Способ подготовки горных пород к разрушению при проходке горных выработок Советский патент 1989 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горнорудной промышленности и может быть использовано при проходке горных выработок по массивам различной крепости и устойчивости, по полезным ископаемым различной крепости и устойчивости, а также по массивам, опасньм по газо- и гидродинамическим явлениям, по массивам обводненным, склонным к смещению и пучению.

Целью изобретения является повышение производительности и качества подготовки горных пород за счет увеличения несущей способности горных пород по контуру выработки.

На фиг. 1 изображены схема осуществления способа подготовки горных массивов к разрушению и устройство для его осуществления при проведении выработок; на фиг. 2 - график изменения режимов нагнетания во времени.

На фиг. 1 и 2 обозначены тампо- нажная насосная установка I, всасывающий 2 и нагнетательный 3 патрубки тампонажной насосной установки, рукав 4 низкого давления, рукав 5 высокого давления от тампонажной насосной установки, горловина 6, трубопровод 7 высокого давления, кран 8, растворосмеситель 9 тампон;гжного

сл

о

О5

315

раствора, патрубок 10 для выпуска тампонажного раствора, кран 11, тру- боп ровод 12 высокого давления, нагнетательный патрубок 13 насосной ус- тановки для нагнетания понизителя прочности массива IIAB, насосная установка 14 для нагнетания в массив понизителя прочности, всасывающий патрубок 15 насосной установки, шка- ла 16 с отметкой О и соответственно деления вправо и влево от нуля, гидроцилиндры 17, шток 18 со стрелкой, расходомер 19, манометр 20, синхронизатор С, расходомер 21, ма- нометр 22, горловина 23, растворо- смеситель 24 понизителя прочности массива, патрубок 25 для выпуска раствора понизителя прочности массива, рукав 26 низкого давления, пакер 27, скважина 28, вибратор 29, пакер 30, вибратор 31, давление Р нагнетания, МПа, время t нагнетания, дисперсность Д частиц растворами, коллектор К растворов, концентрация С веществ в растворе, %,

Оборудование для нагнетания растворов в массив подгоняют электровозом к забою выргботки и производят монтаж. Растворосмегители рукавами низкого давления соединяют с насосными установками, монтируют краны 8 и 11 на высоконапорных рукавах и соединяют их с помощью трубопроводов высокого давления с растворосмесите- ля 9 и 24. Устанавливают синхронизатор между высоконапорными рукавами и далее высоконапорные рукава подсоединяют к пакерам 27 и 30. Предварительно бурят скважины: одну по центру забоя и по контуру количество скважин в зависимости от сечения выработки и фильтрационных свойств массива, например при сечении выра

ботки 16 м 6 шт, располагают их радиально и равномерно по всему периметру выработки с учетом того, чтобы горный массив со стороны почвы, боков и кровли выработки за проектным контуром Ъът эффективно насы- щей растворами. Такое расположение скважин обеспечивает симметричное упрочнение массива за проектным контуром выработки, разупрочнение массива в проектном контуре и перенос опорного горного давления вглубь массива. Этим также обеспечивается дегазация массива, разгрузка от напгO 5

5 0

0

5

0

5 Q 5

ряжений и ликвидация газодинамических явлений. Тампонажный раствор по рукаву 5 поступает в коллектор К, откуда по отводам на пакеры.

Способ осуществляют следующим образом.

В растворосмесители 9 и 24 вводят компоненты соответственно тампонажного раствора и раствора понизителя прочности массива (поверхностно-активные вещества - ПАВ), включают их приводы и образуют у выходных патрубков 10 и 25 максимальную дисперсность для данных компонентов раствора и минимальную их концентрацию, концентрация веществ в тампонажном растворе при максимальной их дисперсности принимается равной 0,1%. Включают насосную установку 14 и раствор понизителя прочности массива нагнетают в проектный контур массива и за проектный контур массива, при этом раствор поступает по трубопроводу 12 высокого давления, через кран 11, пакер 30 и в массив, насыщение массива производят в режиме удельного водопот лощения массива. Затем включают насосную установку 1 и тампонаж}П,1Й раствор поступает в массив за проектный контур выработки после уравнивания потоков двух растворов в массиве на контуре выработки. При этом п массив за проектный контур поступает тампонажный раствор максимальной дисперсности и концентрации 0,1%. После прохода фронтом тампонажного раствора границы начала неупругих деформаций в массиве (это зона за проектным контуром выработки, где в массиве не образуется смещения и деформаций в процессе проведения выработки и ее эксплуатации, величина эта находится в пределах 5-10 м вглубь массива за проектным контуром выработки) повы- щают параметры нагнетания и изменяют дисперсность у выходного патрубка растворосмесителя и соответственно увеличивают концентрацию веществ тампонажного раствора у выходного патрубка раство1)осмесителя тампонажного раствора. Так, например, давле ние на тампонажной насосной установке в режиме удельного водопоглощения массива составляет 6,0 МПа, дисперсность вяжущего в тампонажном растворе у выходного патрубка растворосме5

, коицентрапмя его

сителя 0,001 мм

0,1%, далее следуют такие операции.

