SU1587199A1

SU1587199A1 - Method of supporting mine workings

Info

Publication number: SU1587199A1
Application number: SU884444395A
Authority: SU
Inventors: Виктор Николаевич Бакулин; Андрей Викторович Бакулин
Original assignee: В. Н. Бакулин и А. В. Бакулин
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1990-08-23

Abstract

Изобретение относитс к горной промышленности и позвол ет повысить устойчивость горных выработок. На удалении от закрепл емой выработки, равном 3-5 длинам волн основной излучаемой частоты, из параллельной выработки бур т скважины и определ ют векторы максимального и минимального напр жений в массиве. Скважины заполн ют водой и устанавливают в них невзрывные пневматические источники колебаний. Оси источников колебаний располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напр жению. Работу группы источников синхронизируют, возбуждают в массиве колебани и привод т его в неудароопасное состо ние. В выработке устанавливают опалубку. Амплитуду колебаний масива регулируют путем увеличени подачи сжатого воздуха в источники от минимального уровн до уровн , при котором напр жени в массиве достигнут половины от разрушающих. Поддержива амплитуду на достигнутом уровне, нагнетают за опалубку под высоким давлением скрепл ющий раствор. Перед установкой опалубки возможны бурение шпуров и установка в них анкеров. Колебани в массиве осуществл ют на частоте 60-120 Гц. Во врем проведени массива в неудароопасное состо ние осуществл ют контроль за его напр женным состо нием. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to the mining industry and makes it possible to increase the stability of the mine workings. At a distance from the fixed production, equal to 3-5 wavelengths of the main radiated frequency, from parallel production of a well bore and determine the vectors of maximum and minimum voltages in the array. The wells are filled with water and non-explosive pneumatic sources of vibrations are installed in them. The axes of the oscillation sources are located in a plane parallel to the main minimum voltage. The work of a group of sources is synchronized, excited in the array of oscillations and leads it to a non-hazardous state. In working out establish a timbering. The amplitude of oscillations of the array is regulated by increasing the supply of compressed air to the sources from the minimum level to the level at which the voltage in the array reaches half of the breaking ones. Keeping the amplitude at the reached level, the bonding solution is pumped for high-pressure formwork. Before installing the formwork, drilling holes and installing anchors in them are possible. Oscillations in the array are made at a frequency of 60-120 Hz. During the passage of the array in a non-hazardous state, it is monitored for its stress state. 3 hp f-ly, 1 ill.

Description

Изобретение относитс к подземному строительству , касаетс способа вибрационного воздействи на гОрные породы и может быть использовано дл повышени устойчивости горных выработок различного назначени .The invention relates to underground construction, relates to a method of vibration effect on mountain rocks and can be used to increase the stability of mine workings for various purposes.

Цель изобретени - повышение устойчивости горных выработок.The purpose of the invention is to increase the stability of mine workings.

На чертеже приведена схема реализации способа.The drawing shows a diagram of the implementation of the method.

На чертеже введены следующие обозначени : 1 - горна выработка, подлежаща креплению, 2 - опалубка, имитирующа форму и размеры выработки, 3 - скрепл ющий раствор дл заполнени заопа- лубочного пространства, 4 - веер щпуров или скважины дл размещени в них анкеров , 5 - анкеры, 6 - скважины диаметром 500-700 мм дл размещени в нихThe following designations are introduced in the drawing: 1 — mining output to be fixed, 2 — formwork, imitating the form and dimensions of excavation, 3 — fastening solution for filling the underground space, 4 — a fan of shchpurs or a well for placing anchors in them, 5 - anchors, 6 - wells with a diameter of 500-700 mm for placement in them

невзрывных пневматических источников, 7 - компрессор дл питани источников сжатым под давлением воздухом, 8 - пульт управлени дл синхронизации работы группы источников .non-explosive pneumatic sources; 7 — a compressor for supplying sources with compressed air under pressure; 8 — a control panel for synchronizing the operation of a group of sources.

Способ осуществл етс следующим образом .The method is carried out as follows.

С помощью датчиков давлени горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине , определ ют поле напр жений и главные векторы в породном массиве, в котором требуетс вызвать колебани и вмещающем выработку 1.Using pressure sensors of rocks installed in the control well, the stress field and the main vectors in the rock mass are determined in which it is required to cause oscillation and contain production 1.

В параллельной выработке, наход щейс на том же горизонте, где пройдена основна выработка, бур т скважины 6 J 500-700 мм и глубиной 5-7 м и размещают в них невзрывные пневматические источники колебаний в один р д, причемIn parallel development, located on the same horizon, where the main production is completed, a well is drilled 6 J 500–700 mm and 5–7 m deep, and non-explosive pneumatic sources of oscillations are placed in one row, and

СПSP

0000

х соx with

направление воздействи совпадает с одним из главных напр жений в породном массиве основной выработки, т. е. источники устанавливают в плоскости, проход щей через линию действи минимального главного напр жени .the direction of action coincides with one of the main stresses in the rock mass of the main output, i.e. the sources are set in a plane passing through the line of action of the minimum main stress.

