ВРЕМЕННАЯ ЗАЩИТНАЯ ПОРОДНАЯ ПЕРЕМЫЧКА Российский патент 2005 года по МПК E21F17/103 E21F5/00 

Изобретение относится к способам защиты и предназначено для ослабления ударных воздушных волн (УВВ) в горных выработках с целью сохранения подземных сооружений и коммуникаций, а предпочтительно - для защиты охраняемого (основного) объема от возможных аварийных ситуаций (при взрыве и распространении УВВ большой мощности). Может быть применено при ведении взрывных работ при сверхрасчетных параметрах УВВ, а также для защиты прохода к основному защищаемому объему от УВВ большой и сверхрасчетной мощности при распространении последней по соединительной горной выработке.

Известно тепловолногасительное устройство гашения УВВ многократного действия [1], содержащее проход в горной выработке с выполненными в нем поперечными секциями скважин, при этом каждая скважина секции снабжена коноидальными отверстиями на входе в горную породу, а в конце скважины - камерами разрушенной горной породы, удаленными друг от друга и от продольной оси канала. В данном устройстве УВВ гасится за счет ее затекания в коноидальные расширения в поверхности прохода на входе в горную породу и далее по скважинам в камеры разрушенной горной породы. Изобретение обладает низкой эффективностью гашения УВВ, особенно в продольном направлении.

Известно устройство для защиты от ударной воздушной волны в шахтных проходах [2], содержащее полые элементы, закрепленные на шахтном проходе с шагом, равным 2-4 диаметра шахтного ствола, выполненные в виде тонкостенных оболочек с герметичными вакуумированными полостями, причем часть тонкостенных оболочек выполнена в виде колонн. В данном устройстве УВВ гасится за счет сминания тонкостенных оболочек (затрачиванием энергии сминания УВВ) и за счет расширения УВВ в смятых полостях тонкостенных оболочек. Устройство обладает низкой эффективностью гашения УВВ, особенно в продольном направлении. Кроме того, гашение УВВ происходит при значительном количестве и распределении тонкостенных оболочек по проходу горной выработки. Также реализация устройства требует больших затрат качественного металла (для сохранения вакуума) на тонкостенные оболочки, что удорожает его применение.

Известно устройство гашения энергии УВВ в проходе горной выработки [3]. В данном устройстве гашение энергии УВВ в проходе производят на эластичной перемычке в виде вытянутого в направлении оси выработки полого торообразного тела с центральным отверстием, способного перемещаться по горной выработке под воздействием ударной волны, причем перемычка со стороны УВВ снабжена парашютным конусным затвором, тороидальная полость заполнена супергерметиком, а путь перемещения тороидального тела армирован отрезками транспортерной ленты. Устройство обладает низкой эффективностью гашения мощных УВВ, в том числе и УВВ сверхрасчетных параметров. При этом защитная перемычка может перемещаться по горной выработке на значительные расстояния.

Известно устройство гашения энергии УВВ в проходе горной выработки и локализации энергии взрывной волны [4]. В данном устройстве гашение энергии УВВ в проходе горной выработке производят на перемычке, выполненной из фильтрующего полотна парусины с элементами его крепления и армирующего полотна из гибких строп. Причем фильтрующее полотно парусины выполнено с разгрузочными окнами и раздвижным из двух секций. В одном разгрузочном окне установлена раскрывающаяся эластичная замкнутая оболочка, выполненная в виде продольного надувного тела из воздухонепроницаемого материала. Для активации раскрывающейся эластичной замкнутой оболочки может применяться автономный источник подачи газа, выполненный, например, в виде газогенерирующего устройства с дистанционным запуском. Устройство может обеспечить частичную проходимость по проходу горной выработки, особенно при использовании газогенерирующего устройства с дистанционным запуском для активации раскрывающейся эластичной замкнутой оболочки. Но данное устройство также обладает низкой эффективностью гашения мощных УВВ в том числе и УВВ сверхрасчетных параметров. При этом защитная перемычка может быть прорвана и перемещаться по проходу горной выработки на значительные расстояния.

