RU2580124C1 - Method of creating protective shield in roof of designed mine works (versions) - Google Patents

Method of creating protective shield in roof of designed mine works (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2580124C1
RU2580124C1 RU2015105735/03A RU2015105735A RU2580124C1 RU 2580124 C1 RU2580124 C1 RU 2580124C1 RU 2015105735/03 A RU2015105735/03 A RU 2015105735/03A RU 2015105735 A RU2015105735 A RU 2015105735A RU 2580124 C1 RU2580124 C1 RU 2580124C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wells
casing
pipes
anchor
rock
Prior art date
Application number
RU2015105735/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Григорий Наумович Гензель
Денис Александрович Зайцев
Александр Иванович Кисиличин
Валерий Иванович Косогор
Алексей Сергеевич Кульминский
Олег Иванович Писарев
Александр Сергеевич Чаадаев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический и экспертный центр новых экотехнологий в гидрогеологии и гидротехнике "НОВОТЭК"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический и экспертный центр новых экотехнологий в гидрогеологии и гидротехнике "НОВОТЭК" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический и экспертный центр новых экотехнологий в гидрогеологии и гидротехнике "НОВОТЭК"
Priority to RU2015105735/03A priority Critical patent/RU2580124C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580124C1 publication Critical patent/RU2580124C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/001Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/14Lining predominantly with metal
    • E21D11/36Linings or supports specially shaped for tunnels or galleries of irregular cross-section
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00Setting anchoring-bolts
    • E21D20/02Setting anchoring-bolts with provisions for grouting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: presented group of inventions relates to methods of making protective screen designed in roof of projected mine workings. Feature of first version of method consists in drilling of wells is performed from one of two or two existing adjoining screened zone of mine workings, perpendicular or parallel projection respectively parallel adjacent to each other working at, pitch t between parallel geometrical axes of wells. Method according to second version consists in fact that in middle part of screened zone auxiliary mine perpendicular to projection parallel adjacent to each other working at or in one of diagonal directions screened zone. Drilling of wells is performed from auxiliary mine working, keeping pitch t between parallel geometrical axes of wells. Size of pitch t is determined depending on outer diameter of tubes-anchor, coefficient of attenuation factor structural rock on scale of M. M. Protodyakonov, bending resistance moment of cross section of pipe-anchor, permissible voltage of tube material bending-anchor, volumetric weight of rock being flight cleaning mine working, as well as angle of intersection of projections on screening plane geometrical axes of wells and designed mining of mine workings.
EFFECT: technical result consists in creation of protective shield with high screening surface in loose ores, which provides technological possibility and cost-effectiveness of driving of excavations in form of mining tapes; each version of method involves drilling in rock mass, at least one previously developed mine working of parallel wells and placing in drilled wells pipes-anchors.
10 cl, 25 dwg

Description

Группа изобретений относится к подземному строительству, а именно к способам создания защитного экрана в кровле проектируемых горных выработок преимущественно в виде добычных лент при разработке рыхлых руд.The group of inventions relates to underground construction, and in particular to methods of creating a protective screen in the roof of the designed mine workings, mainly in the form of mining tapes in the development of loose ores.

Известны способы создания защитного экрана при проходке горных выработок. В частности, известен способ проходки тоннелей по патенту РФ на изобретение (RU 2301339, E21D 9/04, 20.06.2007). Он включает продавливание массива грунта полым протяженным элементом с помощью домкратной установки, выборку керна, продавливание грунта последующим полым элементом, выборку из него керна и соединение полых элементов. Соединенные между собой полые элементы являются стенками выработки и одновременно служат защитным экраном.Known methods for creating a protective screen during the excavation of mine workings. In particular, a known method of tunneling according to the patent of the Russian Federation for the invention (RU 2301339, E21D 9/04, 06/20/2007). It includes pushing the massif of soil with a hollow extended element using a jack installation, core sampling, pressing the soil with the subsequent hollow element, sampling the core from it and joining the hollow elements. Interconnected hollow elements are the walls of the mine and at the same time serve as a protective screen.

Недостатком этого известного способа является ограниченность использования по крепости пород и размеру поперечного сечения подлежащей защите горной выработки (он применим для проведения тоннелей малого сечения, предназначенных для прокладывания кабеля в слабых грунтах насыпей или под насыпями), и поэтому не может быть использован для экранирования горных выработок значительного поперечного сечения.The disadvantage of this known method is the limited use of rock strength and cross-sectional size of the mine to be protected (it is applicable for small tunnels designed to lay cable in soft soils of embankments or under embankments), and therefore cannot be used to screen mine workings significant cross section.

Известен способ создания трубного инъекционного экрана над тоннелями и устройство для его осуществления по патенту Германии на изобретение (DE 3639891, E21D 9/00, 01.06.1988). Известный способ включает бурение из призабойной части уже пройденного тоннеля наклонных расходящихся скважин в кровле проектируемой выработки (будущей части тоннеля) и нагнетание тампонажного раствора. Причем бурение и нагнетание осуществляют в одну стадию (одновременно) с помощью устройства, в котором нагнетательная труба выполнена перфорированной защитной (обсадной) с призабойным башмаком. Отверстия в трубе выполнены коническими с расширением наружу и прикрыты коническими пробками. Внутри перфорированной трубы размещена бурильная труба с долотом. Обсадная и бурильная трубы в процессе бурения наращиваются в колонны с помощью соответствующих резьбовых соединений. После окончания бурения скважины бурильная колонна извлекается из перфорированной обсадной, а последняя остается в скважине в качестве анкера. Бурение скважин осуществляют с промывкой или продувкой. При необходимости (наличие трещин в массиве пород) в прискважинную зону подают тампонажный раствор через приоткрытые его давлением отверстия обсадной колонны.A known method of creating a tube injection screen above the tunnels and a device for its implementation according to the German patent for the invention (DE 3639891, E21D 9/00, 06/01/1988). The known method includes drilling from the bottom of the tunnel already passed inclined diverging wells in the roof of the projected development (the future part of the tunnel) and pumping cement slurry. Moreover, drilling and injection is carried out in one stage (simultaneously) using a device in which the discharge pipe is made of a perforated protective (casing) with bottom-hole shoe. The holes in the pipe are made conical with the expansion outward and covered with conical plugs. A drill pipe with a chisel is placed inside the perforated pipe. The casing and drill pipes are drilled into the columns during the drilling process using appropriate threaded joints. After drilling is completed, the drill string is removed from the perforated casing, and the latter remains in the well as an anchor. Well drilling is carried out with flushing or purging. If necessary (the presence of cracks in the rock mass), cement slurry is fed into the borehole zone through the openings of the casing, ajar.

Недостатком известного способа является невозможность создания общего защитного экрана в кровле группы проектируемых очистных выработок в виде добычных лент при добыче рыхлых руд.The disadvantage of this method is the inability to create a common protective screen in the roof of the group of designed treatment workings in the form of mining tapes for the extraction of loose ores.

Известен также способ создания тоннеля или прохода под существующими сооружениями, например под сетью железнодорожных путей, по патенту США на изобретение (US 4009579, E21D 1/04, 01.03.1977). Этот известный принятый в качестве прототипа способ обеспечивает сохранность наземных сооружений в зоне прохода и защиту призабойной части проходимого тоннеля. Он включает создание защитного экрана в кровле проектируемого тоннеля путем бурения горизонтальных параллельных примыкающих друг к другу скважин из одной из двух предварительно вырытых открытых горных выработок, ориентируя геометрические оси скважин параллельно геометрической оси проектируемого тоннеля. Бурение осуществляют без промывки оснащенной долотом и шнеком колонной бурильных труб под защитой колонны обсадных труб, которая после извлечения из нее колоны бурильных труб остается размещенной в скважине и служит в качестве труб-анкеров с последующим их армированием (заполнением бетоном вокруг осевого размещенного внутри троса). Затем проходят тоннель с креплением. Такой экран обладает повышенной прочностью, но при высокой стоимости строительных работ. Он не приемлем экономически для экранирования отдельных очистных выработок и не осуществим для экранирования их совокупности в виде добычных лент.There is also a method of creating a tunnel or passage under existing structures, for example under a network of railway tracks, according to the US patent for the invention (US 4009579, E21D 1/04, 03/01/1977). This well-known method adopted as a prototype ensures the safety of ground structures in the passage zone and the protection of the bottom-hole part of the tunnel undergoing. It includes the creation of a protective screen in the roof of the designed tunnel by drilling horizontal parallel adjacent to each other wells from one of two previously dug open mine workings, orienting the geometric axis of the wells parallel to the geometric axis of the designed tunnel. Drilling is carried out without washing the drill pipe string equipped with a chisel and auger under the protection of the casing string, which, after removing the drill pipe string from it, remains placed in the well and serves as anchor pipes with their subsequent reinforcement (filling with concrete around the axial inside the cable). Then pass the tunnel with the mount. Such a screen has increased strength, but at a high cost of construction work. It is not economically acceptable for shielding individual treatment workings and is not feasible for shielding their totality in the form of production tapes.

