СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ РАСПЛАВОМ ПОРОДЫ, ФОРМИРУЮЩИМСЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ Российский патент 2023 года по МПК E21D11/00 

Изобретение относится к горной промышленности и области добычи полезных ископаемых, в частности к технологии крепления массива горной породы и может найти применение при строительстве дорожного полотна. Техническим результатом является созданный монолитный каменный слой породы по контуру выработки обеспечивающий устойчивость выработки на участках неровностей и трещиноватостей пород.

Уровень техники. Известен способ крепления почвы горной выработки (патент RU, №2468207, опубл.27.11.2012), при котором защита горных выработок достигается тем, что, согласно изобретению, на участках глинистых и глиносодержащих пород, склонных к пучению в несколько стадий бурят шпуры на толщину упрочняемого слоя, устанавливают в них нагревательные элементы и обжигают породы упрочняемого слоя. Причем на первой стадии производят бурение опережающих наклонных шпуров, установку в них нагревательных элементов и предварительную термообработку пород почвы. На второй стадии с некоторым отставанием от забоя бурят веера шпуров в почве выработки в плоскости ее поперечного сечения и с помощью установленных в них термоэлементов производят повторную термообработку пород почвы и окончательное оформление обратного грузонесущего свода.

Недостатком способа является его низкая скорость упрочнения пород в массиве при принятом режиме термообработки упрочняемого слоя. Кроме того, вследствие взаимодействия шпуров между собой при нагревании массива на первой стадии возможно осыпание стенок шпуров, что исключает их использование на второй стадии – стадии обжига.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ упрочнения массива горных пород, включающий установление зон и участков горных пород, подлежащих упрочнению, оценку их физико-механических свойств, обуривание зон скважинами и введение веществ, вступающих в окислительную реакцию между собой (патент RU. №2371544 опубл. 27.10.2009).

К недостаткам такого способа следует отнести сложную последовательность районирования горного массива, отбора керновых проб для определения физико-механических свойств. Сложность контроля однородности формирования упрочняемого слоя под воздействием специальных веществ.

В качестве прототипа можно привести способ бурения плавлением и устройство для его осуществления (патент RU. №2282704 С2 опубл. 27.08.2006). Изобретение относится к способу и устройству для бурения плавлением для создания в горной породе точных по размеру скважин, в частности скважин большого диаметра, в котором являющийся отходом расплав впрессовывается в окружающую горную породу, растрескивающуюся благодаря воздействию температуры и давления, и в котором во время бурения облицовка ствола скважины производится затвердевающим расплавом.

Способ обеспечивает при температуре 3000 °С и давление 100 МПа упрочнение горных пород.

Недостатком такого способа является сложная конструкция бурового устройства, состоящая из металлов с высокой температурой плавления. Началу процесса формирования впрессовывания расплава в горный массив, необходимо высокое давление.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение способов установки крепления горных выработок, что ведет к повышению эффективности качества и безопасности созданного крепления.

Применение предлагаемого способа по сравнению с аналогами позволяет повысить эффективность производства крепления горных выработок, за счет исключения использования дополнительных материалов, заменив их породой расположенной в законтурном пространстве выработки.

Новыми признаками в предлагаемом способе являются:

- формирование расплавленного слоя из породы, находящейся за контуром окружающим горную выработку;

- преобразование породы на контуре горной выработки происходит под действием электрической дуги, образующейся в районе воздействия электрода, в формирующейся ванне.

Краткое описание чертежа. На чертеже (фиг. 1) представлена схема общего вида предлагаемой крепи горной выработки из расплава приконтурной породы, где:

1 – горная выработка;

2 – приконтурный массив горной породы;

3 – упрочнённый слой из отвердевшего расплава породы.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

Через массив горной породы, обладающей свойствами электропроводности, пропускают постоянный электрический ток таким образом чтобы на границе массива породы и электродом токоподающего трансформатора образовалась электрическая дуга. В процессе воздействия электрической дуги происходит разогрев массива горной породы с образованием ванны расплава. Воздействуя на электрод, осуществляется перемещение площади соприкосновения дуги с массивом горной породы и таким образом формирование слоя ванны расплавленного массива породы. В процессе естественного остывания ванны с расплавом горной породы образуется монолитный, упрочненный слой видоизмененной горной породы в виде каменного литья.

Предложенный способ инновационной технологии формирования упрочненного слоя крепления горной выработки позволяет: повысить эффективность производства крепления горных выработок, за счет использования материала представляющего законтурный массив выработки; улучшить качество созданного вида крепления выработки; исключить использование различных доставляемых к месту крепления горной выработки материалов.

Предлагаемый технологический способ апробирован в лабораторных условиях на образце горной породы, магнетита «Северопесчанского месторождения».

Изобретение относится к горной промышленности и области добычи полезных ископаемых, в частности к технологии крепления массива горной породы, и может найти применение при строительстве дорожного полотна. Способ крепления включает формирование монолитного упрочненного слоя. При этом через массив горной породы, обладающей свойствами электропроводности, пропускают постоянный электрический ток, таким образом, чтобы на границе массива породы образовалась электрическая дуга. Разогревают массив с образованием расплава горной породы путем воздействия указанной электрической дуги, осуществляют перемещение площади соприкосновения электрической дуги с массивом горной породы и формируют по периметру выработки слой ванны расплавленного массива, в процессе естественного остывания которой образуется монолитный упрочненный слой измененной структуры горной породы в виде каменного литья. Техническим результатом является повышение эффективности производства крепления горных выработок, за счет использования материала, представляющего законтурный массив выработки; улучшение качества крепления выработки; ускорение крепления, за счет исключения использования различных доставляемых к месту крепления горной выработки материалов. 1 ил.

Способ крепления горной выработки расплавом породы, который образуется под воздействием электрической дуги, включающий формирование монолитного упрочненного слоя, отличающийся тем, что через массив горной породы, обладающей свойствами электропроводности, пропускают постоянный электрический ток, таким образом, чтобы на границе массива породы образовалась электрическая дуга, разогревают массив с образованием расплава горной породы путем воздействия указанной электрической дуги, осуществляют перемещение площади соприкосновения электрической дуги с массивом горной породы и формируют по периметру выработки слой ванны расплавленного массива, в процессе естественного остывания которой образуется монолитный упрочненный слой измененной структуры горной породы в виде каменного литья.