Известен способ локализации взрыва газов при тушении подземных пожаров в проходах горных выработкок [5], заключающийся в том, что горную выработку заполняют воздушно-механической пеной, кратностью 100-500. Данное устройство обладает низкой эффективностью гашения УВВ, особенно большой и сверхбольшой мощности.

Известно устройство гашения энергии УВВ в проходе горной выработки на взрывогасящих перемычках, пересекающих основную часть площади ее поперечного сечения и выполненных из свободно свисающих со свода гибких элементов, разобщенных воздушными промежутками, первые ряды которых выполнены из рукавов, заполненных водой, а последующие ряды выполнены из синтетических элементов в виде лент [6]. Данное устройство обладает низкой эффективностью гашения УВВ особенно большой и сверхбольшой мощности.

Известно устройство гашения энергии УВВ в проходах подземной выработки, реализуемое для гашения УВВ при проведении массовых взрывов [7], при которых энергия УВВ гасится на поворачивающейся перемычке, установленной в проходе подземной выработки. Устройство содержит две перемычки, размещенные перпендикулярно одна другой, одна из которых установлена с возможностью перекрытия поперечного сечения прохода горной выработки, а другая установлена на оси с возможностью поворота и перекрытия ниши, выполненной в проходе. Перемычки жестко соединены одна с другой и установлены на оси с возможностью одновременного поворота, при этом ось размещена на подошве прохода, а ниша расположена в его подошве. Ось ниши может располагаться под углом 45° к подошве выработки, а ниша может иметь декомпрессионные каналы, выполненные в виде скважин, одним концом соединенные с нишей, а другим - заперемычным пространством. Недостатком этого устройства является то, что оно выполнятся стационарным, закрывающим проход в защищаемый объем. Кроме того, данное устройство обладает низкой эффективностью гашения УВВ, особенно большой и сверхбольшой мощности. Так, известное устройство предусматривает частичный пропуск УВВ через первую (короткую) перемычку, а это не всегда допустимо по требованиям защиты охраняемого объема. Кроме того, огромные нагрузки на вторую (длинную) перемычку при ее торможении (закрытии перемычкой горной выработки) могут привести к ее разрушению. Увеличение прочности и массы перемычек приведет к большой инерционности устройства и, следовательно, к низкой эффективности гашения УВВ в горном проходе.

Известен способ гашения энергии УВВ в горном проходе [8], включающий размещение емкостей с водой на пути движения УВВ, установку в емкостях фугасных зарядов взрывчатых веществ (ВВ) и взрывное распыление воды при короткозамедленном взрывании технологических зарядов за счет более полного использования кинетической энергии распыляемой воды. Емкости выполняют в виде пробуренных в подошве прохода водонаполненных скважин, над устьями которых устанавливают полые цилиндрические колонки с отверстиями для направления высоконапорных струй навстречу фронту УВВ, выполненными по образующим цилиндра, при этом распыление воды осуществляют поочередным инициированием фугасных зарядов с замедлением, соответствующим интервалам замедления между взрывами технологических зарядов, которые создают сплошную водяную завесу с динамическим напором, в плоскости ее образования, не менее избыточного давления в области сжатия воздуха при его прохождении через эту плоскость. Способ обеспечивает проходимость горной выработки, что является его достоинством. Подрыв зарядов ВВ осуществляют одновременно с инициированием общей электровзрывной сети, а это означает, что способ может быть применен только в том случае, когда известно точное время ослабления УВВ, а также известна мощность УВВ. При защите от разрушающего действия внезапно возникшей УВВ, большой и сверхбольшой мощности, известное устройство малоэффективно.

Известна временная защитная породная перемычка [9], содержащая предварительно обрушенную в проходе горную породу, полностью закрывающую собой ее объем, причем спереди перемычка имеет наклонную под острым углом по направлению УВВ восстающую компенсационную камеру - тупиковый тоннель.

Недостатком известной временной защитной породной перемычки является:

- сложность сооружения и технологии возведения наклонной компенсационной камеры;

- недостаточная эффективность гашения УВВ в одной восстающей выработке (горном проходе).

Прототипом предлагаемого изобретения является временная защитная породная перемычка [10], содержащая обрушенную горную породу, находящуюся в проходе с врубами и полностью его закрывающая, которая образована предварительной проходкой вееров спаренных восстающих, закладкой в них шпуровых зарядов и подрывом последних в очередности от окончаний веера спаренных восстающих к его центру.

