СПОСОБ РАЗГРУЗКИ ПОРОДНОГО МАССИВА В СОПРЯЖЕНИЯХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1994 года по МПК E21D5/00 E21D13/02 

Изобретение относится к горному делу и касается способов разгрузки породного массива в сопряжениях горных выработок.

Известен способ разгрузки породного массива в сопряжениях горных выработок, включающий сооружение разгрузочной щели с последующей ее закладкой, установку в месте сопряжения ствола с разгрузочной щелью в крепи и армировке компенсационных узлов [1].

Недостатком указанного способа является необходимость ведения очистных работ с применением ручного труда, так как использование средств механизации на ограниченной площади в пределах проектного контура разгрузочной щели практически невозможно, что увеличивает трудоемкость работ и требует чрезмерных непроизводительных затрат материальных и трудовых ресурсов.

Наиболее близким техническим решением является способ разгрузки породного массива в сопряжениях горных выработок, включающий проведение технологической выработки вблизи сопряжения, сооружение разгрузочной щели путем бурения из технологической выработки серии рассредоточенных скважин большего и меньшего диаметров с заполнением скважин меньшего диаметра расширяющейся при твердении смесью и закладку разгрузочной щели горной массой, создание компенсационных узлов и элементов податливости [2].

Недостатком указанного способа является необходимость применения расширяющейся смеси, которая затвердевает. При этом вокруг затвердевшей смеси образуется зона повышенной концентрации напряжений и массив в пределах контура разгрузочной щели полностью не разгружается. В пределах проектного контура щели формируются полосы затвердевшей смеси, количество которых равно количеству скважин, заполненных расширяющейся смесью, что практически исключает разгрузку массива. Кроме того, в пределах контура разгрузочной щели остаются участки массива, которые невозможно разгрузить с помощью скважин, буримых из технологической выработки. Это тоже отрицательно сказывается на эффект разгрузки. Также необходимость того, чтобы объем горной массы, сосредоточенной в межскважинных целиках, соответствовал или был больше объема полости скважины, приведет к неполному разрушению межскважинных целиков, так как полость скважины заполнится горной массой объемом, меньшим объема полости скважин за счет коэффициента разрыхления. А остальная часть горной массы останется неразрушенной в межскважинном целике, что приведет к созданию зоны повышенной концентрации напряжений и, как следствие, снижению эффекта разгрузки. Кроме того, бурение скважин разного диаметра и заполнение скважин расширяющейся смесью усложняет технологию формирования разгрузочной щели, повышает непроизводительные затраты.

Целью изобретения является повышение эффективности разгрузки.

Цель достигается тем, что технологическую выработку в плане проводят по Г-образной линии, причем участок массива в пределах проектного контура разгрузочной щели, который невозможно обурить скважинами из технологической выработки, разгружают в процессе создания компенсационных узлов и элементов податливости, при этом расстояние между центрами соседних скважин обеспечивают в пределах
(1,3-1,4)d ≅ b < , где d - диаметр разгрузочных скважин, м;
b - расстояние между центрами соседних разгрузочных скважин, м;
k - коэффициент разрыхления горной массы, образованной при разрушении межскважинных целиков.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается от известного следующими признаками: 1) технологическую выработку в плане проводят по Г-образной линии; 2) участок, который невозможно обурить скважинами, разгружают в процессе создания компенсационных узлов и элементов податливости; 3) математической зависимостью для определения расстояния между центрами соседних разгрузочных скважин; 4) отсутствием необходимости бурения скважин разного диаметра и применения расширяющейся при твердении смеси.

Анализ других технических решений в области разгрузки породного массива в сопряжениях горных выработок указывает на отсутствие в этих решениях признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого способа. Это позволяет признать его соответствующим критериям "Новизна" и "Существенные отличия".

На фиг. 1 показана схема способа разгрузки породного массива в сопряжениях горных выработок; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема для расчета расстояния между центрами соседних скважин.

Способ включает проведение выше или ниже сопряжения 1 ствола 2 с выработкой 3 технологической выработки 4, проводимой в плане по Г-образной линии, формирование разгрузочной щели 5 и компенсационного узла и элемента податливости (осадочного шва 6). Разгрузочную щель 5 образуют бурением серии рассредоточенных скважин 7 из технологической выработки 4. В месте пересечения ствола 2 с разгрузочной щелью 5 образуют осадочный шов 6. Участок 8 массива в пределах проектного контура разгрузочной щели 5, который невозможно обурить разгрузочными скважинами 7 из технологической выработки 4, разгружают в процессе осадочного шва 6. После формирования разгрузочной щели 5 и осадочного шва 6 происходит закладка разгрузочной щели 5 горной массой, сосредоточенной в межскважинных целиках 9, которые разрушаются под воздействием естественного горного давления. Причем расстояние между центрами соседних скважин 7 обеспечивается в пределах
(1,3-1,4)d ≅ b <
Разгрузка предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Выше или ниже сопряжения 1 ствола 2 с выработкой 3 (в зависимости от того, где находится слабый породный слой или пласт) по проектному контуру разгрузочной щели 5 проводят технологическую выработку 4 Г-образной формы в плане. Проведение выработки 4 в плане по Г-образной линии позволяет максимально разбурить массив скважинами 7 в пределах разгрузочной щели 5 при минимальной длине технологической выpаботки 4. Из технологической выработки 4 бурят серию рассредоточенных скважин 7. В крепи ствола 2 в месте пересечения его с разгрузочной щелью 5 создается осадочный шов 6. Причем до создания осадочного шва 6 после разборки крепи ствола 2 на высоту, равную диаметру разгрузочных скважин 7, участок 8 массива в пределах контура разгрузочной щели 5, который невозможно обурить скважинами 7, разгружают путем бурения скважин (шпуров) или разборкой породы отбойным молотком.

