Способ крепления горных выработок Советский патент 1990 года по МПК E21F5/00 E21D11/00 

Изобретение относится к подземному строительству, касается способа вибрационного воздействия на гОрные породы и может быть использовано для повышения устойчивости горных выработок различного назначения.

Цель изобретения - повышение устойчивости горных выработок.

На чертеже приведена схема реализации способа.

На чертеже введены следующие обозначения: 1 - горная выработка, подлежащая креплению, 2 - опалубка, имитирующая форму и размеры выработки, 3 - скрепляющий раствор для заполнения заопа- лубочного пространства, 4 - веер щпуров или скважины для размещения в них анкеров, 5 - анкеры, 6 - скважины диаметром 500-700 мм для размещения в них

невзрывных пневматических источников, 7 - компрессор для питания источников сжатым под давлением воздухом, 8 - пульт управления для синхронизации работы группы источников.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определяют поле напряжений и главные векторы в породном массиве, в котором требуется вызвать колебания и вмещающем выработку 1.

В параллельной выработке, находящейся на том же горизонте, где пройдена основная выработка, бурят скважины 6 J 500-700 мм и глубиной 5-7 м и размещают в них невзрывные пневматические источники колебаний в один ряд, причем

СП

00

х со

направление воздействия совпадает с одним из главных напряжений в породном массиве основной выработки, т. е. источники устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения.

Максимальный диаметр и глубину скважины 6 для размещения невзрывных источников выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-120 Гц, при которых имеет место максимальная «закачка упругой энергии в тело горной выработки 1 и составляющая от 3 до 9% энергии, поступающей в источник от компрессора 7 высокого давления - до 230 атмосфер. Глу- бина скважины 6 оптимальна величине давления, обеспечиваемого столбом воды, заполняющей скважину, и определенной ранее экспериментально в морской сейсморазведке на акваториях и составляющей для диапа- зона частот 60-120 Гц примерно 5-7 м.

Скважины 6 бурят на расстоянии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив. Исходя из условий волнового подобия: если при скорости в массиве 1000- 2000 м/с; при частоте / 60-120 Гц, длина волны равна Л 1000-2000/60-120 20-40 м, то на удалении 3-5 длин волн это составит 100-150 м. Это обусловлено тем что на таких удалениях от источника поле упругих напряжений от источника рас- пределено равномерно, в то время как на удалении, равном длине волны, оно неравно- верно.

Время воздействия - время синхронной работы группы источников до проведения массива в неудароопасное состояние, регу- лируемое посредством электронного пульта 8 управления, зависит от обводненности массива и напряженного состояния породного массива.:

При синхронной работе группы источ- НИКОВ амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения напряжений в породном массиве, равном 0,5 от разрущающих с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления. Колебания вызывают в породном массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределения напряжений на пути распространения колебаний и уменьщения проявлений динамики горного давления. Эти явления имеют место как в случае работы одиночного источника, так и при работе группы источников.

Работу группы источников контролируют геомеханическими методами исследований, а именно методом разгрузки с использованием тензодатчиков; ультразвуковыми методами с использованием методов сейсмо- акустической и электромагнитной эмиссии.

Воздействуя на породный массив вибрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем напряжений, не превышающих 0,5 от разрущающих, начинают подавать скрепляющий раствор 3 нагнетанием в незаполненное пространство между опалубкой 2 и кровлей выработки 1. Таким образом, массив обрабатывается вибрационными нагрузками, что способствует повыщению устойчивости горных выработок и эффективности способа.

По истечении необходимого времени невзрывные сейсмические источники выключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив для них скважины или оставляют на старом, если сохраняется возможность повторного воздействия на породный массив и достижения необходимого эффекта.

Возможна дополнительная установка анкеров 5 в предварительно пробуренные щпу- ры 4 до установки опалубки.

Сущность изобретения состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок, порождаемых выхлопами сжатого под давлени.ем воздуха от 60 до 230 атмосфер, из источника в скважину, заполненную водой, примерно от 3 до 9% всей запасенной в источнике энергии передается через нее в массив, т. е. переходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60-120 Гц. Под действием упругой волны в массиве возникают волны сжатия и растяжения. Эти волны вызывают миграцию флюидов - жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах пород, и содействуют их миграции во много раз быстрее, чем в отсутствие волн. Кроме того, вибрации содействуют раскрытию трещин в массиве на пути распространения волн. Раствор, поступаемый нагнетанием под высоким давлением в незаполненное пространство между стендом и кровлей основной выработки под воздействием вибраций, порождаемых источниками, проникает в поры и трещины и содействует более полному их заполнению, чем в отсутствии вибрации. После застывания обделка представляет с массивом монолитную среду, прочность которой на 30-60% больше, чем прочность среды в совокупности с заполнением их раствором в отсутствие вибрации, что было проверено методом гидроразрыва.

Преимущества способа заключаются в том,что раз.мещение источников по предлагаемому способу позволяет: перераспределить поля напряжений, свести к минимуму вероятность проявления динамических проявлений горного давления; свести существующее поле напряжений к равномерному в период подачи раствора между опалубкой и кровлей выработки; увеличить прочность порол и обделки за счет заполнения раствором пор и трещин, а также за счет использования анкерной крепи; создать оптимальные условия возбуждения сейсмических воли в диапазоне 60-120 Гц и закачки упругой энергии в породный массив в режиме накопления без изменения контактных условий - энергия передается в массив через воду.

Формула изобретения

1. Способ крепления горных выработок, включающий проходку выработки, бурение скважин, определение векторов максимального и минимального напряжений в породном массиве, установку в скважине источников колебаний, оси которых располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению, синхронизацию работы группы источников, возбуждение в массиве колебаний и приведение его в неударо- опасное состояние, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки, в ней устанавливают опалубку, а сква

жины заполняют водок и в качестве источников колебаний используют невзрывные пневматические источники, которые располагают на удалении от выработки, равном 3-5 длин волн основной получаемой частоты, при этом амплитуду их колебаний регулируют путем увеличения подачи сжатого воздуха от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в Массиве достигнут половины от разрушающих, а затем, поддерживая амплитуду на достигнутом уровне, нагнетают за опалубку скрепляющий раствор.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед установкой опалубки бурят шпуры и устанавливают в них анкеры.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что колебания массива осуществляют на частоте 60-120 Гц.

4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время приведения массива в неуда- роопасное состояние осуществляют контроль за его напряженным состоянием.

Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить устойчивость горных выработок. На удалении от закрепляемой выработки, равном 3-5 длинам волн основной излучаемой частоты, из параллельной выработки бурят скважины и определяют векторы максимального и минимального напряжений в массиве. Скважины заполняют водой и устанавливают в них невзрывные пневматические источники колебаний. Оси источников колебаний располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению. Работу группы источников синхронизируют, возбуждают в массиве колебания и приводят его в неудароопасное состояние. В выработке устанавливают опалубку. Амплитуду колебаний масива регулируют путем увеличения подачи сжатого воздуха в источники от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в массиве достигнут половины от разрушающих. Поддерживая амплитуду на достигнутом уровне, нагнетают за опалубку под высоким давлением скрепляющий раствор. Перед установкой опалубки возможны бурение шпуров и установка в них анкеров. Колебания в массиве осуществляют на частоте 60-120 Гц. Во время проведения массива в неудароопасное состояние осуществляют контроль за его напряженным состоянием. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.