SU1691522A1 - Способ разрушени горных пород - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному делу и м.б. использовано при проходке подземных горных выработок (ГВ) дл  предварительного разупрочнени  разрушаемых горных пород. Цель-снижение энергоемкости разрушени  пород с помощью шарошечного разрушающего органа. В горном массиве (ГМ) на рассто нии от проводимой ГВ не более 5 длин волн излучаемых ГМ виброисточником (ВИ) бур т группу скважин . В последних в упругов зком веществе размещаютс -ВИ, которые устанавливают в плоскости, проход щей через линию действи  минимального главного напр жени . С помощью ВИ возбуждают в ГМ колебани  с частотой 60-1500 Гц и с амплитудой, обеспечивающей напр жение в ГМ, равное половине от разрушающих напр жений в этом ГМ. Одновременно с возбуждением колебаний в ГМ нагнетают технологический раствор с поверхностно активным веществом. После изменени  в ГМ забо  горной выработки деформации сжати  на деформацию раст жени  возбуждение колебаний с помощью ВИ в скважинах прекращают. В технологический раствор добавл ют 1% кварцевого песка с размером частиц 0,05- 2,0 мм. Кроме того, технологический раствор перед нагнетанием нагревают до +80°С. Параметры возбуждени  колебани  ВИ во всех скважинах принимают одинаковыми . При разрушении ГМ в забое ГВ в направлении проходки производ т вибровоздействие на ГМ с частотой, равной частоте вращени  разрушающего шарошечного органа. 3 з.п.ф-лы, 1 ил. Ј

Description

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано при проведении горных выработок дл  предварительного разупрочнени  разрушаемых горных пород.

Цель изобретени  - снижение энергоемкости разрушени  горных пород с помощью шарошечного разрушающего органа.

На чертеже представлена схема расположени  выработок, скважин и оборудовани  в горном массиве.

В горном массиве 1 проход т горную выработку 2. Последнюю проход т путем

разрушени  горных пород шарошечным органом 3, управл емым по радиоканалу 4. На удалении от проводимой горной выработки, равном 3-5 длинам волн, бур т скважины 5, в которых устанавливают в упругов зком теле виброисточники колебаний (например, пневмоисточники). Виброисточники 6 св заны с компрессором 7 высокого давлени  и электронным пультом 8 управлени  дл  синхронизации работы группы виброисточников .

, Способ осуществл етс  следующим образом .

Os

ю

ел

ю го

С помощью датчиков давлени  горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определ ют поле напр жений и главные векторы в породном массиве, в котором требуетс  ослабить напр жени  посредством мощных вибрационных колебаний.

В параллельной выработке, наход щейс  на том же горизонте, где проход т основную выработку 2, бур т скважины 5 глубиной 7-12 м и размещают в них невзрывные пневматические источники в один р д, причем направление воздействи  должно совпадать 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 .

Максимальный диаметр скважин 5 и их глубину дл  размещени  невзрывных пневматических источников выбирают, исход  из оптимальных условий возбуждени  сейсмических колебаний на частотах 50-1500 Гц, при которых имеет место максимальна  закачка упругой энергии в тело горной выработки 2 и составл юща  от 3 до 9% всей записанной в источник 6 от компрессора 7 высокого давлени  - до 300 атм. Глубина скважины 5 оптимальна величине давлени , обеспечиваемого упругов зким телом, в качестве которого примен ют: воду, буровую мокрую мелочь, кварцевый мокрый песок и другие компоненты.

Скважины 5 бур т на рассто нии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой виброисточником в горный массив.

Врем  воздействи  - врем  синхронной работы группы источников до приведени  массива в состо ние, когда деформации сжати  горных пород во врем  вибровоздействи  перейдут на деформации раст же- ни , регулируемое посредством электронного пульта 8 управлени , зависит от обводненности массива и напр женного состо ни  породного массива.

При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровн , определ емого уровнем достижени  напр жений в горном массиве, равном 0,5 от разрушающих с таким условием, чтобы не вызвать динамических про влений горного давлени . Колебани  вызывают в породном массиве относительную поддержку структурных элементов, перераспределени  напр жений на пути распространени  колебаний и уменьшени  про влени  динамики горного давлени . Эти  влени  имеют место как в случае работы группы источников , так и при работе одиночного источника.

Работу группы источников контролируют геомеханическими методами исследований , а именно: методом разгрузки с использованием тензодатчиков; ультразвуковыми методами; с использованием методовсейсмоакустическойи электромагнитной эмиссии.

Воздейству  на массив вибрационными нагрузками, измер ют его напр женно-де0 формированное состо ние и при достижении в нем напр жений 0,5 от разрушающих нагнетают в горные породы технологические растворы с добавками поверхностно- активных веществ и 1 % кварцевого песка,

5 причем технологический раствор нагревают до +80°С. Обработку массива производ т до момента смены деформации сжати  горных пород на деформацию раст жени , после чего вибровоздействие осуществл ют с час0 тотой усилий резани  горных пород с использованием разрушающего шарошечного органа.

