of the rock massif with a working medium in the form of reheated steam-gas phases under pressure.

EFFECT: efficient complex action at a bottomhole with higher efficiency, lower labour and power inputs.

6 cl

Description

Изобретение относится к горной промышленности и касается технологий образования тоннелей и выработок значительного сечения для использования их в качестве: транспортных, вентиляционных, для прокладки различных коммуникаций.The invention relates to the mining industry and relates to technologies for the formation of tunnels and workings of significant cross-section for their use as: transport, ventilation, for laying various communications.

В технологии проходки тоннелей известны отдельные и комплексные процессы, включающие основные операции: разработку и разрушение пород на забое, дробление породы, удаление из зоны забоя проходимой выработки; с использованием для этого различных механических проходческих щитов и устройств [Дмитриев А.П. Термическое и комбинированное разрушение горных пород, М., Недра, 1978; Кутузов Б. Н. Разрушение пород взрывом, М., Недра, 1980; SU 822604, E29D 9/00; SU 828761; RU 2207973, 2002; SU 1480391; Величкин Б.А. Строительство тоннелей метрополитенов, М, СИ, 1971; SU 924389, E21D 11/10, 1977; RU 2148699, Е21В 25/00, 1998.]. Последнее из указанных решений является наиболее близким по технологической сущности и достигаемому положительному результату.In tunneling technology, separate and complex processes are known, including the basic operations: development and destruction of rocks at the bottom, crushing of the rock, removal of passable production from the bottom zone; using for this various mechanical sinking shields and devices [Dmitriev A.P. Thermal and combined destruction of rocks, M., Nedra, 1978; Kutuzov B. N. Destruction of rocks by explosion, M., Nedra, 1980; SU 822604, E29D 9/00; SU 828761; RU 2207973, 2002; SU 1480391; Velichkin B.A. Construction of subways tunnels, M, SI, 1971; SU 924389, E21D 11/10, 1977; RU 2148699, ЕВВ 25/00, 1998.]. The last of these solutions is the closest in technological essence and the achieved positive result.

Существенными и очевидными недостатками указанного способа проходки выработок являются: значительные трудовые и высокие энергетические затраты на осуществление операций разрушения пород на забое совместно с незначительной производительностью и низкой эффективностью работ.Significant and obvious disadvantages of this method of excavation are: significant labor and high energy costs for the implementation of rock destruction operations at the bottom together with low productivity and low work efficiency.

Технической задачей и технологическим положительным результатом заявляемого способа является более эффективное комплексное воздействие на забой с увеличением производительности, снижением трудо- и энергозатрат на отдельные операции и весь процесс разрушения пород на забое, их удаления и образования ствола проходимого тоннеля.The technical task and the technological positive result of the proposed method is a more effective integrated impact on the face with an increase in productivity, reduction of labor and energy costs for individual operations and the entire process of destruction of rocks at the face, their removal and the formation of the trunk of a passable tunnel.

Указанная задача и технический результат достигаются в способе за счет того, что способ проходки тоннеля в горных породах характеризуется тем, что разрушение пород ведут текучим рабочим агентом, образуя линейные выработки по нормальному контуру тоннеля, также проходят отдельные горизонтальные или наклонные скважины с забойного торца тоннеля, между этими скважинами образуют криволинейные и прямые выработки в различных направлениях площади забоя, импульсным силовым воздействием из полостей пройденных скважин и выработок разрушают монолит забойной части проходимого тоннеля, части, осколки и шлам разрушенной породы отделяют от забоя силовым воздействием текучей рабочей среды и удаляют из ствола проходимого тоннеля.The specified problem and the technical result are achieved in the method due to the fact that the tunneling method in rocks is characterized by the fact that the rocks are destroyed by a fluid working agent, forming linear workings along the normal contour of the tunnel, separate horizontal or deviated wells also pass from the bottom of the tunnel, between these wells form curvilinear and direct workings in different directions of the bottomhole area, by pulsed force from the cavities of the passed wells and workings destroy mon The bottom part of the tunnel undergoing passage, parts, fragments and sludge of the destroyed rock are separated from the bottom by the force of a fluid working medium and removed from the trunk of the tunnel undergoing passage.

Способ, также характеризующийся тем, что выработки по контуру тоннеля образуют криволинейными переменного радиуса кривизны и сечения.The method, also characterized in that the workings along the contour of the tunnel form a curvilinear variable radius of curvature and section.

Способ, также характеризующийся тем, что в качестве рабочего агента для разрушения пород используют сжатую газовую и парогазовую среду.The method, also characterized in that as a working agent for the destruction of rocks using compressed gas and vapor-gas medium.

Способ, оригинально характеризующийся тем, что в качестве рабочего агента используют перегретые жидкие и газообразные фазы энергоматериалов.The method, originally characterized in that the superheated liquid and gaseous phases of the energy materials are used as the working agent.

