SU1696731A1

SU1696731A1 - Method of rock consolidation

Info

Publication number: SU1696731A1
Application number: SU894703140A
Authority: SU
Inventors: Андрей Викторович Бакулин
Original assignee: А.В.Бакулин
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1991-12-07

Abstract

Изобретение относитс к горной промышленности и позвол ет повысить эффективность управлени за счет увеличени проницаемости пород. Вокруг выработки в / . скважинах размещают невзрывные пневматические источники колебаний, оси которых ориентируют параллельно направлению главных максимальных напр жений. Скважины располагают на рассто нии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив. Скважины заполн ют упругопластическим материалом. Воздействуют на массив сначала частотой 60 - 1500 Гц, а затем частотой собственных колебаний массива Амплитуду увеличивают до величины, при которой напр жени в массиве достигают половины от разрушающих. Достигнув этого уровн , нагнетают в массив скрепл ющий раствор через веер шпуров. 1 ил.The invention relates to the mining industry and allows for improved control efficiency by increasing the permeability of the rocks. Around making in /. The wells place non-explosive pneumatic sources of oscillations whose axes are oriented parallel to the direction of the main maximum stresses. The wells are located at a distance of 3-5 wavelengths of the fundamental frequency emitted into the array. The wells are filled with elasto-plastic material. The array is first affected with a frequency of 60–1500 Hz, and then with the frequency of natural oscillations of the array. The amplitude is increased to the value at which the voltage in the array reaches half of the breaking voltage. Having reached this level, the bonding solution is injected into the massif through a fan of holes. 1 il.

Description

елate

СWITH

Изобретение относитс к горному делу и может быть использовано дл решени горно- и геотехнологических задач, в частности дл упрочнени горных пород в прикон- турной зоне выработки.The invention relates to mining and can be used to solve mining and geotechnological problems, in particular, to strengthen the rocks in the marginal area of production.

Цель изобретени - повышение эффективности способа за счет увеличени проницаемости горных пород.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the method by increasing the permeability of rocks.

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 - горный массив, 2 - горна выработка, 3 - приконтурна зона нарушенных пород, 4 - скважины с размещенными в них невзрывными источниками 5, в которые встроены тензодатчики 6, 7 - компрессор высокого давлени (ЭУ-5 или ЭУ-7), 8 - электронный пульт управлени , 9 - приборы дл контрол за горным давлением , 10 - веер шпуров дл нагнетани скрепл ющих растворов в приконтурную зону, (Л и Oi - векторы максимального и минимального главных напр жений в горном массиве.The drawing shows a diagram of the method implementation, where 1 is a mountain massif, 2 is a mountain output, 3 is a contiguous zone of disturbed rocks, 4 are wells with non-explosive sources 5 placed in them, in which strain gauges 6, 7 are built-in high pressure compressor ( 5 or EI-7), 8 — electronic control panel, 9 — devices for monitoring rock pressure, 10 — a fan of holes for pumping bonding solutions into the marginal zone, (L and Oi — vectors of maximum and minimum principal stresses in the mountain massif .

Способ осуществл ют 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 следует ослабить напр жени . В выработке , отсто щей от основной выработки 2, в которой необходимо осуществить упрочнение пород, на рассто нии 3-5 длин волн основной получаемой частоты, излучаемой в массив, бур т скважины 4 ф 500 - 700 мм и глубиной 5 - 7 м и размещают в них невзрывные пневматические источники колебаний в один р д, причем направление воздействи совпадает с одним из главных напр жений в породном массиве выработки 2. т.е. источники устанавливают в полости,Using pressure sensors of rocks installed in the control well, the stress field and the main vectors in the rock mass in which the stresses should be relaxed are determined. In the excavation, which is separated from the main excavation 2, in which it is necessary to strengthen the rocks, at a distance of 3-5 wavelengths of the main received frequency, radiated into the massif, a hole of the well 4 f 500-700 mm and a depth of 5-7 m is placed non-explosive pneumatic sources of oscillations in one series, in which the direction of action coincides with one of the main stresses in the rock mass output 2, i.e. sources set in the cavity

ОABOUT

оabout

СЬ VI WС VI w

проход щей черэз линию максимального главного напр жени .the line of maximum principal voltage passing through cherez.