Задача группы изобретений состоит в разработке такого способа создания защитного экрана в кровле проектируемых горных выработок, который позволял бы получить экранирование зоны, охватывающей одновременно ряд подлежащих разработке параллельных примыкающих очистных выработок (добычных лент) при добыче рыхлых (склонных к вывалообразованию из кровли) руд, за счет учета горного давления и прочностных параметров руд и труб-анкеров.The objective of the group of inventions is to develop such a method of creating a protective screen in the roof of the designed mine workings, which would make it possible to obtain shielding of a zone covering at the same time a number of parallel adjacent treatment workings (mining tapes) to be mined for the extraction of loose (prone to dumping from the roof) ores, account of rock pressure and strength parameters of ores and pipe anchors.

Для решения поставленной задачи с указанным техническим результатом предложена группа изобретений из двух вариантов способа в зависимости от возможности использования имеющихся пройденных горных выработок (первый вариант) или в необходимости проходки вспомогательной горной выработки (второй вариант).To solve the problem with the specified technical result, a group of inventions from two variants of the method is proposed depending on the possibility of using the existing mines (the first option) or the need for auxiliary mining work (the second option).

Каждый вариант способа создания защитного экрана в кровле проектируемых горных выработок включает бурение в горном массиве, по крайней мере, из одной предварительно пройденной горной выработки параллельных скважин с помощью оснащенных породоразрушающим элементом бурильных труб под защитой обсадных труб и размещение в пробуренных скважинах труб-анкеров.Each version of the method of creating a protective screen in the roof of the designed mine workings includes drilling in the rock mass from at least one previously completed mining of parallel wells using drill pipes equipped with a rock cutting element under the protection of casing pipes and placing anchor pipes in the drilled wells.

Отличительная особенность первого варианта способа состоит в том, что бурение скважин осуществляют из одной из двух или из двух существующих примыкающих к экранируемой зоне горных выработок, перпендикулярных или параллельных соответственно проектируемым параллельным примыкающим друг к другу очистным горным выработкам, выдерживая шаг t между параллельными геометрическими осями скважин, размер которого определяют по зависимости полученной в результате обобщения корреляции влияния горного давления на сводообразование в горной выработке по известной методике проф. М.М. Протодьяконова (Давление горных пород и рудничное крепление, М.М. Протодьяконов, ч. 1, М.: Госгортехиздат, 1930 г., 128 с.) и расчетных формул строительной механики и теории сопротивления материалов (Сопротивление материалов, Н.М. Беляев, М.: Наука, 1976 г., 608 с.).A distinctive feature of the first variant of the method is that the wells are drilled from one of two or two existing mine workings adjacent to the shielded zone, perpendicular or parallel to the parallel designed adjacent mining workings, maintaining a step t between parallel geometric axes of the wells , the size of which is determined by the dependence obtained as a result of a generalization of the correlation of the influence of rock pressure on arch formation in the mining heel in a known manner by prof. M.M. Protodyakonova (Rock pressure and mine fastening, M.M. Protodyakonov, part 1, Moscow: Gosgortekhizdat, 1930, 128 pp.) And design formulas of structural mechanics and theory of material resistance (Resistance of materials, N.M. Belyaev , Moscow: Nauka, 1976, 608 p.).

t=d+6·(k·f·W·[σ])1/2·γ0-1/2·b-1·sin α, м,t = d + 6 · (k · f · W · [σ]) 1/2 · γ 0 -1/2 · b -1 · sin α, m,

где d - наружный диаметр тубы-анкера, м;where d is the outer diameter of the tube-anchor, m;

k - коэффициент структурного ослабления пород (k=0,1…1,0);k is the coefficient of structural attenuation of rocks (k = 0.1 ... 1.0);

f - коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова (f=1…20);f - rock strength coefficient on the MM scale Protodyakonova (f = 1 ... 20);

W - момент сопротивления изгибу поперечного сечения трубы-анкера, м3;W is the moment of resistance to bending of the cross section of the pipe-anchor, m 3 ;

[σ] - допустимое напряжение на изгиб материала трубы-анкера, МН/м2;[σ] - permissible bending stress of the material of the pipe-anchor, MN / m 2 ;

γ0 - объемный вес породы, кН/м3;γ 0 - volumetric weight of the rock, kN / m 3 ;

b - пролет проектируемой очистной горной выработки, м;b - span of the designed mine treatment mine, m;

α - угол пересечения проекций на плоскость экранирования геометрических осей скважин и проектируемых очистных горных выработок (0≤α<90°).α is the angle of intersection of the projections on the screening plane of the geometric axes of the wells and the designed mine workings (0≤α <90 °).

Отличительная особенность второго варианта способа состоит в том, что в средней части экранируемой зоны проходят вспомогательную горную выработку перпендикулярно проектируемым параллельным примыкающим друг к другу очистным горным выработкам или в одном из диагональных направлений экранируемой зоны бурение скважин производят из вспомогательной горной выработки, выдерживая шаг t между параллельными геометрическими осями скважин, размер которого определяют по зависимостиA distinctive feature of the second variant of the method is that in the middle part of the shielded zone pass auxiliary mining working perpendicular to the parallel designed adjacent adjacent mine workings or in one of the diagonal directions of the shielded zone, wells are drilled from the auxiliary mining, maintaining a step t between parallel geometric axes of wells, the size of which is determined by the dependence

t=d+6·(k·f·W·[σ])1/2·γ0-1/2·b-1·sin α, м,t = d + 6 · (k · f · W · [σ]) 1/2 · γ 0 -1/2 · b -1 · sin α, m,

где d - наружный диаметр тубы-анкера, м;where d is the outer diameter of the tube-anchor, m;

k - коэффициент структурного ослабления пород (k=0,1…1,0);k is the coefficient of structural attenuation of rocks (k = 0.1 ... 1.0);

f - коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова (f=1…20);f - rock strength coefficient on the MM scale Protodyakonova (f = 1 ... 20);

W - момент сопротивления изгибу поперечного сечения трубы-анкера, м3;W is the moment of resistance to bending of the cross section of the pipe-anchor, m 3 ;

[σ] - допустимое напряжение на изгиб материала трубы-анкера, МН/м2;[σ] - permissible bending stress of the material of the pipe-anchor, MN / m 2 ;

γ0 - объемный вес породы, кН/м3;γ 0 - volumetric weight of the rock, kN / m 3 ;

b - пролет проектируемой очистной горной выработки, м;b - span of the designed mine treatment mine, m;

α - угол пересечения проекций на плоскость экранирования геометрических осей скважин и проектируемых очистных горных выработок (0≤α<90°).α is the angle of intersection of the projections on the screening plane of the geometric axes of the wells and the designed mine workings (0≤α <90 °).

Для возможности регулирования несущей способности создаваемого защитного экрана в предлагаемом способе производят заполнение труб-анкеров твердеющим составом, причем в качестве труб-анкеров используют обсадные трубы или вводят в обсадные трубы трубы-анкеры и затем извлекают из скважины обсадные трубы.In order to be able to control the load-bearing capacity of the created protective shield in the proposed method, the pipe anchors are filled with a hardening compound, and casing pipes are used as pipe anchors or pipe anchors are inserted into the casing pipes and then casing pipes are removed from the well.

Для повышения качества защитного экрана за счет улучшения проникающей способности тампонажного раствора в горный массив в предлагаемом способе бурение скважин осуществляют с промывкой при воздействии переменного гидродинамического давления на прискважинную зону промывочной жидкости с добавлением ПАВ с помощью гидравлического вибратора, установленного на бурильных трубах у породоразрушающего элемента, а в качестве труб-анкеров используют перфорированные трубы и через перфорированные трубы-анкеры производят нагнетание тампонажного раствора в прискважинную зону горного массива после извлечения из скважин обсадных труб.To improve the quality of the protective shield by improving the penetrating ability of the grouting slurry into the rock mass in the proposed method, drilling is carried out with washing under the influence of variable hydrodynamic pressure on the borehole zone of the washing liquid with the addition of surfactants using a hydraulic vibrator mounted on drill pipes near the rock cutting element, and perforated pipes are used as anchor pipes and grouting is carried out through perforated anchor pipes first solution into the near-well zone of the rock mass after extraction of casing from wells.