Способ, также характеризующийся тем, что в качестве источников рабочего агента для разрушения породы используют эластичные удлиненные трубчатые элементы, оснащенные перегреваемой рабочей средой.A method also characterized in that elastic elongated tubular elements equipped with an overheated working medium are used as sources of a working agent for rock destruction.

Способ, также характеризующийся тем, что для выработки рабочего агента, подаваемого на забой, используют мультимодульные реактивные аппараты.The method, also characterized in that for the development of the working agent supplied to the face, use multimodular reactive devices.

Способ проходки тоннеля осуществляют следующим образом. С помощью указанных известных технических средств, преимущественно конструкции А.И.Плугина, ведут разработку и разрушение пород на забое, причем выполняют эти технологические операции оригинальными приемами. Первоначально ведут проходку отдельных горизонтальных или слабонаклонных (под углом около 10-15° к горизонту) скважин диаметром 120-150 мм по оси и на расстоянии 2-3-х диаметров скважин одна от другой по системе «ромашка» с помощью мультимодульных реактивных аппаратов; по образующим тоннельного сечения выполняют прямые и криволинейные выработки переменного сечения с кривизной дуги - от радиуса тоннеля до 0.1 этого радиуса; причем все указанные скважины и выработки проходят в местах наименьших напряжений сжатий горного массива в различных направлениях поперечного сечения тоннеля. Это условие выполняют для предупреждения возможных самопроизвольных трещинообразований в этом массиве, которые могли бы привести к неконтролируемым спонтанным разрушениям образованного «скелета» в этом массиве породы. Приборной диагностикой с помощью УЗК-излучателей и приемных детекторов, расположенных в пройденных скважинах и выработках, определяют прочностные данные свода тоннеля и перемычек между выработками и скважинами. По полученным характеристикам прочности перемычек выбирают тип эластичных зарядов по необходимой разрушающей способности, которые формируют в удлиненных трубчатых элементах, оснащенных перегреваемой рабочей средой, в частности используют воду, перекись водорода и термитные мгновенно перегреваемые стержни для мгновенного - взрывного перегрева водной эмульсии, расширение которой в пределах 0.5*10³-0.9*10³ раз позволяет создать взрывную парогазовую волну для разрушения монолита забойной части и перемычек между скважинами и между самими прямыми и криволинейными выработками. При этом сначала разрушают перемычки в верхней сводообразующей части проходимого тоннеля на расстоянии от свода около 1/3 диаметра (высоты) тоннеля. Затем разрушают перемычки боковых сторон тоннеля одновременно с двух его сторон; далее последовательно разрушают центральные перемычки и у основания тоннеля; образованные разрушением осколки, части массива, шлам отделяют от забоя силовым воздействием текущей рабочей среды и удаляют по пластинчатому транспортеру из зоны забоя и из ствола проходимого тоннеля. В качестве такой рабочей среды используют указанную перегреваемую смесь, заключенную в эластичные удлиненные трубчатые элементы, которые размещают в забойной части в образовавшихся пустотах после разрушения перемычек, как это отражено выше, с помощью перегретых жидких и газообразных фаз, вырабатываемых из энергоматериалов (вода, перекись водорода, термитные стержни с токоподающими элементами: 30÷50 В и 350÷500 А).The tunneling method is as follows. Using these well-known technical means, mainly the designs of A.I. Plugin, they conduct the development and destruction of rocks at the bottom, and these technological operations are performed with original techniques. Initially, individual horizontal or slightly inclined (at an angle of about 10-15 ° to the horizon) wells are drilled with a diameter of 120-150 mm along the axis and at a distance of 2-3 diameters of the wells from one another according to the chamomile system using multimodular reactive devices; along the tunnel section generators, direct and curvilinear workings of variable section with curvature of the arc are performed - from the radius of the tunnel to 0.1 of this radius; moreover, all these wells and workings pass in places of the lowest compressive stresses of the rock mass in various directions of the tunnel cross section. This condition is fulfilled to prevent possible spontaneous cracking in this massif, which could lead to uncontrolled spontaneous destruction of the formed "skeleton" in this rock mass. Instrument diagnostics using ultrasonic emitters and receiving detectors located in the drilled wells and workings determines the strength data of the arch of the tunnel and jumpers between workings and wells. Based on the obtained strength characteristics of the jumpers, the type of elastic charges is selected according to the required destructive ability, which is formed in elongated tubular elements equipped with a superheated working medium, in particular, they use water, hydrogen peroxide and termite instantly overheated rods for instantaneous - explosive overheating of an aqueous emulsion, the expansion of which is within 0.5 * 10 ³ -0.9 * 10 ³ times allows you to create an explosive gas-vapor wave for the destruction of the monolith of the bottom hole and the bridges between the wells and between the pits and curved workings. At the same time, the jumpers in the upper arch-forming part of the passable tunnel are first destroyed at a distance from the arch about 1/3 of the diameter (height) of the tunnel. Then destroy the jumpers on the sides of the tunnel simultaneously from its two sides; then successively destroy the central lintels at the base of the tunnel; fragments formed by the destruction, parts of the massif, the sludge is separated from the bottom by the force of the current working medium and removed through the plate conveyor from the bottom zone and from the trunk of the tunnel undergoing. As such a working medium, the specified superheated mixture is used, enclosed in elastic elongated tubular elements, which are placed in the bottomhole in the voids formed after the bridges are destroyed, as reflected above, using superheated liquid and gaseous phases generated from energy materials (water, hydrogen peroxide) termite rods with current-carrying elements: 30 ÷ 50 V and 350 ÷ 500 A).

