RU2787484C1 - Способ проведения наклонной штольни для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для создания долговременной базы и добычи полезных ископаемых на Луне и Марсе. Техническим результатом является обеспечение возможности проведения наклонной штольни для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе без необходимости транспортировки отбитой горной породы на дневную поверхность. Заявлен способ проведения наклонной штольни для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе, включающий предварительное щелеобразование по контуру штольни на всю ее длину и последующее дробление отделившегося от массива блока породы взрывным способом. При этом контурные взрывные скважины для щелеобразования бурят с дневной поверхности таким образом, что их оси пересекаются в одной точке с внешней стороны лавовой трубки с прямой, лежащей в плоскости поперечного сечения лавовой трубки и пересекающей поверхность геометрической фигуры, описывающей контур входа в штольню, при этом эта же прямая также пересекает под острым углом прямую, образующуюся при пересечении плоскостей поперечного сечения лавовой трубки и дневной поверхности. Контур почвы проводимой штольни оформляется в виде обратного свода. Взрывные заряды, заложенные в скважинах, взрывают одновременно, образуя по контуру штольни щель. А отделившийся от массива блок породы в контурах штольни дробят взрывом зарядов, заложенных в скважины, пробуренные с дневной поверхности вдоль оси проводимой штольни. Причем взрывание этих зарядов производят после образования контурной щели, в период движения отделившегося блока породы в сторону полости лавовой трубки. 2 ил.

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для осуществления хозяйственной деятельности на Луне и Марсе с целью создания долговременной базы и добычи полезных ископаемых.

Размещение научных и производственных баз в лавовых трубках на Луне и Марсе [Lava tubes on Earth, Moon and Mars: A review on their size and morphology revealed by comparative planetology / Francesco Sauro, Riccardo Pozzobon, Matteo Massironi, Pierluigi De Berardinis, Tommaso Santagata, Jo De Waele // Earth-Science Reviews. - 2020. - Vol. 209. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103288] позволит снизить влияние космической радиации на персонал и оборудование, уменьшить колебание температуры в окрестности базы, а также обеспечит ее защиту от метеоритов [Detection of Intact Lava Tubes at Marius Hills on the Moon by SELENE (Ka-guya) Lunar Radar Sounder / T. Kaku, J. Haruyama, W. Miyake, A. Kumamoto, K. Ishiyama, T. Nishibori, K. Yamamoto, Sarah T. Crites, T. Michikami, Y. Yoko-ta, R. Sood, H. J. Melosh, L. Chappaz, K. C. Howell // Geophysical Research Letters. - 2017. - Vol. 44. - P. 10155-10161. https://doi.org/10.1002/2017GL074998].

Известен способ проведения подземных выработок проходческими комбайнами избирательного действия [Петров, А.И. Проходчик горных выработок. Справочник рабочего [Текст] / А.И. Петров, Г.Г. Штумпф, П.В. Егоров, Л.В. Баранов, В.М. Юрченко, С.П. Печенихин, М.П. Латышев. - М.: Недра, 1991. - 646 с., стр. 490], например проходческим комбайном 1ГПКС [Копейский машиностроительный завод. Комбайн проходческий 1ГПКС [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

https://www.kopemash.ru/products/1/63.html. - Заглавие с экрана].

Способ реализуется за счет механической отбойки горной массы породоразрушающим органом комбайна с дальнейшим ее удалением из горной выработки посредством погрузки в транспортные средства (вагонетки, магистральный ленточный или скребковый конвейер).

Недостатком этого способа является необходимость удлинения конвейера по мере продвижения комбайна вглубь штольни, что значительно усложняет горные работы и затрудняет их полную автоматизацию, особенно в условиях реализации технологического процесса на Луне и Марсе.

Наиболее близким к предлагаемому, является буровзрывной способ проведения горных выработок [Петров А.И. Проходчик горных выработок. Справочник рабочего [Текст] / А.И. Петров, Г.Г. Штумпф, П.В. Егоров, Л.В. Баранов, В.М. Юрченко, С.П. Печенихин, М.П. Латышев. - М.: Недра, 1991. - 646 с., стр. 480]. В соответствии с этим способом проходка выработки осуществляется посредством периодически повторяющихся операций, включающих в себя бурение шпуров, их заряжание и взрывание с последующей погрузкой и транспортировкой отбитой горной массы.

Недостатком этого способа, при его использовании для проведения наклонной штольни с целью вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе, является значительный объем бурильных работ, а также необходимость транспортировки отбитой горной породы из штольни в процессе ее проведения. Это усложняет проходку и делает ее более продолжительной по времени.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении возможности проведения наклонной штольни для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе без необходимости транспортировки отбитой горной породы на дневную поверхность.

Техническая проблема решается тем, что в предлагаемом способе, включающем предварительное щелеобразование по контуру штольни на всю ее длину и последующее дробление отделившегося от массива блока породы взрывным способом, согласно изобретению, взрывные скважины для щеле-образования бурятся таким образом, что их оси пересекаются в одной точке с внешней стороны лавовой трубки с прямой, лежащей в плоскости поперечного сечения лавовой трубки и пересекающей поверхность геометрической фигуры, описывающей контур входа в штольню, при этом эта прямая также пересекает под острым углом прямую, образующуюся при пересечении плоскостей поперечного сечения лавовой трубки и дневной поверхности.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в уменьшении времени проходки штольни.