Недостатком прототипа является то, что при воздействии на нее УВВ сверхрасчетных значений она (перемычка) может не выдержать такой нагрузки и допустить прорыв сверхрасчетной УВВ в защищаемый объем. Кроме того, после погашения УВВ или серий УВВ необходимы значительные материальные и временные затраты по ликвидации защитной временной перемычки и обеспечения необходимости прохода в основной защищаемый объем.

Указанный недостаток ставит задачу повышения эффективности временной породной перемычки (снижением нагрузки на нее), а именно повышения ее защитных свойств. А также задачу уменьшения энергетических и временных затрат по освобождению прохода от временной породной перемычки и восстановлению ее проходимости.

Решение поставленных задач достигается тем, что в горной породе перед временной породной перемычкой, содержащей обрушенную горную породу, находящуюся в проходе с врубами и полностью его закрывающую, образованной предварительной проходкой вееров спаренных восстающих, закладкой в них шпуровых зарядов и подрывом последних в очередности от окончаний веера спаренных восстающих к его центру, дополнительно выполнены два сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннеля под острыми углами ±40~60° к направлению УВВ поперечной площадью, равной площади сечения основного прохода, и длиной 5~15 размеров ширины прохода, при этом со стороны подхода УВВ углы поверхностей сопряжения защищаемого прохода и тупиковых тоннелей могут быть выполнены закругленными.

Выполнение двух сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннелей необходимо для снижения нагрузки от УВВ на временную породную перемычку и, тем самым, повышения ее защитных свойств. По сравнению с аналогом [9] горизонтальные тупиковые тоннели более технологичны в изготовлении, а также могут быть использованы для размещения в них, после гашения УВВ, горной породы от временной породной перемычки. Кроме того, два тоннеля будут обладать большей эффективностью отвода гашения энергии УВВ, чем в аналоге [9].

Расположение двух сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннеля под острыми углами ±40-60° к направлению УВВ необходимо для максимального отвода энергии УВВ от временной защитной перемычки и при этом недопущения ее разрушения в проход защищаемого объема. Угол сопряжения зависит от типа горной породы.

Выполнение сопряженных горизонтальных тупиковых тоннелей поперечной площадью, равной площади сечения основного прохода, необходимо для отвода без скачков волны УВВ (уплотнения - разрежения), которые могут оказать вредное дополнительное воздействие на временную защитную породную перемычку.

Выполнение сопряженных горизонтальных тупиковых тоннелей длиной 5~15 размеров ширины прохода по объему равных или больше, чем расчетный объем обрушаемой породы временной перемычки, необходимо для эффективного гашения энергии УВВ. При этом надо исходить (находить оптимальное решение по длине тоннелей) от угла сопряжения, типа грунта и стоимости проходки этих тоннелей. После гашения на временной породной перемычке энергии УВВ (или серий воздействий УВВ), перемычку можно с минимальными энергетическими и временными затратами убрать в свободные объемы использованных (для гашения УВВ) горизонтальных тупиковых тоннелей, находящихся в непосредственной близости от места сооружения временной породной перемычки (перед ней). То есть, быстро обеспечить проходимость в защищаемый объем с небольшими временными и энергетическими затратами.

Выполнение со стороны подхода УВВ углов поверхностей сопряжения защищаемого прохода и тупиковых тоннелей закругленными необходимо для более плавного вхождения волны УВВ (без больших скачков уплотнения - разрежения, которые могут оказать вредное разрушительное воздействие на временную защитную породную перемычку) в тупиковые тоннели с целью ее гашения.

На фиг.1 представлен продольный разрез В-В временной защитной породной перемычки прохода горной выработки в месте проходки вееров спаренных восстающих и устройства двух сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннелей под острыми углами ±40-60° к направлению УВВ (после образования перемычки взрывом).

На фиг.2 - продольный разрез В-В горной выработки после взрыва и уборки породы в горизонтальные тупиковые тоннели (восстановление проходимости прохода).