По истечении необходимого времени, обусловленного изменением напр женно5 деформированного состо ни  горного массива под воздействием техногенных факторов - веса пород, тектонических и избыточных напр жений, порождаемых процессом проходки выработок, измен ют

0 режим работы группы невзрывных источников или перенос т их на новое место, предварительно пробурив дл  нихскважины.или оставл ют на старом, если сохран етс  возможность дальнейшего повторного воздей5 стви  на угольный пласт или горные породы и достижени  в них необходимого эффекта. Сущность изобретени  состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок, порождаемых выхлопами

0 сжатого под давлением воздуха от 60 д о 300 атм., из виброисточника в скважину, заполненную упругов зким телом (например, водой ), примерно от 3 до 9% всей запасенной в виброисточнике энергии передаетс  через

5 нее в горный массив, т.е. переходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60- 1500 Гц. Под действием упругой волны в горном массиве возникают волны сжати  и раст жени . Эти волны вызывают мигра0 цию флюидов - жидкостей и газов, содержащихс  в порах и трещинах, и содействуют их миграции в дес тки раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны. Технологический раствор с добавками ПАВ способствует уве5 личению пластичности горных пород, заполнению пор и трещин водными растворами и истечению газов из горных пород, т.е. ослаблению св зей между горными породами и снижению их механической прочности. Нагнетание с раствором 1 % чистого кварцево го песка в совокупности с нагреванием технологического раствора способствует раскрытию новых трещин, так как попадание песка в образующиес  трещины не дает возможности им закрыватьс , т.е. песчинки, попада  в трещины, служат концентраторами новых трещин и способствуют увеличению трещиноватости разрабатываемых углей и горных пород. Указанные  влени  имеют место если частота собственных колебаний жидкости и водных растворов, содержащихс  в порах и трещинах пород в массиве, близка к частоте зондирующих импульсов (к области резонанса) - резкое увеличение гидро- и аэродинамических св зей в горном массиве возникает в том случае, если направление распространени  волны совпадает с направлением пор и трещин и при условии, что длина волны и размер трещин сопоставимы. Именно этим обсто тельством объ сн етс  тот факт, что при приведении предварительного горного массива в колебательное состо ние используют столь широкий частотный диапазон: 60- 1500 Гц. При распространении энергии волна из одних участков переходит в другие и на пути распространени  волны образуютс  зоны разрежени  и сжати . Под воздействием мощных вибрационных колебаний при прохождении волны через участок нагретых выше 30°С пород имеют место кавитацион- ные  влени , т.е. в зоне разрежени  волны возникают кавитационные пузырьки, заполненные паром и газом и охлопывающиес  в зоне сжати  волны, и в этой области возникают мощные гидродинамические возмущени  в виде импульсов микро- и макроударных волн и потоков флюидов, порождаемых пульсирующими пузырьками, вследствие чего также резко возрастает проницаемость горных пород и изменени  прочностных свойств последних. Это в конечном итоге приводит к тому, что усилие резани  снижаетс  примерно на 40-60%, так как прочность пород уменьшаетс  почти вдвое.

При воздействии на горный массив вибрационными колебани ми с частотой, равной частоте вращени  разрушающего шарошечного органа, повышаетс  до 40 % производительность труда, примерно на 60% уменьшаютс  затраты на поддержание выработанного пространства и управление горным давлением Земли, а также на нет

свод тс  про влени  динамики горного давлени , что также дает значительную экономию средств, учитыва , что каждый внезапный выброс требует до 50 тыс.руб. затрат длр его ликвидации.

Claims (4)

1.Способ разрушени  горных пород, включающий бурение группы скважин, размещение в них в упругов зком теле виброисточников колебаний, возбуждение в горном массиве колебаний с одновременным нагнетанием в горный массив технологическогорастворас поверхностно-активным веществом и последующее разрушение горного массива в забое горной выработки, отличающий- с   тем, что, с целью снижени  энергоемкости разрушени  горных пород с помощью шарошечного разрушающего органа, возбуждение колебаний в горном массиве осу- ществл ют на рассто нии от места разрушени  не более п ти длин волн, излучаемых в горный массив в группе скважин, пробуренных в плоскости, проход щей через линию действи  минимального главного напр жени , при этом нагнетание технологического раствора в горный массив осуществл ют при возбуждении колебаний в последнем с частотой 60-1500 Гц и с амплитудой дл  обеспечени  напр жени  в горном массиве, равного половине разрушающих напр жений в этом горном массиве, причем после изменени  в горном массиве забо  горной выработки деформаций сжати  на деформацию раст жени  воз- буждение колебаний с помощью виброисточников в скважинах прекращают, а при разрушении горного массива в забое горной выработки в направлении проходки

производ т вибровоздействие на горный массив с частотой, равной частоте вращени  шарошечного разрушающего органа.

2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что в технологический раствор добавл ют 1 % кварцевого песка с размером частиц 0,05-2.0 мм.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающий с   тем, что технологический раствор

при его нагнетании нагревают до 80°С.

4.Способ по пп. 1-3, отличающий- с   тем, что параметры возбуждени  колебаний виброисточников во всех скважинах принимают одинаковыми.

Г 8 1