Для экспериментальной проверки эффективности данного способа был выбран участок тоннеля в гранитном массиве. При диаметре тоннеля D_TH=5.0 м были пройдены скважины dckв=120-135 мм длиной l=2100 мм по оси тоннеля и по системе «ромашка» вокруг этой лидерной скважины на расстоянии 320-340 мм (между стенками, образующими перемычки этой толщины); затем с учетом площади поперечного сечения Fтн тоннеля были пройдены прямые выработки по боковым сторонам с шириной щели 92-100 мм, также были пройдены последними криволинейные выработки у свода тоннеля с радиусом кривизны, равным Rтн, 0.5 Rтн, 0.3 Rтн и 0.1 Rтн шириной щелей 92-110 мм. Разрушение перемычек проводилось с учетом прочности перемычек на сжатие, статические нагрузки на изгиб и скол, начиная от области свода проходимого тоннеля, с помощью импульсно-взрывного давления перегретой газовой и парогазовой среды, формируемой под давлением Р=500-700 кгс/см² с температурой t=300-400°С в полостях эластичных (упруго-податливых) элементов. После разрушения перемычек с боков, по центру и у подошвы тоннеля все части породы, осколки и шлам отделяют от забоя с помощью аналогичного взрывного давления перегретой среды, выбирая Р=50-200 кгс/см² при t=200-250°С; далее разрушенную породу откатывают из ствола проходимой выработки и повторяют технологический цикл проходки по технологическим операциям, изложенным выше.For experimental verification of the effectiveness of this method, a section of the tunnel in a granite massif was selected. With a tunnel diameter of D _TH = 5.0 m, wells dckв = 120-135 mm with a length l = 2100 mm were drilled along the axis of the tunnel and along the chamomile system around this leader well at a distance of 320-340 mm (between the walls forming the jumpers of this thickness) ; then, taking into account the cross-sectional area Ftn of the tunnel, straight workings were made on the sides with a slit width of 92-100 mm, and the last curved workings at the arch of the tunnel with a radius of curvature equal to Rtn, 0.5 Rtn, 0.3 Rtn and 0.1 Rtn with a slit width of 92 -110 mm. The destruction of the jumpers was carried out taking into account the strength of the jumpers for compression, static bending and cleavage loads, starting from the arch area of the tunnel undergoing passage, using pulse-explosive pressure of an overheated gas and vapor-gas medium formed under a pressure of P = 500-700 kgf / cm ² with a temperature t = 300-400 ° C in the cavities of elastic (elastic-pliable) elements. After the bridges are destroyed from the sides, in the center and at the base of the tunnel, all parts of the rock, fragments and sludge are separated from the bottom using the same explosive pressure of an overheated medium, choosing P = 50-200 kgf / cm ² at t = 200-250 ° C; further, the destroyed rock is rolled back from the shaft of the passable mine and the technological cycle of sinking through the technological operations described above is repeated.

Claims

1. The method of tunneling in rocks, characterized in that the destruction of the rocks is carried out by a fluid working agent, forming linear workings along the normal contour of the tunnel, separate horizontal or inclined wells from the bottomhole end of the tunnel also pass, between these wells form curvilinear and direct workings in various the direction of the face area, pulsed force from the cavities of the passed wells and workings destroy the monolith of the face of the passable tunnel, parts, fragments and sludge of the destroyed genera separated from the bottom force action and the working fluid is removed from the tunnel traversed by the stem.

2. The method according to claim 1, characterized in that the workings along the contour of the tunnel form a curvilinear variable radius of curvature and section.

3. The method according to claim 1, characterized in that as a working agent for the destruction of rocks using compressed gas and vapor-gas medium.

4. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the superheated liquid and gaseous phases of the energy materials are used as the working agent.

5. The method according to claim 1, characterized in that elastic elongated tubular elements equipped with an overheated working medium are used as sources of a working agent for rock destruction.

6. The method according to claim 1, characterized in that for the development of a working agent supplied to the face using multimodular reactive devices.