Минимальное расстояние между центрами скважин 7 в породах с сопротивлением на одноосное сжатие не более 7 МПа должно быть, как показала практика, не менее (1,2-1,4) диаметра скважины 7. Если будет меньше, то соседнюю скважину 7 невозможно пробурить, т.к. межскважинный целик 9 разрушается в начале бурения скважин 7 и происходит сбойка соседних скважин 7. Это связано с высокой нагрузкой бурового органа на межскважинный целик 9 и невысокой прочностью последней.

Для закладки разгрузочной щели 5 горной массой, которая образуется при разрушении межскважинных целиков 9 под воздействием горного давления, максимальное расстояние между центрами соседних скважин 7 должно быть таким, чтобы при полном разрушении межскважинных целиков 9 разгрузочная щель 5 была заложена горной массой не полностью. Это позволит разгрузочной щели 5 сжиматься под воздействием горного давления и уплотнить разрушенную горную массу, за счет чего создается область пониженных напряжений вокруг разгрузочной щели 5 и обеспечивается снижение давления на крепь сопряжения 1. Максимальное расстояние между центрами скважин 7 определяется следующим образом. Рассмотрим участок разгрузочной щели 5 площадью S в поперечном сечении (фиг. 3), который складывается из половины площадей поперечного сечения двух соседних скважин 7 площадью S₁ каждой и площади S₂ межскважинного целика 9,
S = 2S₁ + S₂ (1)
Для возможности сжатия разгрузочной щели 5 и полного разрушения межскважинного целика 9 необходимо соблюдение условия
S₂k < 2S₁, (2) где k - коэффициент разрыхления разрушенной горной массы.

Площадь рассматриваемого участка и половины скважин соответственно 7 равны
S = d·b и S₁= , (3) где d и b - соответственно диаметр скважин 7 и расстояние между центрами соседних скважин, м. Из выражения (1) находят
S₂= S-2S₁ или S₂= d·b - . (4) Подставив (3) и (4) в выражение (2), получают
d·b - k < . (5) Отсюда
b < . (6) Таким образом расстояние между центрами соседних скважин 7 должно находиться в пределах
(1,3-1,4)d ≅ b < (7)
По предлагаемому способу разгрузки породного массива в сопряжениях горных выработок при соблюдении расстояния между центрами скважин по формуле (7) произойдет разрушение межскважинных целиков под воздействием горного давления без применения расширяющейся смеси. При этом образуется разгрузочная щель, заложенная горной массой, при сжатии которой под воздействием горного давления плавно создается область пониженных напряжений. Это обеспечивает снижение нагрузок на крепь сопряжений, что исключает затраты на ремонтно-восстановительные работы.

Изобретение относится к горному делу, а именно к разгрузке породного массива в сопряжениях горных выработок. Способ включает сооружение разгрузочной щели бурением серии рассредоточенных скважин из технологической выработки. Последнюю проходят в плане по Г-образной линии вблизи ствола. Под воздействием горного давления межскважинные целики, разрушаясь, заполняют полость щели. При этом участок массива в пределах проектного контура разгрузочной щели, который невозможно обурить скважинами из технологической выработки, разгружают в процессе создания компенсационных узлов и элементов податливости. Расстояние между центрами скважин вычисляют по формуле. 3 ил.

СПОСОБ РАЗГРУЗКИ ПОРОДНОГО МАССИВА В СОПРЯЖЕНИЯХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, включающий проведение технологической выработки вблизи сопряжения, сооружение разгрузочной щели путем бурения из технологической выработки серии рассредоточенных скважин, закладку разгрузочной щели, создание компенсационных узлов и элементов податливости крепи ствола, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разгрузки, технологическую выработку в плане проводят по Г-образной линии, причем участок массива в пределах проектного контура разгрузочной щели, который труднодостижим для скважин, проводимых из технологической выработки, разгружают в процессе создания компенсационных узлов и элементов податливости крепи ствола, при этом расстояние b между центрами соседних скважин определяют из условия
(1,3-1,4)d ≅ b < ,,
где d - диаметр разгрузочных скважин, м;
b - расстояние между центрами соседних разгрузочных скважин, м;
k - коэффициент разрыхления горной массы, образованной при разрушении межскважинных целиков.