Способ предотвращения горных ударов Советский патент 1991 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых для предотвращения динамических проявлений горного давления при ведении горных работ.

Цель изобретения - повышение эффективности и расширение области применения разгрузочного противоударного воздействия на массив горных пород.

Сущность способа заключается в формировании зон дезинтеграции массива горных пород вокруг горных выработок в направлении главных нормальных напряжений путем взрывания зарядов ВВ.

Способ предотвращения горно-тектонических ударов базируется на закономерностях распространения упругих волн в массиве горных пород.

Тектоническое строение верхних слоев литосферы содержит ряд структур различного масштабного уровня, определяемого количеством литологических слоев, пересекаемых тектоническим нарушением данного тектоноблока (тектоноструктуры). Одномасштабные тектонические структуры ограничены трещинами, имеющими практи- чески одинаковые азимуты простирания, величины смещения и углы падения Однако не все тектоноструктуры являются сейсмоактивными и в связи с этими по предлагаемому способу предварительно определяют только масштаб сейсмоактивных тектоност- руктур.

Горные удары горно-тектонического типа характеризуются тем, что очаг разрушения и гипоцентр сейсмического явления, вызвавшего указанное разрушение, разнесены в пространстве на сотни метров. Возникновение горного удара (образование очага разрушения) обусловлено формированием в массиве между гипоцентром сейсми- ческого явления и горной выработкой упругой волны с достаточно энергоемкой модой и с длиной волны, равной либо мощности удароопасного слоя, вскрытого горной выработкой (высота выработки), либо размеру любого другого конструктивного элемента системы разработки (ширина пролета кровли или целика), находящегося в предельно напряженном состоянии.

Таким образом, создаются необходи- мые и достаточные условия формирования упругой стоячей волны в данном конструктивном элементе системы разработки на границе раздела сред массив - выработка, что в конечном счете приводит к горному удару.

На фиг.1 схематично представлено расположение сейсмических тектоноструктур; на фиг.2 - передовая часть выемочного блока одного из структурных блоков.

На фиг.1 и 2 показаны границы 1 рудничного поля; границы 2 сейсмическихтектоноструктур, передовые выработки 3 и 4, камуфлетные скважины 5 и 6, заряды 7 ВВ и торцы 8 зарядов, плоскости 9 и 10, прохо- дящие через торцы зарядов, зоны 11 и 12 дезинтеграции пород. Кроме того показаны размеры а, Ь, с... конструктивных элементов системы разработки, ширина I пролета выработки, соответственно величины и на-

правления (& , Ov , of, главных нормальных напряжений, векторы IH1, jv, kh1 соответствующих главных нормальных напряжений

текюноструктуры с индексом t; минималь- ний диаметр d зоны дезинтеграции пород.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

В пределах рудничного поля 1 определяют масштаб сейсмоактивных тектонических структур М (м, град) и границы 2 тектонических блоков, образуемых тектоническими структурами одного масштабного

уровня, измеряют величины d , (% , (& и направление векторов 1Н1 , jvl,

kh главных

нормальных напряжений тектоноструктур t. Затем в контурах защищаемых выработок определяют величину максимального линейного размера d. являющегося наибольшей величиной из всех линейных размеров, по условию

d макс (Ь, с, I),

где Ь - ширина целика (размер целика в плане) в направлении вектора I н ;

с - высота целика или выработки в на- правлении вектора

I - ширина выработки в направлении вектора 1Н . при этом размер целика а в направлении вектора kh не учитывают, так как в этом направлении действуют растягивающие напряжения.

После этого из передовых выработок 3 или 4 буря, длиной не менее 2d скважины 5 и б в направлении по меньшей мере одного HIS векторов главных нормальных сжимающих напряжений данной тектонической структуры t и располагают в указанных скважинах заряды 7 ВВ так, чтобы их торцы 8 образовывали две плоскости 9 и 10 с соос- ными круговыми контурами диаметром не менее d.

Затем взрывают указанные заряды 7 с образованием зон дезинтеграции пород в виде цилиндров или усеченных конусов 11 и 12 высотой не менее d.

Образование зон дезинтеграции пород в виде цилиндров или усеченных конусов с заданными диаметрами оснований и высотой в направлении действия главных сжимающих напряжений, более чем d, обеспечивает фильтрацию мод сейсмического излучения из гипоцентра явления с формированием моды с длиной волны более чем d, что исключает возможность возникновения стоячей волны в пределах выработанных пространств.

