Способ предварительного ослабления массива горных пород и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 E21F5/00 

1.1456563

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для снижения прочности горньк пород в массиве при его отработке.Цель изобретения - повышение эффек-. тивности ослабления и снижение ее энергоемкости.

На фиг. 1 представлена технологическая схема ведения горных работ по ю предварительному ослаблению массива горных пород в условиях подземной разработки (зона ослабления в плос-. кости pijcyHKa, воздействие - в плос

плит, например 12, снабжена торцовыми фланцами 24, к которым прикреплены тяги 25 для перемещения механизма 1 по скважине 4.

Способ осуществляется следуюпщм образом.

Нагрузочный механизм 1 располагают в заданной зоне 2 горного массива 3 во вскрывающей выработке (скважине) 4, соединяющей откаточный 5 и вентиляционный 6 щтреки, - при работе в условиях подземной разработки месторождения, либо во вскрывающей сквакости, перпендикулярной рисунку); на 15 жине 4, соединяющей зону 2 ослабления фиг. 2 - технологическая схема веде- массива 3 с дневной поверхностью 7,- ния работ по предварительному ослаб- при работе с поверхности.

плит, например 12, снабжена торцовыми фланцами 24, к которым прикреплены тяги 25 для перемещения механизма 1 по скважине 4.

Способ осуществляется следуюпщм образом.

Нагрузочный механизм 1 располагают в заданной зоне 2 горного массива 3 во вскрывающей выработке (скважине) 4, соединяющей откаточный 5 и вентиляционный 6 щтреки, - при работе в условиях подземной разработки месторождения, либо во вскрывающей сква

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение эффективности ослабления и снижение энергоемкости. В ослабляемой зоне в скважине располагают нагрузочный механизм. На опорной плите 12 установлены силовая камера 15 с поршнем 16 и генератор 17 силовых импульсов. В камеру 15 подают рабочую жидкость. Поршень 16 перемещает прижимную плиту 13. Плиты 12 и 13 создают на стенки скважины стационарное сжатие в противоположных направлениях. Усилие сжатия превышает предел прочности массива на растяжение. Генератором 17 воздействуют на массив импульсными нагрузками с частотой собственных колебаний системы нагрузочный механизм - горный массив до разрушения массива. Изобретение реализует резонансный режим приложения импульсных нагрузок в сочетании со стационарной нагрузкой. 2 с.п.ф-лы 5 ил. кепешн 1у ucmofHUKy знерваи (Л с 4 СП сь ел о 00

лению массива при вскрытии его скважиной с поверхности (зона ослабления перпендикулярна плоскости рисунка); 20 на фиг. 3 - схема процесса ослабления массива горных пород в окрестности вскрывающей выработки; на фиг. 4 - . устройство для предварительного ослабления горного массива в вскрываю- 25 щей вьфаботке (скважине); на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4.

Схемы включают нагрузочный механизм 1, зону 2 ослабления, массив 3, вскрывающую вьфаботку (скважину) 4, 30 откаточный 5 и вентиляционный 6 штреки, дневную поверхность 7, стенки 8 скважины, трещины 9 разрыва, систему 10 трещин.

Создают устойчивый контакт механизма 1 со стенками 8 скважины 4, подвергая горный массив одновременно импульсному воздействию направленными импульсами механических колебаний к стационарному воздействию путем сжатия массива в противоположных направлениях. Сжатие осуществляют по обе стороны от скважины 4 перпендикулярно зонам 2 ослабления, при этом нагрузки сжатия превышают предел прочности пород массива на растяжение, в результате чего в стенках 8 скважины 4 образуются трещины 9 разрыва.

В дальнейшем воздействие на массив

Устройство для реализации способа 35 импульсами механических колебаний

включает насосную установку 11, которая может быть .расположена вне горной выработки (скважины) 4, и нагрузочный механизм, содержащий опорную 12 и прижимную 13 плиты, имеющие между 40 собой упругую связь 14, силовую камеру 15, выполненную в виде гидроцилиндра одностороннего действия с поршнем 16, размещенным на опорной плите 12 и упирающегося своим пор- 45 шнем 16 в прижимную плиту 13, генератор 17 сиповых импульсов с приводным двигателем 18, закрепленные на опорной плите 12. Для обеспечения наприводит к возникновению в зоне 2 усталостных явлений, снижению сил сцепления между отдельностями породы и прорастанию трещин разрыва 9 вглубь массива 3 с образованием системы 10 радиальных и концентрических трещин.

При возбуждении в массиве 3 импульсов механических колебаний формируют колебательную систему нагрузочное устройство - горный массив , в которой силовой импульс, задаваемый механизмом 1, используют только в начале единичного колебательного цикла

правленности перемещения двух плит 12 (фаза нагрузки), а для заверщения кои 13 относительно друг друга и их возвращения в транспортное положение упругая связь 14 выполнена в виде цилиндрических упругих(резиновых) элелебательного процесса - реакцию упругого восстановления деформированного указанным импульсом горного массива 3 (фаза разгрузки). Наиболее эффекментор 19 с центральными отверстиями, тивным является режим,.при котором

размещенных соосно в стаканах 20 кор- -пусов плит 12 и 13, с пропущенными в них шпильками 21 с упорными щайбами 22 и гайками 23. Кроме того, одна из

частота импульсов,возбуждаемых механизмом 1, равна частоте собственных колебаний системы нагрузочное устройство - горный массив.