Для уменьшения количества скважин при фиксированном размере защитного экрана за счет устранения концентраций сжимающих напряжений горного массива в прискважинной зоне при бурении скважин без промывки в качестве труб-анкеров используют перфорированные трубы, после размещения которых в обсадных трубах в каждой скважине производят щелевую разгрузку путем нарезания двух параллельных плоскости экранирования сплошных щелей двумя поворотными ножами, размещенными в продольных сквозных окнах головной части обсадных труб и выводимыми наружу механизмом поворота ножей, устанавливаемым вместо породоразрушающего элемента бурильных труб после извлечения их из обсадных труб, а после нарезания щелей через перфорированные трубы-анкеры нагнетают тампонажный раствор в прискважинную зону горного массива.To reduce the number of wells with a fixed size of the shield due to eliminating the concentrations of compressive stresses of the rock mass in the near-wellbore zone when drilling wells without washing, perforated pipes are used as anchor pipes, after which slotted unloading is performed in the casing in each well by cutting two parallel planes of screening of continuous slots with two rotary knives placed in longitudinal through windows of the head of the casing and displayed the knife rotation mechanism, which is installed instead of the rock cutting element of the drill pipes after removing them from the casing, and after cutting the cracks through the perforated pipe-anchors, grout cement is injected into the borehole zone of the rock mass.

Сущность группы изобретений поясняется чертежами, где:The essence of the group of inventions is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 изображен способ создания экрана в кровле проектируемых горных выработок, модификация первого варианта (окончательная стадия экранирования, когда использовалось бурение скважин из одной из двух существующих горных выработок, перпендикулярных проектируемым горным выработкам), вид экрана в плане;in FIG. 1 shows a method of creating a screen in the roof of the designed mine workings, a modification of the first option (the final screening stage when drilling was used from one of the two existing mine workings perpendicular to the designed mine workings), plan view of the screen;

на фиг. 2 то же - модификация первого варианта (окончательная стадия экранирования, когда использовалось бурение скважин из двух существующих горных выработок, параллельных проектируемым горным выработкам), вид экрана в плане;in FIG. 2 the same - modification of the first option (the final stage of shielding, when drilling was used from two existing mine workings parallel to the designed mine workings), a plan view of the screen;

на фиг. 3 то же - модификация второго варианта (окончательная стадия экранирования, когда использовалось бурение скважин из пройденной в средней части экранируемой зоны вспомогательной горной выработки), вид экрана в плане;in FIG. 3 the same - modification of the second option (the final stage of screening, when drilling was used from the auxiliary mining worked out in the middle of the screened zone), the screen view in plan;

на фиг. 4 то же - разрез А-А на фиг. 3;in FIG. 4 the same - section aa in FIG. 3;

на фиг. 5 то же - схема размещения труб-анкеров защитного экрана в кровле проектируемых горных выработок;in FIG. 5 the same - the layout of the pipe anchors of the protective screen in the roof of the designed mine workings;

на фиг. 6 то же - промежуточная стадия бурения скважины колонной бурильных шнековых труб (бурение без промывки), вертикальный разрез;in FIG. 6 the same - an intermediate stage of drilling a well with a string of drill augers (drilling without flushing), a vertical section;

на фиг. 7 то же - промежуточная стадия извлечения из пробуренной скважины колонны бурильных труб с долотом, вертикальный разрез;in FIG. 7 the same - an intermediate stage of extracting drill pipe string with a bit from a drilled well, vertical section;

на фиг. 8 то же - промежуточная стадия ввода в колонну обсадных труб труб-анкеров, вертикальный разрез;in FIG. 8 the same - an intermediate stage of introducing pipe-anchors into the casing string, vertical section;

на фиг. 9 то же - промежуточная стадия извлечения колонны обсадных труб из скважины, вертикальный разрез;in FIG. 9 the same - an intermediate stage of extraction of the casing string from the well, a vertical section;

на фиг. 10 то же - промежуточная стадия заполнения труб-анкеров твердеющим составом, вертикальный разрез;in FIG. 10 the same - the intermediate stage of filling the pipe anchors with a hardening composition, a vertical section;

на фиг. 11 то же - промежуточная стадия бурения скважины с промывкой колонной бурильных труб, оснащенной гидравлическим вибратором, вертикальный разрез;in FIG. 11 the same - an intermediate stage of drilling a well with flushing a drill string equipped with a hydraulic vibrator, a vertical section;

на фиг. 12 то же - промежуточная стадия извлечения из колонны обсадных труб колонны бурильных труб, оснащенной вибратором, вертикальный разрез;in FIG. 12 the same - an intermediate stage of extracting from the casing string of a drill string equipped with a vibrator, a vertical section;

на фиг. 13 то же - промежуточная стадия ввода в колонну обсадных труб перфорированных труб-анкеров;in FIG. 13 the same - an intermediate stage of introducing perforated anchor pipes into the casing string;

на фиг. 14 то же - промежуточная стадия извлечения колонны обсадных труб из пробуренной скважины;in FIG. 14 the same is an intermediate stage of casing string extraction from a drilled well;

на фиг. 15 то же - промежуточная стадия нагнетания тампонажного раствора в прискважинную зону горного массива через перфорированные трубы-анкеры;in FIG. 15 the same - an intermediate stage of injecting cement slurry into the borehole zone of the rock mass through perforated pipe-anchors;

на фиг. 16 то же - промежуточная стадия бурения скважины без промывки с колонной обсадных труб, головная часть которой оснащена двумя поворотными ножами, продольный разрез;in FIG. 16 the same - an intermediate stage of drilling a well without flushing with a casing string, the head of which is equipped with two rotary knives, a longitudinal section;

на фиг. 17 то же - промежуточная стадия извлечения из колонны обсадных труб колонны бурильных труб, продольный разрез;in FIG. 17 the same - an intermediate stage of extraction from the casing string of the drill string, longitudinal section;

на фиг. 18 то же - промежуточная стадия доставки к забою скважины с помощью колонны бурильных труб механизма поворота ножей для нарезание щелей, разрез в плоскости экранирования;in FIG. 18 the same - an intermediate stage of delivery to the bottom of the well with the help of a string of drill pipes of the mechanism for turning knives for cutting cracks, a section in the plane of the screen;

на фиг. 19 то же - стадия вывода из продольных сквозных отверстий ножей для нарезания щелей (головная часть колонны обсадных труб с размещенным в ней механизмом поворота ножей, общий вид с частичным продольным разрезом);in FIG. 19 is the same - the stage of withdrawal from the longitudinal through holes of the knives for cutting slots (the head of the casing string with the knives turning mechanism located in it, general view with a partial longitudinal section);

на фиг. 20 то же - промежуточная стадия извлечения оснащенным механизмом поворота ножей колонны бурильных труб, разрез в плоскости экранирования;in FIG. 20 the same - an intermediate stage of extraction equipped with a mechanism for turning the knives of the drill pipe string, a cut in the shielding plane;

на фиг. 21 то же - промежуточная стадия ввода в колонну обсадных труб перфорированных труб-анкеров, разрез в плоскости экранирования;in FIG. 21 the same - an intermediate stage of introducing perforated anchor pipes into the casing string, a section in the shielding plane;

на фиг. 22 то же - промежуточная стадия нарезания щелей при извлечении колонны обсадных труб с ножами в рабочем положении, разрез в плоскости экранирования;in FIG. 22 the same - an intermediate stage of cutting cracks when removing the casing string with knives in the working position, a cut in the shielding plane;

на фиг. 23 то же - сечение Б-Б на фиг. 22;in FIG. 23 the same - section bB in FIG. 22;

на фиг. 24 то же - стадия нагнетания тампонажного раствора в горный массив через перфорированные трубы-анкеры, разрез в плоскости экранирования;in FIG. 24 the same - the stage of injection of grouting mortar into the rock mass through perforated pipe-anchors, a section in the screening plane;

на фиг. 25 то же - вертикальное поперечное сечение очистных горных выработок под защитным экраном (промежуточная стадия разработки очистных лент),in FIG. 25 the same is the vertical cross section of the mine workings under the protective screen (intermediate stage of the development of treatment belts),

где:Where:

1 - защитный экран;1 - a protective screen;