Необходимость бурения скважин 5 и 6 зависит от величины напряжений

Кн Он и Kv Ov , где Кн и Kv - коэффициенты концентрации напряжений в приконтурных частях.

Если указанные величины превышают 0,6 Стсж . где Осж - предел прочности пород на сжатие, то бурят скважины 5 и б, В противном случае бурят только скважины 5, ориентированные вдоль вектораТн .

При недостаточной эффективности фильтрации массив дезинтегрируют более, чем на одном интервале скважины с образованием соосных зон дезинтеграции пород, отстоящих друг от друга на расстоянии nd, где п - натуральный ряд чисел.

Наибольшего эффекта достигают в том случае, когда ось симметрии зон 11 дезинтеграции пород располагают на расстоянии от границы тектонической структуры (блока), равном 2d. В этом случае фильтрация коротковолнового излучения происходит сразу после его возникновения.

На случай возникновения отраженных сейсмических волн от литологических слоев образуют несколько несоосных зон дезинтеграции пород с расстоянием между осями вращения, равным nd, и одноименными основаниями, лежащими в одной плоскости (не показано).

Формула изобретения

1. Способ предотвращения горных ударов, включающий определение в разгружаемом массиве величины и направления главных напряжений, бурение скважин из передовых выработок и взрывание в скважинах зарядов ВВ с образованием за пределами выработок зон дезинтеграции пород, перпендикулярных главным нормальным сжимающим напряжениям, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и расширения области применения разгрузочного противоударного воздействия на массив горных пород, предварительно определяют в пределах рудничного поля масштабный уровень различных

сейсмоактивных тектонических структур, границы тектонических блоков указанных структур данного масштабного уровня, ве- личину и направление главных нормальных напряжений внутри этих границ, а в контуре защищаемых выработок находят максимальный линейный размер d из соотношения

d макс(Ь. с, I),

где b - ширина целика; с - высота целика;

I - ширина выработки, после чего из выработки бурят по кругу скважины длиной

не менее чем удвоенная величина d, в направлении по меньшей мере одного из векторов главных нормальных сжимающих напряжений данной тектонической структуры, затем заряжают скважины ВВ так, чтобы

торцы зарядов образовывали две плоскости с соосным круговым контуром диаметром не менее размера d и взрывают указанные заряды с формированием зон дезинтеграции пород в виде цилиндров или усеченных конусов с высотой не менее d.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что указэнные зоны дезинтеграции формируют более чем на одном интервале скважины на расстоянии nd друг от друга,

где п - натуральный ряд чисел.

3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что ось симметрии зон дезинтеграции располагают на расстоянии от границы тектонической структуры, равном 2d.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийс я тем. что формируют несколько несоосных зон дезинтеграции с расстоянием между осями вращения указанных зон, равными nd, и одноименными основаниями, лежащими в одной плоскости.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых для предотвращения динамических проявлений горного давления при ведении горных работ. Цель - повышение эффективности и расширение области применения разгрузочного противоударного воздействия на массив горных пород. Сущность способа заключается в формировании зон дезинтеграции массива горных пород вокруг горных выработок в направлении главных нормальных напряжений путем взрывания зарядов ВВ. Для этого в разгружаемом массиве определяют величину и направление главных напряжений, масштабный уровень сейсмоактивных тектонических структур и границы тектонических блоков указанных структур в пределах шахтного поля. В контуре защищаемых выработок находят максимальный линейный размер d из следующих параметров ширины целика, его высоты и ширины выработки. После этого из выработок Ьурят по кругу скважины длиной не менее 2d в направлении по меньшей мере одного вектора главных нормальных сжимающих напряжений данной тектонической структуры. Скважины заряжают таким образом, чтобы торцы зарядов образовывали плоскости с соосным круговым контуром и диаметром не менее d. Взрывают указанные заряды с формированием зон дезинтеграции пород в виде цилиндров или усеченных конусов высотой не менее d. 3 з п. ф-лы. 2 ил ё ( 00 о 00 4

Региональный прогиб

ИЛГ- зоны поднятия (опускание)

-Напра1мте оси d Фиг.1

11 7 8

ю