Указанный технический результат достигается тем, что после проведения буровзрывных работ отбитая горная масса проваливается в лавовую трубку за счет геометрии и расположения оконтуриваемого блока горной породы, что устраняет необходимость ее транспортировки из проведенной штольни на дневную поверхность.

Заявляемый способ позволяет проводить штольни с различной формой поперечного сечения. Процесс проведения наклонной штольни для вскрытия лавовой трубки на Луне и Марсе показан на примере образования горной выработки со сводчатой кровлей, наклонными на выработку стенками и почвой в форме обратного свода. Сводчатая форма поперечного сечения является предпочтительной при проведении штольни в прочных скальных породах без крепления [Васючков, Ю.Ф. Горное дело [Текст] / Ю.Ф. Васючков. - М.: Недра, 1990. - 512 с., стр. 58]. Наклонные стенки и почва в форме обратного свода у штольни повышают эффективность удаления отбитой горной породы в лавовую трубку.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показан трехмерный вид фрагмента лавовой трубки с обозначением положения оконтуриваемого блока горной породы и взрывных скважин. На фиг.2 показан трехмерный вид фрагмента лавовой трубки с положением оконтуриваемого блока горной породы после проведения щелеобразования, в момент его движения в сторону полости лавовой трубки.

Проведение штольни в соответствии с заявляемым способом осуществляется в следующем порядке. По контуру штольни с дневной поверхности бурятся контурные взрывные скважины 1 на всю ее длину таким образом, что их оси пересекаются в одной точке А с внешней стороны лавовой трубки 2 с прямой АВ, лежащей в плоскости поперечного сечения А-А лавовой трубки 2. Плоскость поперечного сечения А-А проведена перпендикулярно к оси 00] лавовой трубки 2 и пересекается с ней в точке С. Прямая АВ также пересекает в точке В поверхность геометрической фигуры 3, описывающей контур входа в штольню. При этом прямая АВ также пересекает в точке D под острым углом у прямую DE, образующуюся при пересечении плоскости поперечного сечения А-А лавовой трубки 2 и плоскости дневной поверхности В-В (фиг.1).

После бурения контурных взрывных скважин 1, в оконтуриваемом блоке горной породы 4, вдоль прямой АВ, с дневной поверхности бурятся скважины 5 для закладки дробящих зарядов (фиг.1). Далее осуществляется заряжание всех скважин, при этом для улучшения щелеобразования, часть контурных взрывных скважин 1 может быть оставлена не заряженными и использоваться в качестве компенсационных.

После этого осуществляется одновременный подрыв контурных взрывных скважин 1. В результате этого, вдоль контура штольни, образуется контурная щель. Под действием продуктов взрыва в ней и силы тяжести, оконтуриваемый блок горной породы 4 начинает движение в сторону полости лавовой трубки 2 в направлении, обозначенном стрелкой L (фиг.1, фиг.2). При этом между оконтуриваемым блоком горной породы 4 и поверхностью штольни образуется компенсационное пространство 6, после появлении которого происходит взрывание дробящих зарядов, размещенных в скважинах 5 (фиг.2).

Наличие компенсационного пространства 6 устраняет запрессовку взорванной горной породы в образовавшейся штольне. Раздробленная взрывом горная порода далее под действием уклона почвы в образованной штольне высыпается в полость лавовой трубки 2. Наклонные стенки 8 штольни направляют отбитую горную породу в сторону почвы 9, форма которой в виде обратного свода облегчает процесс скатывания разрушенной горной породы в полость лавовой трубки 2 (фиг.2).

Таким образом, в соответствие с предлагаемым способом, становится возможным проведение наклонных штолен с различной формой поперечного сечения для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе. Отсутствие необходимости транспортировки отбитой горной породы из проведенной штольни на дневную поверхность упрощает реализацию заявляемого способа роботизированными техническими средствами.

Claims (1)

1. Способ проведения наклонной штольни для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе, включающий предварительное щелеобразование по контуру штольни на всю ее длину и последующее дробление отделившегося от массива блока породы взрывным способом, отличающийся тем, что контурные взрывные скважины для щелеобразования бурятся с дневной поверхности таким образом, что их оси пересекаются в одной точке с внешней стороны лавовой трубки с прямой, лежащей в плоскости поперечного сечения лавовой трубки и пересекающей поверхность геометрической фигуры, описывающей контур входа в штольню, при этом эта же прямая также пересекает под острым углом прямую, образующуюся при пересечении плоскостей поперечного сечения лавовой трубки и дневной поверхности, а контур почвы проводимой штольни оформляется в виде обратного свода, при этом взрывные заряды, заложенные в этих скважинах, взрывают одновременно, образуя по контуру штольни щель, а отделившийся от массива блок породы в контурах штольни дробят взрывом зарядов, заложенных в скважины, пробуренные с дневной поверхности вдоль оси проводимой штольни, причем взрывание этих зарядов производят после образования контурной щели, в период движения отделившегося блока породы в сторону полости лавовой трубки.

Images