На фиг.3 - продольный разрез Д-Д (вид сверху) горной выработки после гашения энергии УВВ и уборки породы в горизонтальные тупиковые тоннели (восстановление проходимости прохода).

На фиг.4 - схематический вид предварительной подготовки для сооружения взрывом временной защитной породной перемычки в горной выработке, а именно:

на фиг.4а) - поперечный разрез А-А горной выработки (защищаемого прохода и врубов) в месте проходки вееров спаренных восстающих;

на фиг.4б) - продольный разрез В-В горной выработки (защищаемого прохода и тупикового тоннеля);

на фиг.4в) - продольный разрез Б-Б (вид снизу вверх) горной выработки;

на фиг.4г) - поперечный разрез Г-Г горной выработки (тоннеля).

Временная защитная породная перемычка содержит обрушенную горную породу 1, находящуюся в проходе 2 с врубами 3 и полностью его закрывающая, которая образована предварительной проходкой вееров спаренных восстающих 4, закладкой в них шпуровых зарядов и подрывом последних в очередности от окончаний веера спаренных восстающих к его центру. В горной породе перед временной породной перемычкой 1 выполнены два сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннеля 5 под острыми углами ±40-60° к направлению УВВ 7 поперечной площадью, равной площади сечения основного прохода, и длиной 5~15 размеров ширины прохода. Со стороны подхода УВВ 7 углы поверхностей сопряжения защищаемого прохода 2 и тупиковых тоннелей 5 выполнены закругленными. После защиты от УВВ и обеспечения проходимости прохода 2 горную породу 6 перемычки 1 складируют в горизонтальные тупиковые тоннели 5.

Работает данное устройство следующим образом:

Первоначально и заблаговременно в проходе 2 перед защищаемым породной перемычкой объемом возводят веерные спаренные восстающие 4 и закладывают в них шпуровые заряды. Затем, со стороны планируемого подхода УВВ 7, до места образования перемычки выполняют два сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннеля 5 под острыми углами ±40~60° к направлению подхода УВВ 7 поперечной площадью, равной площади сечения основного прохода, и длиной 5~15 размеров его ширины. При необходимости сооружения временной породной перемычки подрывают шпуровые заряды, расположенные в веерных восстающих 4 в очередности от окончаний веера спаренных восстающих к его центру. При подрыве шпуровых зарядов в веерных спаренных восстающих 4 горная порода обрушивается и полностью перекрывает проход 2, при этом временная породная перемычка 1 готова для гашения УВВ 7 расчетной и сверхрасчетной мощности. При подходе УВВ 7 частично гасится на временной породной перемычке 1, а частично разделяется и поступает для дальнейшего гашения в два горизонтальных тупиковых тоннеля 5 (для снижения нагрузки на временную породную перемычку 1). В двух горизонтальных тупиковых тоннелях 5 УВВ 7 гасится как за счет поглощения волны стенками тоннеля 5, так и за счет периодического отражения (переотражения).

После окончания действия УВВ 7 на временную породную перемычку 1 и на два горизонтальных тупиковых тоннеля 5 (после ликвидации возможных разрушений) породу 6 временной породной перемычки 1 убирают в свободные объемы двух горизонтальных тупиковых тоннелей 5 и тем самым обеспечивают проходимость прохода 2 горной выработки в основной защищаемый объем.

Уборку горной породы временной перемычки 1 выполняют механизированным способом.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в том, что повышается эффективность защиты охраняемого (защищаемого) объема сооружением (при помощи взрыва) временной породной перемычки. Кроме того, уменьшены энергетические и временные затраты (при последующем восстановлении полной проходимости горной выработки (прохода)) при складировании породы перемычки в горизонтальных тупиковых тоннелях.

Предполагается, что предложенная временная породная перемычка (для защиты от УВВ большой и сверхбольшой мощности) однократного действия. Но параметры и характеристики защитных свойств устройства (предложенного изобретения) улучшены и не уступают защитным свойствам постоянных перемычек, например, из бетона, но при этом обеспечивается последующая полная проходимость прохода горной выработки.