2 - кровля проектируемых горных выработок;2 - the roof of the designed mine workings;

3 - очистные горные выработки, например в виде параллельных, примыкающих друг к другу очистных лент;3 - mine treatment, for example in the form of parallel, adjacent to each other treatment belts;

4 - горный массив; 4а - рудная мелочь; 4б - прискважинная зона;4 - mountain range; 4a - ore trifle; 4b - near-well zone;

5 - скважины; 5а - кондуктор скважины;5 - wells; 5a - well conductor;

6, 7 - горные выработки, из которых бурятся скважины, перпендикулярные горной выработке 3 (вариант 1);6, 7 - mine workings, from which wells perpendicular to mine workings 3 are drilled (option 1);

8, 9 - горные выработки, из которых бурятся скважины, параллельные горной выработке 3 (вариант 1);8, 9 - mine workings, from which wells are drilled parallel to mine workings 3 (option 1);

10 - контур экранируемой зоны 11; продольные участки 10а, 10б и поперечные участки 10в, 10г;10 - contour of the shielded zone 11; longitudinal sections 10a, 10b and transverse sections 10b, 10g;

11 - экранируемая зона;11 - shielded area;

12 - геометрические оси скважин 5;12 - geometric axis of the wells 5;

13 - геометрические оси проектируемых очистных горных выработок 3;13 - geometric axis of the designed mine workings 3;

14 - вспомогательная выработка (вариант 2);14 - auxiliary development (option 2);

15 - буровой агрегат с 2-мя вращателями 15а и 15б;15 - drilling unit with 2 rotators 15a and 15b;

16 - бурильные трубы, 16а - бурильная колонна, 16б - шнек бурильной колонны;16 - drill pipe, 16a - drill string, 16b - drill auger;

17 - обсадные трубы, 17а - обсадная колонна, 17б - головная часть обсадной колонны;17 - casing pipes, 17a - casing string, 17b - the head of the casing string;

18 - породоразрушающий элемент бурильной колонны 16а, например долото;18 - rock cutting element of the drill string 16A, for example a bit;

19 - башмак обсадной колонны 17а, 19а - продольный паз башмака;19 - casing shoe 17a, 19a - longitudinal groove of the shoe;

20 - трубы-анкеры, соединенные между собой резьбовыми соединениями (пустотелые),20 - pipe anchors interconnected by threaded connections (hollow),

20а - перфорированные трубы-анкеры;20a - perforated pipe anchors;

21 - твердеющий состав для заполнения труб-анкеров, 21а - тампонажный раствор для нагнетания в прискважинную зону;21 - hardening composition for filling pipe anchors, 21a - cement slurry for injection into the borehole zone;

22 - гидравлический вибратор;22 - hydraulic vibrator;

23 - промывочная жидкость с ПАВ;23 - flushing fluid with a surfactant;

24 - поворотные ножи, 24а - оси поворота ножей, связанные с башмаком 19 головной части 17б обсадной колонны 17а, 24б - предрабочее положение ножей (с выходом наружу), 24в - поворотные ножи, опрокинутые до упора в рабочее положение;24 - rotary knives, 24a - axis of rotation of the knives associated with the shoe 19 of the head part 17b of the casing 17a, 24b - the pre-working position of the knives (with the exit outward), 24c - rotary knives, tilted all the way to the working position;

25 - продольные сквозные отверстия головной части 17б обсадной колонны 17а;25 - longitudinal through holes of the head part 17B of the casing string 17A;

26 - проволочные фиксаторы для закрепления поворотных ножей 24;26 - wire clips for securing rotary knives 24;

27 - механизм поворота ножей 24;27 - the mechanism of rotation of the knives 24;

28, 29 - пары механизма поворота 27;28, 29 - pairs of the rotation mechanism 27;

30 - шарнир механизма поворота 27;30 - hinge of the rotation mechanism 27;

31, 32 - звенья короткое и длинное механизма поворота ножей 27;31, 32 - short and long links of the rotation mechanism of the knives 27;

33 - шарнир для соединения коротких звеньев 31, 32 механизма поворота 27;33 - hinge for connecting short links 31, 32 of the rotation mechanism 27;

34 - проушина;34 - eye;

35 - цилиндрическая головка с радиальным выступом 35а (шпонкой);35 - a cylindrical head with a radial protrusion 35A (key);

36 - центрирующий буртик цилиндрической головки 35;36 - centering flange of the cylindrical head 35;

37 - проушина;37 - eye;

38 - цилиндрический наконечник;38 - cylindrical tip;

39 - центрирующий буртик цилиндрического наконечника 38;39 - centering flange of the cylindrical tip 38;

40 - присоединительная часть механизма поворота под муфту бурильной колонны 16а;40 - connecting part of the rotation mechanism under the coupling of the drill string 16a;

41 - перемычка проушины 37;41 - jumper eyes 37;

42 - сплошные щели в горном массиве 4;42 - continuous slots in the mountain range 4;

43 - песчано-цементная смесь для закладки очистных горных выработок.43 - sand-cement mixture for laying treatment mine workings.

Способ создания защитного экрана в кровле проектируемых горных выработок в соответствии с предлагаемой группой изобретений (вариантов) состоит в следующем.The method of creating a protective screen in the roof of the designed mine workings in accordance with the proposed group of inventions (options) is as follows.

В зависимости от возможности использования имеющихся горных выработок или необходимости проходки вспомогательных горных выработок разработаны два варианта предлагаемого способа.Depending on the possibility of using the existing mine workings or the need for auxiliary mining workings, two variants of the proposed method have been developed.

Первый вариант (фиг. 1 и 2) предлагаемого способа создания защитного экрана 1 в кровле 2 проектируемых горных выработок 3, например, в виде параллельных примыкающих друг к другу очистных горных выработок (добычных лент) в горном массиве 4, представленном рыхлой (склонной к вывалообразованию) рудой, включает бурение скважин 5 параллельно друг другу из одной из двух существующих горных выработок 6, 7, перпендикулярных проектируемым очистным горным выработкам 3 (фиг. 1), или из двух существующих горных выработок 8 и 9 (фиг. 2), параллельных проектируемым очистным горным выработкам 3. Горные выработки 6 (7) и 8 (9) параллельны соответствующим прямолинейным участкам контура 10 экранируемой зоны 11 - продольным 10а, 10б и поперечным 10в, 10г (по отношению к выработкам 3). После завершения экранирования созданный защитный экран 1 совпадает с экранируемой зоной 11. При бурении скважин 5 обеспечивают в общем случае скрещивание (пересечение проекций на плоскость экранирования) их геометрических осей 12 и геометрических осей 13 проектируемых очистных горных выработок 3 под углом α в диапазоне, определяемом неравенствомThe first option (Fig. 1 and 2) of the proposed method of creating a protective shield 1 in the roof 2 of the designed mine workings 3, for example, in the form of parallel adjacent adjacent mine workings (mining tapes) in the mountain massif 4, represented by loose (prone to dumping ) ore, includes drilling wells 5 parallel to each other from one of two existing mine workings 6, 7, perpendicular to the designed mine workings 3 (Fig. 1), or from two existing mine workings 8 and 9 (Fig. 2) parallel to the projected abatement mine workings 3. Mountain produce 6 (7), and 8 (9) parallel to the corresponding rectilinear portions of the shielded circuit 10 zones 11 - longitudinal 10a, 10b and 10c cross, 10g (relative to the workings 3). After shielding is completed, the created protective shield 1 coincides with the shielded zone 11. When drilling wells 5, in general, they ensure crossing (intersection of projections onto the shielding plane) of their geometric axes 12 and geometric axes 13 of the designed mine workings 3 at an angle α in the range determined by the inequality

Figure 00000001
Figure 00000001

В частности на фиг. 1 α=0°, на фиг. 2α=45°.In particular, in FIG. 1 α = 0 °, in FIG. 2α = 45 °.

Плоскость экранирования, т.е. плоскость, содержащая геометрические оси 12 скважин 5, является близкой к горизонтальной.Shielding plane, i.e. the plane containing the geometric axis 12 of the wells 5 is close to horizontal.

