Способ управления труднообрушаемой кровлей Советский патент 1987 года по МПК E21C41/04 

Изобретение относится к горной промьшшенности и может быть использовано для управления труднообрушаемой кровлей при разработке пластовых полезных ископаемых.

Цель изобретения - повьппение эффективности управления труднообрзтпаемой кровлей за счет одновременного создания трещин в ней.

На фиг.1 изображена схема расположения скважин в выемочном столбе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел I на фиг.1 (схема взаимодействия зарядов в параллельно сближенных скважинах).

Способ осуществляется следующим образом. В труднообрушаемые породы кровли впереди очистного забоя бурят смещенные по вертикали 1 параллельно сближенных скважин 2 таким образом, что скважины 2 в пучке 1 располагаются в плоскости, параллельной напластованию пород кровли, с расстоянием между ними, равным радиусу трещинообразования R. Расположенные по мощности разрушаемой кровли пучки 1 образуют ряды скважин 3.

Количество пучков 1 в ряду 3 определяется мощностью, прочностью кровли, наличием и расположением ослабленных контактов по наслоению.

Каждьй вышележащий пучок 1 (фиг.2) скважин 2 смещают относительно нижележащего пучка 1 в пределах угла полных сдвижений пород ц; . Расстояние между пз 1ками принимают не более двух радиусов трещинообразования R (фиг.3), а ряды скважин 3 располагают через требуемый шаг обрушения разупрочняемой кровли (участок а,фиг.2)

По окончании бурения скважин 2 в ряду 3 (участок б, фиг.2) приступают к последовательному заряжанию и одновременному взрыванию скважин в пучках, начиная с нижнего, в следующем порядке.

В параллельно сближенные скважины 2 нижнего пзгчка 1, досылают заряды взрьшчатого вещества 4 и 5, которые размещают в скважинах в шахматном порядке по отношению друг к другу с оставлением промежутков между ними для заполнения их водой, причем заряды 4 и 5 в скважинах 2 одного пучка 1 смещают относительно друг друга на расстояние, равное Rv3, с величиной

промежутков между зарядами г в каждой скважине не менее , где R - расстояние между скважинами, равное радиусу трещинообразования, м; Ij - длина заряда, м.

После заряжания скважин в пучке 1 их герметизируют, заполняют водой в качестве забойки и одновременно взрывают.

Аналогично осуществляется заряжание и взрывание скважин каящого последующего пучка в ряду. Заряжание и взрьгоание следующего ряда производят

впереди забоя вне зоны опорного давления .

Механизм воздействия на разупрочняемый массив предлагаемого способа управления труднообр тпаемой кровли

сводится к следующему (фиг.4).

При одновременном взрывании зарядов 4 и 5 в параллельно сближенных скважинах пучка 1 вокруг каждой из них в начальньй момент за счет энергии взрьша (ударных волн) образуются концентрические и преимущественно радиальные трещины. При последующем взаимодействии ударных волн происходит наиболее интенсивное разрушение

породы между стенками параллельно сближенных скважин 2. Общая зона разрушения, образованная сближенными зарядами 4 и 5, имеет форму зллипса 6, большая ось которого совпадает с

линией 7 наименьшего сопротивления между скважинами. В этой зоне отмечается развитие двух основных систем трещин: параллельных и перпендикулярных (наклонных) относительно линий

7 наименьшего сопротивления медду скважинами.

Расположение скважин 2 в пучке 1 в плоскости, параллельной напластованию пород кровли, обеспечивает создание трещин в ней, а именно как откольных трещин, перпендикулярных или наклонньпс к слоистости массива, так и послойных трещин.

В результате одновременного создания откольных и послойных трещин монолитная кровля делится на блоки не только менее естественной их длины, но и толщины (участок в, фиг.2).