Максимальный диаметр скважины -4 и ее глубины дл размещени источников выбирают исход из оптимальных условий возбуждени сейсмических колебаний на частотах 60 - 1500 Гц, при которых имеет место оптимальна максимальна закачка упругой энергии в тело прмконтурной зоны 3 горной выработки, составл юща 3-16% энергии, поступающей в источник от компрессора 7 высокого давлени ,- до 300 атм. Глубина скважины 4 оптммапьна величине давлени , обеспечиваемой весом упруго- в зкого тела, например воды или мокрой буровой мелочи, или мокрого кварцевого пе- о:.а с добавкой металлических опилок, опре- дзлениой экспериментально в морской сейсморазведке на акватори х и составл ю- 1чаи дл диапазона 60 - 1500 Гц примерно С -7 при добавлении столба давлени в г- -зажине 1 - 10 атм. Скважины 4 бур т на чосто нии 2-3 длин волн основной частоты , излучаемом в массив, исход из условий волнового подоби : при скорости в массиве 000-5000 км/с, при частотах GO- 1500 Гц, пр л дгинах волн 30 - 80 и 2 - 4 м, на удале- i . -Б длин волн это составл ет примерно 300 м. Это обусловлено тем, что на таких удалени х от источника поле упругих напр жений от источника распределено равномерно , в то врем как на удаление длины зп пы оно неравномерно.The maximum diameter of the well-4 and its depth for placement of sources is chosen based on the optimal conditions for the initiation of seismic vibrations at frequencies of 60–1500 Hz, at which optimum maximum injection of elastic energy into the body of the near-pit mining zone 3 takes place, constituting 3-16% of energy coming into the source from the high pressure compressor 7, up to 300 atm. The depth of the borehole is 4 optmmaps at the pressure provided by the weight of the resilient body, for example, water or wet drilling fines, or wet quartz feather: .a with the addition of metallic sawdust, determined experimentally in marine seismic exploration in water areas and made up of 1chai for a range of 60–1500 Hz of approximately C – 7 with the addition of a pressure column in the g-gap 1–10 atm. Wells 4 are drilled at 2-3 wavelengths of the fundamental frequency emitted into the array, based on the conditions of wave similarity: at a velocity in the array of 000–5000 km / s, at frequencies of GO– 1500 Hz, and at wavelengths of 30–80 and 2 - 4 m, on the distance- i. -B the wavelength of this is about 300 m. This is because at such distances from the source the field of elastic stresses from the source is distributed evenly, while at the distance of the length of zpp it is uneven.

Врем воздействи синхронной работы i руппы источников дл приведени массива в неудароопасное состо ние, регулируемое посредством обратной св зи пульта 8 управлени с компрессором 7, зависит от обводненности пород в массиве, степени трещиноватое™ - проницаемости массива и геомеханических условий залегани горного массива, причем импульс давлени сжатого воздуха, подаваемого от компрессора 7 в источник, преобразуетс с электрический импульс тензодатчиком 6 и подаетс на вход электронного пульта управлени , т.е. осуществл етс синхронизаци работы группы источников колебаний. При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровн , определ емого уровнем достижени напр жений в породном массиве, равном 0,5 от разрушающих, с таким условием, чтобы не вызвать динамических про влений горного давлени . Колебани вызывают в горном массиве относительную подвижку структурных элементов , перераспределение напр жений на пути распространени колебаний и уменьшение динамики горного давлени , Эти влени имеют место как в случае работы одиночного источника, так и в случае работы группы источников.The timing of synchronous operation of a group of sources to bring the array into a non-hazardous state, controlled by feedback of the control console 8 with the compressor 7, depends on the water content of the rocks in the massif, the degree of fracture ™ mass permeability and the geomechanical conditions of the rock mass, and the pressure pulse The compressed air supplied from the compressor 7 to the source is converted with an electrical impulse by a strain gauge 6 and fed to the input of the electronic control panel, i.e. synchronization of the operation of a group of sources of oscillations is carried out. 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 breaking, with such a condition as not to cause dynamic manifestations of rock pressure. Oscillations in the mountain range cause a relative movement of structural elements, the redistribution of stresses in the path of oscillation propagation and a decrease in the dynamics of rock pressure. These phenomena occur both in the case of a single source and in the case of a group of sources.