Второй вариант (фиг. 3 и 4) предлагаемого способа создания защитного экрана 1 в кровле 2 проектируемых очистных горных выработок 3 в горном массиве 4 включает бурение скважин 5 параллельно друг другу только из вспомогательной выработки 14 (фиг. 3). Выработку 14 заранее проходят в средней части экранируемой зоны 11 перпендикулярно проектируемым очистным горным выработкам 3. Возможна и диагональная ориентация вспомогательной горной выработки 14: ее проходят в одном из диагональных направлений экранируемой зоны 11 - направлений р или q (фиг. 3). При бурении скважин 5 обеспечивают скрещивание их геометрических осей 12 и геометрических осей 13 проектируемых очистных горных выработок 3 под углом α=0° (фиг. 3) или под углом α≠0° (при диагональной ориентации вспомогательной выработки 14).The second option (Fig. 3 and 4) of the proposed method for creating a protective screen 1 in the roof 2 of the designed mine workings 3 in the rock mass 4 includes drilling wells 5 parallel to each other only from auxiliary work 14 (Fig. 3). Excavation 14 takes place in advance in the middle of the shielded zone 11 perpendicular to the designed mine workings 3. The diagonal orientation of the auxiliary mine 14 is also possible: it takes place in one of the diagonal directions of the shielded zone 11 — p or q directions (Fig. 3). When drilling wells 5, their geometric axes 12 and geometric axes 13 of the designed mine workings 3 are crossed at an angle α = 0 ° (Fig. 3) or at an angle α ≠ 0 ° (with a diagonal orientation of the auxiliary mine 14).

Бурение скважин 5 в обоих вариантах предлагаемого способа осуществляют с шагом t между их параллельными геометрическими осями 12 (фиг. 5), размер которого определяют по зависимостиDrilling wells 5 in both variants of the proposed method is carried out with a step t between their parallel geometric axes 12 (Fig. 5), the size of which is determined by the dependence

Figure 00000002
Figure 00000002

где d - наружный диаметр трубы-анкера, м;where d is the outer diameter of the pipe anchor, m;

k - коэффициент структурного ослабления пород (k=0,1…1,0);k is the coefficient of structural attenuation of rocks (k = 0.1 ... 1.0);

f - коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова (f=1…20);f - rock strength coefficient on the MM scale Protodyakonova (f = 1 ... 20);

W - момент сопротивления изгибу поперечного сечения трубы-анкера, м3;W is the moment of resistance to bending of the cross section of the pipe-anchor, m 3 ;

[σ] - допустимое напряжение на изгиб материала трубы-анкера, МН/м2;[σ] - permissible bending stress of the material of the pipe-anchor, MN / m 2 ;

γ0 - объемный вес породы, кН/м3;γ 0 - volumetric weight of the rock, kN / m 3 ;

b - пролет проектируемой очистной горной выработки, м;b - span of the designed mine treatment mine, m;

α - угол пересечения проекций на плоскость экранирования геометрических осей скважин и проектируемых очистных горных выработок (0≤α<90°).α is the angle of intersection of the projections on the screening plane of the geometric axes of the wells and the designed mine workings (0≤α <90 °).

Для каждого варианта предлагаемого способа создания защитного экрана 1 приемы бурения, включая их модификации по физико-химическому воздействию на горный массив 4, и по разновидности бурения (без промывки, с промывкой), по виду труб-анкеров (цельных, перфорированных), по наличию усиления анкеров (введением твердеющих составов и без них), по закреплению прискважинной зоны (нагнетание тампонажного раствора или без такового), являются общими. Поэтому подробное рассмотрение предлагаемого способа достаточно продемонстрировать на примере бурения единичной скважины 5 (фиг. 6…24).For each variant of the proposed method for creating a protective shield 1, drilling techniques, including their modifications in terms of physicochemical effect on the rock mass 4, and in the type of drilling (without washing, with washing), by the type of anchor pipes (solid, perforated), by the presence reinforcing anchors (the introduction of hardening compounds and without them), to consolidate the borehole zone (injection of cement slurry or without it), are common. Therefore, a detailed consideration of the proposed method is sufficient to demonstrate the example of drilling a single well 5 (Fig. 6 ... 24).

Бурение каждой скважины 5 в горном массиве 4 осуществляют с помощью бурового агрегата 15 (фиг. 6), например установки лучевого бурения УЛБ-130, как наиболее универсального бурового агрегата, имеющей два вращателя 15а и 15б бурильных труб 16 и обсадных труб 17 соответственно, а также средство их осевого перемещения (на чертеже не показано). Бурильные трубы 16 соединяют в колонну 16а замковыми соединениями с Т-образными пластинчатыми пружинами путем их осевого перемещения и вращения с помощью вращателя 15а, а обсадные трубы 17 соединяют в колонну 17а резьбовыми соединениями с помощью вращателя 15б. Бурильная колонна 16а оснащена породоразрушающим элементом 18 (например, в виде долота) и шнеком 16б. Обсадная колонна 17а в головной части оснащена башмаком 19, имеющим продольный паз 19а.The drilling of each well 5 in the rock mass 4 is carried out using a drilling unit 15 (Fig. 6), for example, a beam drilling rig ULB-130, as the most versatile drilling unit having two rotators 15a and 15b of drill pipes 16 and casing 17, respectively, and also means of their axial movement (not shown in the drawing). Drill pipes 16 are connected to the string 16a by locking joints with T-shaped leaf springs by axially moving and rotating them using the rotator 15a, and the casing 17 is connected to the string 17a by threaded connections using the rotator 15b. The drill string 16a is equipped with a rock cutting element 18 (for example, in the form of a chisel) and a screw 16b. The casing 17 a in the head is equipped with a shoe 19 having a longitudinal groove 19 a.

Бурение скважин 5 производят без промывки или с промывкой.Drilling of wells 5 is carried out without washing or with washing.

Бурение скважин 5 без промывки (фиг. 6) осуществляют через кондуктор 5а при приложении вращающих моментов Μ1 и М2, а также осевых сил F1 и F2 соответственно к буровой и обсадной колоннам 16а и 17а, периодически наращивая их длины. В процессе бурения разрушенную долотом 18 и башмаком 19 рудную мелочь 4а удаляют из скважины 5 через обсадную колонну 17а шнеком 16б. При достижении проектной длины скважины 5 прекращают бурение, извлекают из обсадной колоны 17а бурильную колонну 16а и вводят в обсадную колонну 17а соединенные между собой резьбовыми соединениями трубы-анкеры 20 (фиг. 8). Затем извлекают из скважины 5 обсадную колонну 17а (фиг. 9). Таким образом, получают защитный экран 1, где горный массив 4 внутри экранируемой зоны 11 закреплен пустотелыми трубами-анкерами 20. В качестве труб-анкеров могут быть использованы и сами обсадные трубы 17 (на чертеже не показано).Drilling wells 5 without flushing (Fig. 6) is carried out through the jig 5a by applying torques Μ 1 and M 2 , as well as axial forces F 1 and F 2 respectively to the drill and casing 16a and 17a, periodically increasing their lengths. In the process of drilling, the ore fines 4a, destroyed by the chisel 18 and shoe 19, are removed from the well 5 through the casing 17a by the screw 16b. When the design length of the well 5 is reached, drilling is stopped, the drill string 16a is removed from the casing 17a and the anchor pipes 20 connected to each other by threaded joints are inserted into the casing 17a (Fig. 8). Then, casing 17a is removed from the well 5 (FIG. 9). Thus, a protective shield 1 is obtained, where the rock mass 4 inside the shielded zone 11 is fixed with hollow pipes-anchors 20. Casing pipes 17 themselves (not shown) can be used as pipe-anchors.

При необходимости несущая способность защитного экрана 1 может быть повышена. Для чего производят заполнение труб-анкеров 20 твердеющим составом 21 (фиг. 10), например бетоном, путем нагнетания с помощью бетонного насоса (на чертеже не показано) или обсадных труб 17, используемых в качестве труб-анкеров после извлечения из них бурильных труб 16 (на чертеже не показано). Аналогично бурят остальные скважины 5 в экранируемой зоне 11, а размещенные в них трубы-анкеры 20 (заполненные твердеющим составом 21) армируют горный массив 4 и служат защитным экраном 1 проектируемых горных выработок 3.If necessary, the bearing capacity of the protective screen 1 can be increased. Why fill the pipe anchors 20 with a hardening compound 21 (Fig. 10), for example concrete, by pumping with a concrete pump (not shown in the drawing) or casing 17, used as pipe anchors after removing drill pipes 16 from them (not shown in the drawing). Similarly, the remaining wells 5 are drilled in the shielded zone 11, and the anchor pipes 20 (filled with hardening compound 21) placed in them reinforce the rock mass 4 and serve as a protective shield 1 of the designed mine workings 3.