Кроме того, размещение зарядов 4 и 5 в скважинах пучка 1 рассредоточено в шахматном порядке по отношению друг к другу с величиной смещения КУЗ и заполнением оставленных промежутков между зарядами г в скважине не менее 2RV3 + 1., водой, что повышает эффективность разупрочнения кровли за счет рационального использования энергии взрьша путем взаимного экранирования зарядов и наложения ударных волн между скважинами и по оси каждой скважины. Взаимодействие зарядов, расположенных в шахматном порядке с указанными величинами смещений и промежутков в параллельно сближенных скважинах, происходит следующим образом (фиг.4, направление ударных волн показано стрелками). I При одновременном взрывании всех зарядов в пучке I использование части скважины 1з в качестве экрана 8 для зарядов 4 и 5, расположенных соответственно напротив в соседней скв жине, до подхода к участку - экрану 8 ударных волн (показано сплошной стрелкой) от выше и ниже расположенных зарядов 4 позволяет сконцентриро вать энергию отраженных волн (показа но пунктирной стрелкой) в направлени линий 7 наименьшего сопротивления между параллельно сближенными скважи нами. После отражения ударных волн от участка скважины - экрана 8, в результате взаимодействия эар5здов 4 вдоль оси скважины, расположенных по концам промежутка 21 + 1, на участке экрана 8 при наложении ударных волн возникают узловые точки 9, которые можно рассматривать как фиктивный заряд, взаимодействующий с фактическим зарядом 5, расположенным в другой скважине, при этом их взаимодействие смещается so време1ш. Уз ловые точки 9 в центре промежутка возникают ke менее двух раз: при рас простран нии ударных волн по массиву, прилегающему к скважине, и по воде, заполняющей скважину. В результате экранирования возникает концентрированный оток ударных волн с вектором, направленным в плос кости, проходящей через оси скважин 2 пучка1, который усиливается после воздействия на него прямых ударньдх волн от зарядов, расположенных по границам промежутка скважины без заряда, и от узловых точек 9. Так как основное разупрочнение массива происходит под действием растягивающих напряжений, возникающих 27 при движении отраженных волн, то эффект экранирования позволяет эа счет дополнительно отраженной энергии волн увеличить количество созданных при взрыве трещин, их раскрытость и соответственно повысить эффективность разупрочнения труднообрушаемой кровли. Параметры размещения зарядов в параллельно сближенных скважинах, определяющие рассмотренные оптимальные условия взаимодействия зарядов, выражаются через следующие соотношения. При одновременном взрывании зарядов 4 и 5 в параллельно сближенных скважинах для исключения влияния зарядов 4 на заряд 5 до момента экранирования ударной волны и прихода отраженной волны от заряда 5, кратчайшее расстояние между зарядами 4 и 5 должно быть не менее пути, который проходит ударная волна от заряда до параллельно сближенной скважины и обратно, то есть 2R, где R - расстояние между параллельно сближенными скважинами, равное радиусу трещинообразования. Тогда, необходимая величина смещения I заряда 4 от заряда 5 составит 1(2R)- R или , а величина .промежутка между зарядами г должна быть равной 2R «3 1з . Эффективность управления труднообрушаемой кровлей в предлагаемом способе повышается также за счет формирования оптимальной схемы обрушения подработанного массива, заключающийся в том, что вьш1ележащий пучок скважин смещают относительно нижележащего пучка в пределах угла полных сдвижений пород ц) . Расположение крайних в рядах скважин в плоскости угла полных сдвижений пород способствует обрушению нижних слоев кровли непосредственно за крепью, при этом смещение блоков вышележащих слоев 10, обладающих большей кинематической энергией за счет высоты обрушения, происходит на образованную породную подушку 1I без динамического эффекта и ударных нагрузок на крепь 12. Предлагаемый способ создает безопасные условия за счет снижения величины одновременно взрываемого заряда в одной скважине и сохранения устойчивости нижних слоев непосред511738276

ственной кровли в очистных забоях, зированных комплексов в условиях а также.обеспечивает эффективную и труднообрушаем тх кровель с высокой безаварийную работу серийных механи- нагрузкой на очистной забой.

1. (ЛЮСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРУДНООБРУШАЕМОЙ КРОВЛЕЙ, включающий бурение смещенных по вертикали пучков параллельно сближенных скважин, размещение зарядов в скважинах с оставлением промежутков между ними и одновременное их взрывание,о т л и чающийся тем, что, р целью повьппения эффективнрсти управления . труднообрзтпаемой кровлей за счет одновременного создания трещин в ней, вьшележащий пучок скважин смещают относительно нижележащего пучка в пределах угла полных сдвижений пород, а заряды в скважинах одного пучка размещают в шахматном порядке по отношению друг к другу с заполнением оставленных промежутков водой, причеУ скважины в пучке бурят в плоскости, параллельной напластованию пород кровли. 2.. Способ по П.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что расстояние между скважинами в пучке принимают равным радиусу трещинообразования, а между пучками - не более двух радиусов трещинообразования. 3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что величину промежутка между зарядами в скважине определяют из вьфажения: г 2R/3 + 1з, где R - расстояние между скважинами, равное радиусу трещинообразования, м; is - длина заряда, м, а величину смещения зарядов в скважине одного пучка относительно друг друга принимают равной R/3.

,г