Максимальный диаметр и глубину скважины 6 дл размещени невзрывных источников выбирают исход из оптимальных условий возбуждени сейсмических колебаний на частотах 60-120 Гц, при которых имеет место максимальна «закачка упругой энергии в тело горной выработки 1 и составл юща от 3 до 9% энергии, поступающей в источник от компрессора 7 высокого давлени - до 230 атмосфер. Глу- бина скважины 6 оптимальна величине давлени , обеспечиваемого столбом воды, заполн ющей скважину, и определенной ранее экспериментально в морской сейсморазведке на акватори х и составл ющей дл диапа- зона частот 60-120 Гц примерно 5-7 м.The maximum diameter and depth of the well 6 for placing non-explosive sources is chosen based on the optimal conditions for the initiation of seismic vibrations at frequencies of 60-120 Hz, at which maximum injection of elastic energy into the body of the mining output 1 takes place and is from 3 to 9% of the energy supplied to the source from compressor 7 of high pressure - up to 230 atmospheres. The depth of the well 6 is the optimum value of the pressure provided by a column of water filling the well, which was previously determined experimentally in marine seismic surveys in the water area and is approximately 5-7 meters for the range of 60-120 Hz.

Скважины 6 бур т на рассто нии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив. Исход из условий волнового подоби : если при скорости в массиве 1000- 2000 м/с; при частоте / 60-120 Гц, длина волны равна Л 1000-2000/60-120 20-40 м, то на удалении 3-5 длин волн это составит 100-150 м. Это обусловлено тем что на таких удалени х от источника поле упругих напр жений от источника рас- пределено равномерно, в то врем как на удалении, равном длине волны, оно неравно- верно.Wells 6 are drilled at a distance of 3-5 wavelengths of the fundamental frequency emitted into the array. Proceeding from the conditions of wave similarity: if at a speed in the array of 1000-2000 m / s; at a frequency of / 60-120 Hz, the wavelength is equal to L 1000-2000 / 60-120 20-40 m, then at a distance of 3-5 wavelengths it will be 100-150 m. This is due to the fact that at such distances from the source the elastic stresses from the source are distributed uniformly, while at a distance equal to the wavelength, it is uneven.

Врем воздействи - врем синхронной работы группы источников до проведени массива в неудароопасное состо ние, регу- лируемое посредством электронного пульта 8 управлени , зависит от обводненности массива и напр женного состо ни породного массива.:Time of impact - the time of synchronous operation of a group of sources before the array is placed in a non-hazardous condition, controlled by the electronic control panel 8, depends on the water cut of the array and the stress state of the rock mass .:

При синхронной работе группы источ- НИКОВ амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровн , определ емого уровнем достижени напр жений в породном массиве, равном 0,5 от разрущающих с таким условием, чтобы не вызвать динамических про влений горного давлени . Колебани вызывают в породном массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределени напр жений на пути распространени колебаний и уменьщени про влений динамики горного давлени . Эти влени имеют место как в случае работы одиночного источника , так и при работе группы источников .During synchronous operation of a group of sources, the amplitude of oscillations is raised from the minimum to the maximum level determined by the level of stress reaching in the rock mass equal to 0.5 from the destructive ones with such a condition as not to cause dynamic manifestations of rock pressure. The oscillations in the rock mass cause a relative movement of the structural elements, the redistribution of stresses in the path of the propagation of oscillations and a decrease in the manifestations of the dynamics of rock pressure. These phenomena take place both in the case of the work of a single source and in the work of a group of sources.

Работу группы источников контролируют геомеханическими методами исследований, а именно методом разгрузки с использованием тензодатчиков; ультразвуковыми методами с использованием методов сейсмо- акустической и электромагнитной эмиссии.The work of a group of sources is controlled by geomechanical research methods, namely, the method of unloading using strain gauges; ultrasonic methods using seismic-acoustic and electromagnetic emission methods.

Воздейству на породный массив вибрационными нагрузками, измер ют его напр женно-деформированное состо ние и при достижении в нем напр жений, не превышающих 0,5 от разрущающих, начинают подавать скрепл ющий раствор 3 нагнетанием в незаполненное пространство между опалубкой 2 и кровлей выработки 1. Таким образом , массив обрабатываетс вибрационными нагрузками, что способствует повыщению устойчивости горных выработок и эффективности способа.The impact on the rock mass by vibration loads, its stress-strain state is measured, and when stresses within it do not exceed 0.5 of the destructive state, the fastening solution 3 is pumped into the empty space between the formwork 2 and the roof of the excavation 1. Thus, the massif is processed by vibration loads, which contributes to increasing the stability of mine workings and the efficiency of the method.