Возможна модификация предлагаемого способа при бурении скважин 5 с промывкой. В этом случае бурильную колону 16а у долота 18 предварительно оснащают гидравлическим вибратором 22 золотникового типа. Бурение скважины 5 осуществляют (фиг. 11) при вращающейся обсадной колонне 17а и при воздействии переменного гидростатического давления (с частотой 10…150 Гц) на прискважинную зону 46 промывочной жидкости с добавлением ПАВ 23 с помощью гидравлического вибратора 22. При достижении проектной длины скважины 5 извлекают из обсадной колонны 17а (фиг. 12) бурильную колонну 16а с гидравлическим вибратором 22 и вводят в обсадную колонну 17а (фиг. 13) перфорированные трубы-анкеры 20а, соединенные между собой резьбовыми соединениями. Затем извлекают из скважины 5 обсадную колонну 17а (фиг. 14), а после ее извлечения производят нагнетание в прискважинную зону 4б горного массива 4 тампонажного раствора 21а через перфорированные трубы-анкеры 20а (фиг. 15).Possible modification of the proposed method when drilling wells 5 with flushing. In this case, the drill string 16a at the bit 18 is pre-equipped with a spool type hydraulic vibrator 22. Drilling of a well 5 is carried out (Fig. 11) with a rotating casing 17a and under the influence of a variable hydrostatic pressure (with a frequency of 10 ... 150 Hz) on the borehole zone 46 of the flushing fluid with the addition of a surfactant 23 using a hydraulic vibrator 22. Upon reaching the design length of the well 5 the drill string 16a with a hydraulic vibrator 22 is removed from the casing 17a (FIG. 12) and the perforated pipe-anchors 20a connected to each other by threaded connections are inserted into the casing 17a (FIG. 13). Then, the casing 17a is removed from the well 5 (Fig. 14), and after its extraction, the cement slurry 4a is injected into the borehole zone 4b of the rock mass 4 through perforated pipe-anchors 20a (Fig. 15).

Возможна также модификация предлагаемого способа при бурении скважин без промывки с применением щелевой разгрузки. В этом случае головную часть 17б обсадной колонны 17а оснащают двумя поворотными (в одной диаметральной плоскости) ножами 24 с осями поворота 24а, связанными с башмаком 19. (фиг. 16). Поворотные ножи 24 размещены в продольных сквозных отверстиях 25 головной части 17б обсадной колонны и зафиксированы с помощью проволочных фиксаторов 26 (фиг. 19). После достижения скважины 5 проектной длины извлекают бурильную колонну 16а (фиг. 17) и вместо долота 18 устанавливают механизм поворота 27 ножей 24 и вводят его в обсадную колонну 17а (фиг. 18), предварительно развернув его в положение, обеспечивающее срабатывание в плоскости экранирования.It is also possible to modify the proposed method when drilling wells without flushing using slotted discharge. In this case, the head part 17b of the casing string 17a is equipped with two rotary (in one diametrical plane) knives 24 with rotation axes 24a associated with the shoe 19. (Fig. 16). The rotary knives 24 are placed in the longitudinal through holes 25 of the casing head 17b and are fixed with wire clips 26 (Fig. 19). After reaching the well 5 of the design length, the drill string 16a (Fig. 17) is removed and instead of the bit 18, a turning mechanism 27 of the knives 24 is installed and inserted into the casing 17a (Fig. 18), having previously deployed it in a position that ensures actuation in the shielding plane.

Механизм поворота 27 (фиг. 19) представляет собой две одинаковые пары 28 и 29 соединенных с помощью шарниров 30 прямоугольного сечения звеньев 31 и 32 - коротких и удлиненных соответственно. Короткие звенья 31 соединены шарнирами 33 с проушинами 34 цилиндрической головки 35, имеющей центрирующий буртик 36 и радиальный выступ 35а (шпонку) для обеспечения зацепления с продольным пазом 19а башмака 19. Длинные звенья 32 соединены шарнирами 33 с проушинами 37 цилиндрического наконечника 38, имеющего центрирующий буртик 39 и присоединительную часть 40 (под муфту бурильной колонны 16а). Проушина 37 снабжена перемычкой 41 для ограничения недопустимого встречного поворота длинных звеньев 32. При достижении цилиндрической головки 35 механизма поворота 27 башмака 19 останавливают перемещение бурильной колонны 16а и поворотом обсадной колонны 17а и подачей ее к устью обеспечивают совмещение паза 19а башмака 19 с выступом 35а. Затем подают бурильную колонну 16а в сторону забоя, она останавливается, а цилиндрический наконечник 38 продолжает движение, при этом пары 28 и 29 звеньев 31 и 32 в зоне шарниров 30 нажимают на ножи 24, входя в сквозные отверстия 25 башмака 19 обсадной колонны 17а, разрывая проволочный фиксатор 26 и поворачивая их в предрабочее положение 24б (с выходом наружу), за ход размером S (до упора проушины 37 в проушину 34).The rotation mechanism 27 (Fig. 19) is two identical pairs 28 and 29 connected by means of hinges 30 of rectangular section of the links 31 and 32 - short and elongated, respectively. The short links 31 are connected by hinges 33 with the eyes 34 of the cylindrical head 35 having a centering collar 36 and the radial protrusion 35a (key) for engaging with the longitudinal groove 19a of the shoe 19. The long links 32 are connected by hinges 33 with the eyes 37 of a cylindrical tip 38 having a centering flange 39 and a connecting part 40 (under the sleeve of the drill string 16A). The eyelet 37 is provided with a jumper 41 to limit the inadvertent oncoming rotation of the long links 32. When the cylindrical head 35 of the rotation mechanism 27 of the shoe 19 is reached, the drill string 16a is stopped and the casing 17a is turned and fed to the mouth, the groove 19a of the shoe 19 is aligned with the protrusion 35a. Then the drill string 16a is fed towards the bottom, it stops, and the cylindrical tip 38 continues to move, while the pairs 28 and 29 of the links 31 and 32 in the area of the hinges 30 press the knives 24, entering the through holes 25 of the shoe 19 of the casing 17a, breaking wire retainer 26 and turning them to the pre-working position 24b (with access to the outside), for a stroke of size S (until the eye 37 stops against the eye 34).

Затем из обсадной колонны 17а (фиг. 20) извлекают бурильную колонну 16а с механизмом поворота 27. После чего в обсадную колонну 17а вводят соединенные между собой перфорированные трубы-анкеры 20а (фиг. 21). Извлекая обсадную колонну 17а из скважины 5, осуществляют щелевую разгрузку путем нарезание ножами 24 (опрокинутых до упора с башмаком 19 в рабочее положение 24в сопротивлением горного массива 4) двух сплошных щелей 42 в горном массиве 4 (фиг. 22 и 23) в плоскости экранирования, параллельной геометрическим осям 13 проектируемых горных выработок 3 и находящейся в их кровле 2. При достижении поворотных ножей 24 кондуктора 5а происходит разрушение калиброванных (на заданное срезающее усилие) их осей 24а (на чертеже не показано), что обеспечивает свободное извлечение головной части 17б обсадной колонны 17а из кондуктора 5а. После извлечения обсадной колонны 17а через перфорированные трубы-анкеры 20а с помощью тампонажного насоса (на чертеже не показан) производят нагнетание тампонажного раствора 21а в сплошные щели 42 в горном массиве 5 (фиг. 24). Смыкание всех щелей 42 в сплошную плиту представляет защитный экран 1 проектируемых горных выработок 3. При прочих равных условиях тампонирование (цементация) межскважинного пространства трещиноватых пород может увеличить шаг скважин не менее чем в 2 раза, так как согласно зависимости (2) соотношение (kmax/kmin)1/2=(1,0:0,2)1/2=2,24.Then, drill string 16a with a pivoting mechanism 27 is removed from the casing 17a (FIG. 20). Then, perforated pipe anchors 20a connected to each other are inserted into the casing 17a (FIG. 21). Removing the casing 17a from the well 5, carry out slotted unloading by cutting with knives 24 (overturned with the shoe 19 to the working position 24c in the resistance of the rock mass 4) two continuous slots 42 in the rock mass 4 (Fig. 22 and 23) in the screening plane, parallel to the geometrical axes 13 of the designed mine workings 3 and located in their roof 2. Upon reaching the rotary knives 24 of the jig 5a, their axes 24a (not shown) are destroyed (for a given shear force), which ensures free and extraction of the head portion 17b of the casing string 17a from the conductor 5a. After removing the casing 17a through the perforated pipe-anchors 20a using a grouting pump (not shown), the grouting solution 21a is injected into the continuous slots 42 in the rock mass 5 (Fig. 24). Closure of slit 42 in the slab continuous shield 1 is projected mining 3. ceteris paribus plugging (cementation) crosshole space fractured rock wells may increase step is not less than 2 times, since according to the relationship (2) the ratio (k max / k min ) 1/2 = (1.0: 0.2) 1/2 = 2.24.