Работу группы источников контролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований, а именно методом разгрузки с использованием гензодатчиков, ультразвуковыми методами, с использованием методов сейсмоакустической и элект0 ромагнитной эмиссий.The work of a group of sources is controlled by geomechanical and geophysical methods of research, namely, the method of unloading using pressure sensors, ultrasonic methods, using the methods of seismoacoustic and electromagnetic emissions.

Воздействи на горный массив осуществл ют поэтапно. Вначале привод т массив в колебательное состо ние в диапазоне частот 60 - 1500 Гц, а затем переход т наThe effects on the mountain range are carried out in stages. First, the array is brought into a vibrational state in the frequency range of 60–1500 Hz, and then transferred to

5 частоту воздействи , равную частоте собственных колебаний горного массива в совокупности с нагретанием скрепл ющих растворов.5, the frequency of action equal to the frequency of natural oscillations of the mountain massif together with the heating of the bonding solutions.

Параметры вибровоздействи вскважи0 нах задают дл всех источников идентичными , а именно частоту, длительность и интенсивность колебаний поддерживают одинаковыми при неизменных контактных услови х.The parameters of vibroexposure are defined for all sources as identical, namely, the frequency, duration, and intensity of the oscillations are kept identical under constant contact conditions.

5Во врем приведени массива в неудароопасное состо ние осуществл ют контроль за его напр женным состо нием.5 While the array is in a non-hazardous state, it is monitored for its stress state.

Воздейству на приконтурную зону 3 горного массива еыбрационными нагрузка0 ми, измер ют его напр женно-деформированное состо ние и по достижении в нем напр жений, не превышающих 0,5 от разрушающих , начинают нагнетать в шпуры 10 скрепл ющий раствор. Таким образом, мас5 сив обрабатываетс вибрационными нагрузками , что способствует увеличению проницаемости горных пород в приконтур- ной зоне выработки и повышению эффективности способа.The impact on the marginal zone 3 of the mountain massif with electoral loads, measures its stress-strain state, and upon reaching a stress in it that does not exceed 0.5 of the destructive state, the fastening solution is pumped into the holes. Thus, the mas5 siv is processed by vibration loads, which contributes to an increase in the permeability of rocks in the marginal zone of generation and to an increase in the efficiency of the method.

0 Воздействие осуществл ют в течение времени, определ емого прекращением фильтрации воды из горного массива.0 The impact is carried out for a period of time determined by stopping the filtration of water from the rock mass.

По истечении необходимого времени невэрывные сейсмические источники вы5 ключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив дл них скважины , или оставл ют на старом, если сохран тс возможность повторного воздействи на породный массив и достижени в нем необ0 ходимого эффекта.After the required time has elapsed, non-explosive seismic sources are turned off and moved to a new place, 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.

Перед нагнетанием в скважины вставл ют анкера.Before injection, anchors are inserted into the wells.

Сущность изобретени состоит в том, что под воздействием вибрационных нагру5 зок, порождаемых выхлопами сжатого воздуха под давлением 60 - 300 атм из источника в скважину, заполненную мокрым кварцевым песком с добавками металлических опилок, примерно 3-16% всей запасенной в источнике анергии передаетс через мокрый песок е массив, т.е., переходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60 - 1500 Гц. Под действием упругой волны в массиве возникают волны сжати и раст жени . Эти волны вызывают мигра- цию флюидов -- жидкостей и газов, содержащихс в порах и трещинах горных пород, и содействуют их миграции во много раз быстрее , чем в отсутствие упругой волны. Кроме того, вибрации содействуют раскрытию тре- щин в массиве на пути распространени упругих волн. Скрепл ющий раствор, посту- паемый нагретанием под высоким давлением в приконтурные горные породы выработки, проникает в поры трещины и содействует более полному их заполнению, чем в отсутствие вибрации. После застывани - отверждени приконтурна часть горной выработки представл ет собой монолитную среду, прочность которой на 40 The essence of the invention is that under the influence of vibration loads generated by compressed air exhausts under a pressure of 60-300 atm from a source into a well filled with wet quartz sand with addition of metallic sawdust, approximately 3-16% of the total stored in the anergy source is transmitted through wet sand e massif, i.e., is converted into seismic energy in the frequency range of 60 - 1500 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 cracks of rocks, and facilitate their migration many times faster than in the absence of an elastic wave. In addition, the vibrations contribute to the opening of cracks in the array in the path of the propagation of elastic waves. Bonding solution, supplied by heating under high pressure, to the marginal rocks of the excavation, penetrates into the pores of the fracture and contributes to their fuller filling than in the absence of vibration. After solidification - solidification, the part of the excavation near the subtitle is a monolithic medium, the strength of which is 40