Создают устойчивый контакт механизма 1 со стенками 8 скважины 4, подвергая горный массив одновременно импульсному воздействию направленным импульсами механических колебаний к стационарному воздействию путем сжатия массива в противоположных направлениях. Сжатие осуществляют по обе стороны от скважины 4 перпендикулярно зонам 2 ослабления, при этом нагрузки сжатия превышают предел прочности пород массива на растяжение, в результате чего в стенках 8 скважины 4 образуются трещины 9 разрыва.

В дальнейшем воздействие на массив

импульсами механических колебаний

приводит к возникновению в зоне 2 усталостных явлений, снижению сил сцепления между отдельностями породы и прорастанию трещин разрыва 9 вглубь массива 3 с образованием системы 10 радиальных и концентрических трещин.

При возбуждении в массиве 3 импульсов механических колебаний формируют колебательную систему нагрузочное устройство - горный массив , в которой силовой импульс, задаваемый механизмом 1, используют только в начале единичного колебательного цикла

(фаза нагрузки), а для заверщения колебательного процесса - реакцию упругого восстановления деформированного указанным импульсом горного массива 3 (фаза разгрузки). Наиболее эффективным является режим,.при котором

частота импульсов,возбуждаемых механизмом 1, равна частоте собственных колебаний системы нагрузочное устройство - горный массив.

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

Нагрузочный механизм 1, например, с помощью лебедки размещают в выработке (скважине) 4 в заданной зоне 2 горного массива 3. После этого постоянньм потоком рабочей жидкости от насосной установки 11 приводят в действие силовую камеру 15, выполненную в виде гидроцилиндра одностороннего действия с поршнем 16 и размещенную на опорной плите 12, Поршнем 16, преодолевая сопротивление упругой связи 14, перемещает прижимную плиту 13 до контакта со стенками 8 выработки (скважины) 4 и деформирует горный массив 3, создаваячколеба- тельную систему нагрузочное устройство - горный массив. Затем, приводя в действие генератор 17 силовых импульсов с приводным двигателем 18, сообщают горному массиву 3 силовой импульс P(t), формирующий начало единичного колебательного цикла (фаза-нагрузки) и создающий дополнительную деформацию массива 3. Для завершения единичного колебательного цикла в системе используют реакцию упругого восстановления деформированного этим импульсом массива 3 при фазе разгрузки, под действием которой поршень 16 гидроцилиндра 15 возвращается в исходное положение.

При этом горному массиву 3 с помощью плит 12 и 13 передают энергию колебаний одновременно в обе стороны о вскрывающей выработки (скважины) 4 в направлениях, перпендикулярных зонам 2 ослабления массива 3,

После завершения процесса ослабления в пределах выбранной зоны 2 массива 3 приводной двигатель 18 гене

ратора 17 силовых импульсов отключа- 45 помощью одних и тех же нагрузочных устройств, размещенных в горных выработках, отличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности ослабления и снижения его энерgQ гоемкости, импульсное и стационарное воздействия на массив осуществляют в направлении, перпендикулярном ослаб - дяемым зонам массива, при этом импульсное воздействие осуществляют с

55 частотой собственных колебаний системы нагрузочное устройство - горный массив, а стационарное воздействие проводят в начале ослабления массива нагрузками, превышающими предел прочют от внешнего источника энергии, прекращают подачу рабочей жидкости от насосной установки 11 в силовую камеру 15, под действием сил упругой связи 14 смыкают плиты 12 и 13 и перемещают механизм 1 в другую 5ону 2- массива 3 для осуществления следующего цикла ослабления.

Генератор 17 силовых импульсов с приводным двигателем 18 может иметь различные виды исполнения:генератора гидравлических импульсов,например гидропульсатора, связанного с силовой камерой 15, генератора механических импульсов, например инерционного вибровозбудителя с приводным двигателем, и др.

Способ и устройство позволяют повысить эффективность и снизить энергоемкость процесса ослабления горного массива за счет резонансного согласования возбудителя механических ко0 лебаний с массивом горных пород, силового воздействия в направлении, перпендикулярном зонам ослабления, и создания в ослабляемых зонах растягивающих напряжений, превьш1ающих предел

5 прочности ослабляемой породы на растяжение.

Использование способа и устройства позволяет снизить затраты на выемку крепких угольных пластов с помощью ослабления их из скважин, расширить область применения проходческих комплексов, создавая через опережающую скважину в монолитных крепких породах в зоне забоя систему разрывных трещин; осуществлять с помощью направленных трещин сбойку добычных скважин при подземной газификации угля; повысить отдачу нефтедобывающих, водоотливных и дегазационных скважин путем созда0 ния вокруг них системы направленных вглубь массива трещин разрыва.

Формула изобретения

0

5

пород массива на растя ностиЖение.

упругой связи, отличающее- с.я тем, что плиты снабжены стаканами, силовая камера выполнена в виде гидроцилиндра одностороннего действия и вместе с генератором силовых импульсов установлена на опорной плите, а другая связь выполнена в виде цилиндрических упругих элементов с центральными отверстиями, размещенных соосно в стаканах и закрепленных на плитах посредством шпилек.

ие.З

13

16

15

19

20

21

23

фиг. 5