Под защитой экрана 1 (фиг. 25), например созданного при бурении скважин из вспомогательной выработки 14, осуществляют добычу руды с помощью параллельных примыкающих друг к другу очистных выработок 3 (добычных лент), проходя вначале выработки 3 нечетной нумерации (31, 33 и т.д.), т.е. с оставлением целиков, и последующей закладкой, например песчано-цементной смесью 43 (или с использованием шлаковых вяжущих и песчано-гравийных заполнителей). Затем проходят выработки 3 четной нумерации (32, 34 и т.д.), т.е. ранее оставленных целиков. Для обеспечения полноты закладки выработки 3 обычно проходят с углом наклона к горизонту в 3°. Поэтому такой наклон имеет и плоскость экранирования.Under the protection of the screen 1 (Fig. 25), for example, created during drilling of wells from auxiliary mine 14, ore is mined using parallel adjacent mine workings 3 (production belts), passing at the beginning of generation 3 of odd numbering (3 1 , 3 3 etc.), i.e. with the left of the pillars, and subsequent laying, for example, a sand-cement mixture 43 (or using slag binders and sand and gravel aggregates). Then tested generate even-numbered 3 (3 2, 3 4, etc.), i.e. previously left pillars. To ensure the completeness of the bookmark development 3 usually pass with an angle of inclination to the horizon of 3 °. Therefore, such a slope also has a screening plane.

Использование предлагаемой группы изобретений позволяет создавать защитный экран с большой экранирующей поверхностью в рыхлых рудах, что обеспечивает технологическую возможность и экономическую целесообразность проходки очистных выработок в виде добычных лент.Using the proposed group of inventions allows you to create a protective screen with a large shielding surface in loose ores, which provides technological feasibility and economic feasibility of sinking workings in the form of mining tapes.

Claims (10)

1. Способ создания защитного экрана в кровле проектируемых горных выработок, включающий бурение в горном массиве из по крайней мере одной предварительно пройденной горной выработки параллельных скважин с помощью оснащенной породоразрушающим элементом бурильных труб под защитой обсадных труб и размещение в пробуренных скважинах труб-анкеров, отличающийся тем, что бурение скважин осуществляют из одной из двух или из двух существующих примыкающих к экранируемой зоне горных выработок, перпендикулярных или параллельных соответственно проектируемым параллельным примыкающим друг к другу очистным горным выработкам, выдерживая шаг t между параллельными геометрическими осями скважин, размер которого определяют по зависимости
Figure 00000003
,
где d - наружный диаметр тубы-анкера, м;
k - коэффициент структурного ослабления пород (k=0,1…1,0);
f - коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова (f=1…20);
W - момент сопротивления изгибу поперечного сечения трубы-анкера, м3;
[σ] - допустимое напряжение на изгиб материала трубы-анкера, МН/м2;
γ0 - объемный вес породы, кН/м3;
b - пролет проектируемой очистной горной выработки, м;
α - угол пересечения проекций на плоскость экранирования геометрических осей скважин и проектируемых очистных горных выработок (0≤α<90°).
1. A method of creating a protective screen in the roof of the designed mine workings, including drilling in a rock mass from at least one previously completed mining of parallel wells using a drill pipe equipped with a rock cutting element under the protection of casing and placing anchor pipes in the drilled wells, characterized in that the drilling of wells is carried out from one of two or of two existing adjacent to the shielded zone of the mine workings, perpendicular or parallel, respectively projected parallel adjacent adjacent mine workings, maintaining a step t between parallel geometric axes of the wells, the size of which is determined by the dependence
Figure 00000003
,
where d is the outer diameter of the tube-anchor, m;
k is the coefficient of structural attenuation of rocks (k = 0.1 ... 1.0);
f - rock strength coefficient on the MM scale Protodyakonova (f = 1 ... 20);
W is the moment of resistance to bending of the cross section of the pipe-anchor, m 3 ;
[σ] - permissible bending stress of the material of the pipe-anchor, MN / m 2 ;
γ 0 - volumetric weight of the rock, kN / m 3 ;
b - span of the designed mine treatment mine, m;
α is the angle of intersection of the projections on the screening plane of the geometric axes of the wells and the designed mine workings (0≤α <90 °).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после извлечения из скважины бурильных труб в обсадные трубы вводят трубы-анкеры и затем извлекают из скважины обсадные трубы или используют в качестве труб-анкеров обсадные трубы.2. The method according to p. 1, characterized in that after removing the drill pipe from the well, casing pipes are inserted into the casing and then casing pipes are removed from the well or casing is used as anchor pipes. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что трубы-анкеры заполняют твердеющим составом.3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the pipe anchors are filled with a hardening composition. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при бурении скважин с промывкой и воздействии переменного гидродинамического давления на прискважинную зону промывочной жидкости с добавлением ПАВ с помощью гидравлического вибратора, установленного на бурильных трубах у породоразрушающего элемента, в качестве труб-анкеров используют перфорированные трубы и через перфорированные трубы-анкеры производят нагнетание тампонажного раствора в прискважинную зону горного массива после извлечения из скважин обсадных труб.4. The method according to p. 1, characterized in that when drilling wells with flushing and the effect of variable hydrodynamic pressure on the borehole zone of the flushing fluid with the addition of surfactants using a hydraulic vibrator mounted on drill pipes near the rock cutting element, perforated pipes are used as anchors pipes and through perforated pipe-anchors produce cement grouting in the borehole zone of the rock mass after removing casing from wells. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при бурении скважин без промывки и использовании в качестве труб-анкеров перфорированных труб, после их размещения в обсадных трубах в каждой скважине производят щелевую разгрузку путем нарезания двух параллельных плоскости экранирования сплошных щелей двумя поворотными ножами, размещенными в продольных сквозных окнах головной части обсадных труб и выводимыми наружу механизмом поворота ножей, устанавливаемым вместо породоразрушающего элемента бурильных труб после извлечения их из обсадных труб, а после нарезания щелей через перфорированные трубы-анкеры нагнетают тампонажный раствор в прискважинную зону горного массива.5. The method according to p. 1, characterized in that when drilling wells without flushing and using perforated pipes as anchors, after they are placed in casing pipes in each well, slotted unloading is performed by cutting two parallel slots of the screening of continuous slots with two rotary knives placed in the longitudinal through windows of the head of the casing and brought out by the mechanism of rotation of the knives, installed instead of the rock cutting element of the drill pipe after removing them from the casing, and after cutting the cracks through the perforated pipe-anchors, grouting mortar is injected into the borehole zone of the rock mass. 6. Способ создания защитного экрана в кровле проектируемых горных выработок, включающий бурение в горном массиве из по крайней мере одной предварительно пройденной горной выработки параллельных скважин с помощью оснащенной породоразрушающим элементом бурильных труб под защитой обсадных труб и размещение в пробуренных скважинах труб-анкеров, отличающийся тем, что в средней части экранируемой зоны проходят вспомогательную горную выработку перпендикулярно проектируемым параллельным примыкающим друг к другу очистным горным выработкам или в одном из диагональных направлений экранируемой зоны, бурение скважин осуществляют из вспомогательной горной выработки, выдерживая шаг t между параллельными геометрическими осями скважин, размер которого определяют по зависимости
Figure 00000003