Создание временной защитной породной перемычки в совокупности с признаками формулы изобретения, а именно содержащей обрушенную горную породу, находящуюся в проходе с врубами и полностью его закрывающую, которая образована предварительной проходкой вееров спаренных восстающих, закладкой в них шпуровых зарядов, причем в горной породе перед временной породной перемычкой выполнены два сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннеля под острыми углами ±40~60° к направлению УВВ и поперечной площадью, равной площади сечения основного прохода, и длиной 5~15 размеров ширины прохода, кроме того, со стороны подхода УВВ углы поверхностей сопряжения защищаемого прохода и тупиковых тоннелей выполнены закругленными, является новым для общеизвестных устройств защиты от УВВ и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Совокупность отличительных признаков формулы изобретения не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных устройств защиты от УВВ, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень" (об этом свидетельствует также проведенный патентный поиск и ссылка на источники информации [1]-[10]).

Реализация предложенной временной защитной породной перемычки может быть осуществлена известными и применяемыми методами, технологиями и оборудованием. Так технологии возведения в горных выработках шпуровых восстающих, закладки в них взрывчатого вещества с последующим подрывом последнего - известны и широко применяются в горном деле (горной промышленности).

Таким образом, конструктивная реализация заявляемой временной защитной породной перемычки с указанной совокупностью признаков формулы изобретения не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Патент РФ №2112143, кл. Е 21 F 5/00, 17/00, 27.05.98 г.

2. Заявка на изобретение РФ №2167304, кл. Е 21 F 5/00, 20.05.2001 г.

3. Патент РФ №2153583, кл. Е 21 F 5/00, 27.07.2000 г.

4. Патент РФ №2153075, кл. Е 21 F 5/00, 20.07.2000 г.

5. Патент РФ №1268741, кл. Е 21 F 5/00, 07.11.86 г., Бюл. №41.

6. Патент РФ №2165026, кл. Е 21 F 5/00, 10.04.2001 г.

7. Патент РФ №1513156, кл. Е 21 F 11/00, 07.10.1989. Бюл. №37.

8. Авт. свидетельство №1802157, кл. Е 21 F 5/00, 15.03.1993. Бюл. №10.

9. Гурин А.А., Малый П.С., Савенко С.К. Ударные воздушные волны в горных выработках. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Недра, 1983, стр. 163, рис. 8.14.

10. Гурин А.А., Малый П.С., Савенко С.К. Ударные воздушные волны в горных выработках. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Недра, 1983, стр. 162, рис. 8.13.

Изобретение относится к способам защиты и предназначено для ослабления ударных воздушных волн (УВВ) большой и сверхрасчетной мощности в горных выработках с целью сохранения подземных сооружений и коммуникаций. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности временной породной перемычки (ВПП), т.е. повышение ее защитных свойств, а также уменьшение энергетических и временных затрат по освобождению прохода от ВПП и восстановление его проходимости. Для этого ВПП содержит обрушенную горную породу, находящуюся в проходе с врубами и полностью его закрывающую, которая образована предварительной проходкой вееров спаренных восстающих, закладкой в них шпуровых зарядов и подрывом последних в очередности от окончаний веера спаренных восстающих к его центру. В горной породе перед ВПП выполнены два сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннеля (ТТ) под острыми углами ±40-60° к направлению УВВ и поперечной площадью, равной площади сечения основного прохода, и длиной 5-15 размеров ширины прохода. Со стороны подхода УВВ углы поверхностей сопряжения защищаемого прохода и ТТ выполнены закругленными. После защиты от УВВ и обеспечения проходимости прохода горную породу ВПП складируют в горизонтальные ТТ. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Временная защитная породная перемычка, содержащая обрушенную горную породу, находящуюся в проходе с врубами и полностью его закрывающая, которая образована предварительной проходкой вееров спаренных восстающих, закладкой в них шпуровых зарядов, отличающаяся тем, что в горной породе перед временной породной перемычкой выполнены два сопряженных боковых горизонтальных тупиковых тоннеля под острыми углами ±40÷60° к направлению ударной воздушной волны (УВВ) поперечной площадью, равной площади сечения основного прохода, и длиной 5÷15 размеров ширины прохода.2. Временная защитная породная перемычка по п.1, отличающаяся тем, что со стороны входа УВВ углы поверхностей сопряжения защищаемого прохода и тупиковых тоннелей выполнены закругленными.