Первая cTyiiBHF, нагнетания - это вышеприведенная.

Вторая ступень нагнетания - дис- нерсность вяяоу тцего тамнонажного расвора у выходного патрубка растворо- смесителя образуют равной 0,005 мм, концентрация веществ тампонажного раствора 0,5%, давление нагнетания повышают на 3,0 МПа, т.е. общее давление нагнетания состлвляет 9,0МПа, время нагнетания 10 мин (на первой ступени 5 мин).

Третья ступень нагнетания - образуют дисперсность у выходного патрубка тампона кного растворосмесител равной 0,008 мм; конце}1трация веществ тампонажного раствора 0,8%, давление нагн яния повышают на 3,0 МПа, общее давление 12,0 МПа, время нагнетания 15 мин.

И в такой последовательности процесс нагнетания повторяется. При этом режим на насосной установке, служащей для нагнетания в массив понизителя прочности, дублируется при помощи синхронизатора, состоящего из гидроцилиндров 17 со щтоком 18 со стрелкой, шкалы 16, кранов 8, 11 и измерительной аппаратуры манометров и расходомеров. Поддержание равного давления потоков жидкости в массиве на контуре выработки тампо- нажного раствора и понизителя прочнсти осу1дествляют при помощи кранов 8 и 11 регулированием подачи раствора в массив через скважины или части обратно в растворосмесители, добива ясь чтобы стрелка на шкале была на нулевом положении, а параг 1етры нагнетания фиксируют измерительные приборы - манометры и расходомеры. Во время бурения скважин и во время на сыцения массива растворами растворы вибрируют, для чего включают вибраторы 29 и 31.

Пропитку массива производят в направпении от забоя скважин к забо выработки во время наибольшего суточного гравитационного расширения литосферы, это обеспечивает увеличение влажности массива. Неснижаамое опережение подготовленного массива к разрущению перед проведением выработки составляет не менее суточного

проведения выработки для отверждения тампонажного раствора в массиве за проектным контуром выработки до заданных прочностных свойств.

Формула изобретения

I .Способ подготовки горных пород к разрушению при проходке горных выработок, включающий бурение скважины из центра забоя на глубину 1,3 -2 величины суточного подвигания забоя, нагнетание в массив через эту скважину в пределах проектного контура разрушения раствора ПАВ в режиме увлажнения, гидрорасчленения и гидроразрыва, нагнетание в массив за проектный контур выработки тампонажного раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества подготовки горных пород за счет увеличения несущей способности горных пород по контуру выработки, по контуру забоя выработки бурят дополнительные сква- жяны, через них осуществля,от нагнетание тампо {ажного рлствора в режиме удельного водопоглошения массива после начала и затем одповременно с наг- нетанием ПАВ чсфез скважину в центре забоя уравнивают давления нагнетания ПАВ и тампонажного раствора, ступенчато синхронно повышают давление их наг}(етания, ступенчато синхронно уменьшая дисперсность тампонажного раствора и увеличивая его концентрацию, причем на каждой ступени выдержку параметров нагнетания уве- ли гивают в 1,5-2 раза, а после схватывания тампонажного раствора повторяют цикл нагнетания раствора ПАВ.

2.Способ по п. 1,отличаю- щ и и с я тем,, что в процессе нагнетания осуществляют впбровоздейст- вие на растворы.

3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что нагнетание осуществляют во время наиболммсто суточного гравитационного расширения литосферы.

4.Способ по п. 1,отличаю- щ и и с я тем, что нагнетание осуществляют с суточным опереж(нисм разрушения при выемке подготовленных горных пород.

Изобретение относится к горнорудной промышленности. Цель - повышение производительности и качества подготовки горных пород за счет увеличения несущей способности горных пород по контуру выработки. Для этого по контуру выработки бурят дополнительные скважины. Через последние осуществляют нагнетание тампонажного раствора в режиме удельного водопоглощения массива после начала. Затем одновременно с нагнетанием ПАВ через скважину в центре забоя уравнивают давления нагнетания ПАВ и тампонажного раствора. Ступенчато синхронно уменьшают дисперсность тампонажного раствора и увеличивают его концентрацию. На каждой ступени выдержку параметров нагнетания увеличивают в 1,5-2 раза. После схватывания раствора повторяют цикл нагнетания раствора ПАВ. В процессе нагнетания вибровоздействуют на растворы. Нагнетание производят во время наибольшего суточного гравитационного расширения литосферы. Пропитку массива производят в направлении от забоя скважины к забою выработки во время наибольшего суточного гравитационного расширения атмосферы. Это обеспечивает увеличение влажности массива. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

нагнетание понизителя npwHocmu

- - нвгне/поние /nanmHO HOto pac/ndofra

Д,, Ct Ct iCj- Cff

AiCt

время пролитки

Фиг. 2

t,HUft