-60% выше, чем прочность этих же пород в совокупности со скрепл ющими растворами , нагнетаемыми без вибрации, что проверено методом гидроразрыва.-60% higher than the strength of the same rocks in conjunction with cementing solutions injected without vibration, which was tested by the method of hydraulic fracturing.

Преимущества предлагаемого способа состо т в том, что упрочнение пород при- контурной зоны горной выработки позвол ет осуществить перераспределение напр жений в горном массиве на пути распространени вибрационных колебаний, свести к минимуму веро тность про влени динамических нагрузок, внезапных выбросов угл , породы и газа, свести поле существующих напр жений к равномерному в период нагнетани скрепл ющих растворов The advantages of the proposed method are that the strengthening of the rocks of the marginal mine working zone allows the redistribution of stresses in the mountain massif to the propagation of vibrational vibrations, minimizing the likelihood of dynamic loads, sudden emissions of coal, rock and gas, reduce the field of the existing stresses to a uniform one during the period of injection of the bonding solutions

-привести массив в неудароопасное состо ние , увеличить прочность приконтурной части горной выработки за счет более полного заполнени пор и трещин пород, а также за счет использовани анкерной крепи, создать оптимальные услови возбуждени сейсмических колебаний в диапазоне 60 - 1500 Гц и закачки упругой энергии в горные породы в режиме накоплени без изменени контактных условий - энерги переда- - to bring the massif into a non-hazardous state, to increase the strength of the marginal part of the mine workings due to more complete filling of the pores and cracks of the rocks, as well as by using anchor bolts, to create optimal conditions for the excitation of seismic vibrations in the range of 60 - 1500 Hz and the injection of elastic energy into the mountain rocks in the accumulation mode without changing the contact conditions - the energy transferred

етс в массив через мокрый кварцевый песок или буровую мелочь увеличить проницаемость горных пород о период нагнетанит скрепл ющих растворов в приконтурные горные породы выработки причем диапазон частот выбран с таким расчетом, чтобы содействовать раскрытию трещин с размерами от 1 мм и вым1Into the massif through wet quartz sand or drilling fines, increase the permeability of rocks during the period of pumping bonding solutions into the marginal rocks of the mine, with the frequency range chosen so as to facilitate the opening of cracks with sizes from 1 mm and out

Использование способа позволит значительно увеличить проницаемость горных пород и повысить эффективность упрочнени горных пород за счет более прочного сцеплени приконтурных пород выработки с горным массивом по сравнению с имеющимис способами упрочнени пород.The use of the method will significantly increase the permeability of rocks and increase the hardening efficiency of the rocks due to the stronger adhesion of the marginal rocks of the mine to the mountain massif in comparison with the existing methods of rock hardening.

Claims

The invention The method of hardening rocks, including sinking production, the determination of the principal stresses in the array, drilling wells at a distance of 3-5 wavelengths of the fundamental frequency emitted into the array, drilling holes, installing non-explosive pneumatic oscillations in them, whose axes have parallel to the direction of the main voltage, and filling with an elastic material, synchronizing the source operation and excitation in an array of oscillations, increasing their amplitude to the value at which the voltage to the masses half of the destructive amplitude is reached and the amplitude is maintained at this level and the injection of a bonding solution into the holes, characterized in that, in order to increase the hardening efficiency by increasing the permeability of the rocks, the frequency of the natural oscillations of the massif is determined, and the excitation of oscillations in it is performed in stages , first in the frequency range of 60–1500 Hz, and then moving to a frequency equal to the natural frequency of the array, while the sources of oscillations are arranged parallel to the direction of maximum voltages.

No. t

t

LU L J.