По истечении необходимого времени невзрывные сейсмические источники выключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив дл них скважины или оставл ют на старом, если сохран етс возможность повторного воздействи на породный массив и достижени необходимого эффекта.After the required time has elapsed, non-explosive seismic sources are turned off and moved to a new location, having previously drilled wells for them or left on the old one, if the possibility of re-influencing the rock mass and achieving the desired effect is retained.

Возможна дополнительна установка анкеров 5 в предварительно пробуренные щпу- ры 4 до установки опалубки.It is possible to install additional anchors 5 in the previously drilled ramps 4 before installing the formwork.

Сущность изобретени состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок, порождаемых выхлопами сжатого под давлени.ем воздуха от 60 до 230 атмосфер, из источника в скважину, заполненную водой, примерно от 3 до 9% всей запасенной в источнике энергии передаетс через нее в массив, т. е. переходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60-120 Гц. Под действием упругой волны в массиве возникают волны сжати и раст жени . Эти волны вызывают миграцию флюидов - жидкостей и газов, содержащихс в порах и трещинах пород, и содействуют их миграции во много раз быстрее, чем в отсутствие волн. Кроме того, вибрации содействуют раскрытию трещин в массиве на пути распространени волн. Раствор, поступаемый нагнетанием под высоким давлением в незаполненное пространство между стендом и кровлей основной выработки под воздействием вибраций , порождаемых источниками, проникает в поры и трещины и содействует более полному их заполнению, чем в отсутствии вибрации. После застывани обделка представл ет с массивом монолитную среду, прочность которой на 30-60% больше, чем прочность среды в совокупности с заполнением их раствором в отсутствие вибрации, что было проверено методом гидроразрыва.The essence of the invention is that under the influence of powerful vibration loads generated by exhausted compressed air pressure from 60 to 230 atmospheres, from a source to a well filled with water, about 3 to 9% of all energy stored in the source is transferred through it to array, ie, goes into seismic energy in the frequency range of 60-120 Hz. Under the action of an elastic wave, compression and expansion waves appear in the massif. These waves cause the migration of fluids — liquids and gases contained in the pores and fractures of rocks, and facilitate their migration many times faster than in the absence of waves. In addition, vibrations contribute to the opening of cracks in the array in the path of wave propagation. The solution supplied by high-pressure injection into the empty space between the stand and the main production roof under the influence of vibrations generated by sources penetrates into the pores and cracks and contributes to their fuller filling than in the absence of vibration. After solidification, the lining presents with the massif a monolithic medium, the strength of which is 30–60% greater than the strength of the medium in combination with filling them with a solution in the absence of vibration, which was tested by the method of hydraulic fracturing.

Преимущества способа заключаютс в том,что раз.мещение источников по предлагаемому способу позвол ет: перераспределить пол напр жений, свести к минимуму веро тность про влени динамических про влений горного давлени ; свести существующее поле напр жений к равномерному в период подачи раствора между опалубкой и кровлей выработки; увеличить прочность порол и обделки за счет заполнени раствором пор и трещин, а также за счет использовани анкерной крепи; создать оптимальные услови возбуждени сейсмических воли в диапазоне 60-120 Гц и закачки упругой энергии в породный массив в режиме накоплени без изменени контактных условий - энерги передаетс в массив через воду.The advantages of the method are that the location of the sources according to the proposed method allows: to redistribute the stresses, to minimize the probability of manifestation of dynamic manifestations of rock pressure; reduce the existing stress field to a uniform one during the period when the mortar is supplied between the formwork and the roof of the excavation; increase the strength of the foam and lining by filling the solution with pores and cracks, as well as through the use of anchor bolts; create optimal conditions for seismic wave excitation in the range of 60-120 Hz and injection of elastic energy into the rock mass in the accumulation mode without changing contact conditions — energy is transferred into the mass through water.

Claims

1. A method of securing mine workings, including sinking production, drilling wells, determining the maximum and minimum stress vectors in the rock mass, installing vibration sources in the well, whose axes are located in a plane parallel to the main minimum voltage, synchronizing the work of a group of sources, oscillation array and bringing it into a non-hazardous state, characterized in that, in order to increase the sustainability of development, formwork is installed in it, and

They fill vodkas and use non-explosive pneumatic sources as sources of oscillation, which are located at a distance from the output equal to 3-5 wavelengths of the main received frequency, while the amplitude of their oscillations is controlled by increasing the supply of compressed air from the minimum level to Voltage in the Array reached half of the destructive power, and then, maintaining the amplitude at the reached level, the fastening solution is injected for the formwork.

2. A method according to claim 1, characterized in that before installing the formwork, drill holes and install anchors therein.

3. The method according to claim 1, wherein the array is oscillated at a frequency of 60-120 Hz.

4. The method according to claim 1, characterized in that during bringing the array into an unsafe state, it is monitored for its stress state.