где d - наружный диаметр тубы-анкера, м;
k - коэффициент структурного ослабления пород (k=0,1…1,0);
f - коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова (f=1…20);
W - момент сопротивления изгибу поперечного сечения трубы-анкера, м3;
[σ] - допустимое напряжение на изгиб материала трубы-анкера, МН/м2;
γ0 - объемный вес породы, кН/м3;
b - пролет проектируемой очистной горной выработки, м;
α - угол пересечения проекций на плоскость экранирования геометрических осей скважин и проектируемых очистных горных выработок (0≤α<90°).
6. A method of creating a protective screen in the roof of the designed mine workings, including drilling in a rock mass from at least one previously completed mining of parallel wells using a drill pipe equipped with a rock cutting element under the protection of casing and placing anchor pipes in the drilled wells, characterized in that in the middle part of the shielded zone pass auxiliary mining working perpendicular to parallel designed adjacent adjacent mine workings or in one of the diagonal directions of the shielded zone, drilling of wells is carried out from auxiliary mining, maintaining a step t between parallel geometric axes of the wells, the size of which is determined by the dependence
Figure 00000003

where d is the outer diameter of the tube-anchor, m;
k is the coefficient of structural attenuation of rocks (k = 0.1 ... 1.0);
f - rock strength coefficient on the MM scale Protodyakonova (f = 1 ... 20);
W is the moment of resistance to bending of the cross section of the pipe-anchor, m 3 ;
[σ] - permissible bending stress of the material of the pipe-anchor, MN / m 2 ;
γ 0 - volumetric weight of the rock, kN / m 3 ;
b - span of the designed mine treatment mine, m;
α is the angle of intersection of the projections on the screening plane of the geometric axes of the wells and the designed mine workings (0≤α <90 °).
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что после извлечения из скважины бурильных труб в обсадные трубы вводят трубы-анкеры и затем извлекают из скважины обсадные трубы или используют в качестве труб-анкеров обсадные трубы.7. The method according to p. 6, characterized in that after removing the drill pipe from the well, casing pipes are inserted into the casing and then casing pipes are removed from the well or casing is used as anchor pipes. 8. Способ по пп. 6 и 7, отличающийся тем, что трубы-анкеры заполняют твердеющим составом.8. The method according to PP. 6 and 7, characterized in that the pipe anchors are filled with a hardening composition. 9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при бурении скважин с промывкой и воздействии переменного гидродинамического давления на прискважинную зону промывочной жидкости с добавлением ПАВ с помощью гидравлического вибратора, установленного на бурильных трубах у породоразрушающего элемента, в качестве труб-анкеров используют перфорированные трубы и через перфорированные трубы-анкеры производят нагнетание тампонажного раствора в прискважинную зону горного массива после извлечения из скважин обсадных труб.9. The method according to p. 6, characterized in that when drilling wells with flushing and the effect of variable hydrodynamic pressure on the borehole zone of the flushing fluid with the addition of surfactants using a hydraulic vibrator mounted on drill pipes near the rock cutting element, perforated pipes are used as anchors pipes and through perforated pipe-anchors produce cement grouting in the borehole zone of the rock mass after removing casing from wells. 10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при бурении скважин без промывки и использовании в качестве труб-анкеров перфорированных труб, после их размещения в обсадных трубах в каждой скважине производят щелевую разгрузку путем нарезания двух параллельных плоскости экранирования сплошных щелей двумя поворотными ножами, размещенными в продольных сквозных окнах головной части обсадных труб и выводимыми наружу механизмом поворота ножей, устанавливаемым вместо породоразрушающего элемента бурильных труб после извлечения их из обсадных труб, а после нарезания щелей через перфорированные трубы-анкеры нагнетают тампонажный раствор в прискважинную зону горного массива. 10. The method according to p. 6, characterized in that when drilling wells without flushing and using perforated pipes as anchor pipes, after they are placed in casing pipes, slotted unloading is performed in each well by cutting two parallel slit shielding planes with two rotary knives placed in the longitudinal through windows of the head of the casing and brought out by the mechanism of rotation of the knives, installed instead of the rock cutting element of the drill pipe after removing them from the casing and after cutting the cracks through the perforated pipe-anchors pump cement slurry into the borehole zone of the rock mass.
RU2015105735/03A 2015-02-19 2015-02-19 Method of creating protective shield in roof of designed mine works (versions) RU2580124C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105735/03A RU2580124C1 (en) 2015-02-19 2015-02-19 Method of creating protective shield in roof of designed mine works (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105735/03A RU2580124C1 (en) 2015-02-19 2015-02-19 Method of creating protective shield in roof of designed mine works (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2580124C1 true RU2580124C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015105735/03A RU2580124C1 (en) 2015-02-19 2015-02-19 Method of creating protective shield in roof of designed mine works (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580124C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112901183A (en) * 2021-03-15 2021-06-04 汕头大学 Method for determining geological features of shield construction process based on machine learning

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4009579A (en) * 1975-12-08 1977-03-01 Patzner Delbert M Method for constructing a tunnel or underpass
SU1209872A1 (en) * 1984-07-06 1986-02-07 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт "КНИУИ" Method of roof control in mining in gently-sloping coal seams
RU97100403A (en) * 1997-01-14 1999-02-27 Институт горного дела Севера СО РАН METHOD FOR STRENGTHENING BREEDS WITH BARS IN MINING
RU2175062C2 (en) * 1999-03-02 2001-10-20 Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет) Method of advanced anchoring of roof of edge part of seam of stope
JP2003336479A (en) * 2002-05-23 2003-11-28 St Engineering Kk Natural ground pre-consolidation process using self- drilling bolt and frp bolt
RU2451180C1 (en) * 2010-11-22 2012-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method of roof advanced attachment at pillar extraction between workings filled with concrete

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2132464C1 (en) * 1997-01-14 1999-06-27 Институт горного дела Севера СО РАН Method for stabilizing rock by rods in underground workings

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4009579A (en) * 1975-12-08 1977-03-01 Patzner Delbert M Method for constructing a tunnel or underpass
SU1209872A1 (en) * 1984-07-06 1986-02-07 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт "КНИУИ" Method of roof control in mining in gently-sloping coal seams
RU97100403A (en) * 1997-01-14 1999-02-27 Институт горного дела Севера СО РАН METHOD FOR STRENGTHENING BREEDS WITH BARS IN MINING
RU2175062C2 (en) * 1999-03-02 2001-10-20 Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет) Method of advanced anchoring of roof of edge part of seam of stope
JP2003336479A (en) * 2002-05-23 2003-11-28 St Engineering Kk Natural ground pre-consolidation process using self- drilling bolt and frp bolt
RU2451180C1 (en) * 2010-11-22 2012-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method of roof advanced attachment at pillar extraction between workings filled with concrete

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112901183A (en) * 2021-03-15 2021-06-04 汕头大学 Method for determining geological features of shield construction process based on machine learning
CN112901183B (en) * 2021-03-15 2022-06-21 汕头大学 Method for determining geological features of shield construction process based on machine learning

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dammyr et al. Feasibility of tunnel boring through weakness zones in deep Norwegian subsea tunnels
RU2537711C1 (en) Erection of tunnels in structurally unstable soils with karst phenomena and/or boil processes
KR101536209B1 (en) Steel Pipe Multi Step Grouting device Open and cut and NATM complex excavation tunnel construction method
Sterpi et al. Soil nailing at the tunnel face in difficult conditions: A case study
RU2439323C1 (en) Method to mine inclined ore deposits
RU2392434C1 (en) Method to provide for stability of high ledges
RU2580124C1 (en) Method of creating protective shield in roof of designed mine works (versions)
Bruce et al. The MPSP system: a new method of grouting difficult rock formations
Lunardi et al. The reinforcement of the core face: history and state of the art of the Italian technology that has revolutionized the world of tunneling. Some reflections
RU2451180C1 (en) Method of roof advanced attachment at pillar extraction between workings filled with concrete
RU2760451C1 (en) Method for strengthening facked rocks during construction of connections of horizontal mining works
SU1710699A1 (en) Drill hole plugging-back method
Cassani et al. Auxiliary methods technology: Ground reinforcing, ground improving and pre-support technology
RU2723422C1 (en) Method for perforating a forehead of a tunnel bottom
Tan et al. Foundation design and construction practice in limestone area in Malaysia
SU1092246A1 (en) Method of consolidating slopes
Eckerlin Mud Mountain Dam concrete cutoff wall—A case history
Peila et al. Construction methods
Meneyliuk et al. Development of device technology anti-filtration screen with use screw equipment
Nagendra Challenge of tunnelling through the Main Boundary Thrust in Tunnel T1 of the Katra-Dharam Section of the Udhampur-Srinagar-Baramulla Rail Link Project
RU1830417C (en) Method of hydro-isolation and consolidation of mountain-mass while tunneling
Madhubabu et al. Use of DrucHyd-2C (Polyurethane) Grout in Himalayan Tunnelling
Avanessian et al. A Numerical Study of Pipe Roofing Umbrella Arch Pre-Reinforcement Method in Tunnels (A Case Study: Tunnel No. 10 of the Ghazvin-Rasht Railroad)
Kogler Grouting technology in tunnelling/Injektionstechnik im Tunnelbau
Madan 5 P system of excavation in extremely weak and flowing rock mass