Способ упрочнения целика Советский патент 1992 года по МПК E21C41/16 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно при системах разработки мощных рудных залежей с оставлением столбчатых целиков.

Известен способ упрочнения целиков с помощью напряженной анкерной крепи, включающий бурение сквозных скважин в целике, размещение в скважинах крепежных элементов, натяжение и фиксирование их.

Наиболее близким к предлагаемому является способ упрочнения горного массива, основанный на нагнетании в массив физико-химических составов, и который может быть использован для упрочнения целика. Способ заключается в бурении рабочих и

контрольных скважин и подаче через них скрепляющих растворов.

Недостатком известных способов упрочнения целика является их низкая эффективность, так как не учитывается напряженно-деформированное состояние целика.

Известно, что в целике распределение напряжений неодинаково как в поперечном его сечении, так и по высоте. Следовательно, имеются участки в целике как с благоприятными условиями для движения и твердения скрепляющего раствора, так и с неблагоприятными условиями.

Неблагоприятные условия для нагнетания раствора имеются на участках целика, в которых породы находятся в объемном наXI

О

ел

СП ON

О

пряженном состоянии (зоны неодноосного жатия). Образование и рост техногенных рещин в этих зонах происходит только поле завершения роста трещин в зоне одноосного сжатия, т.е. после завершения режима разупрочнения целика.

Участки целика в зонах неодноосного жатия не работают, пока не завершится рост трещин в зоне одноосного сжатия и поэтому проводить упрочнение пород в неработающих зонах нецелесообразно. Боее того, из-за отсутствия развитой сети ехногенных трещин в зонах неодноосного жатия требуется высокое давление нагнеания, что приводит к отжиму (отслоению) отдельных кусков пород с поверхности целика. Это вызывает уменьшение размеров поперечного сечения целика, а значит, и уменьшение его несущей способности и устойчивости.

Цель изобретения - повышение эффективности способа упрочнения целика за счет нагнетания скрепляющего раствора в зону с развитой техногенной трещиновато- стью.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения целика, заключающемуся в бурении рабочих и контрольных скважин в целик и нагнетании через них скрепляющих растворов, рабочие скважины бурят на границе зон одноосного и неодноосного сжатия, а контрольные скважины бурят на равном удалении от верхней и нижней границ зон одноосного и неодноосного сжатия, причем и контрольные и рабочие скважины бурят параллельно малой оси эллипса, который вписывается в поперечное сечение целика.

Согласно предлагаемому способу рабочие скважины бурят на границе зон одноосного и неодноосного сжатия и скважины бурят параллельно малой оси эллипса.

На чертеже представлен столбчатый целик, подготовленный к упрочнению по предлагаемому способу.

Столбчатый целик содержит зону 2 одноосного сжатия, зону 3 неодноосного сжатия, границу 4 между зонами 2 и 3, рабочие скважины в верхней части 5 целика, в нижней части б, контрольные скважины 7, Кроме того, приняты следующие обозначения: 2а и 2в соответственно большая и малая оси эллипса, который можно вписать в поперечное сечение целика; а - вектор действия максимального напряжения, 2h высота целика.

Способ реализуют следующим образом.

В столбчатом целике 1 высотой 2h определяют направление осей эллипса, который

можно вписать в поперечное сечение целика, а также размеры зон одноосного 2 и неодноосного 3 сжатия. На границе 4 этих зон бурят рабочие скважины 5 в верхней

части целика и в нижней 6. На равном расстоянии от границ этих зон бурят контрольные скважины 7. Скважины 5, 6 и 7 бурят параллельно малой оси эллипса 2в, причем каждая контрольная скважина 7 расположена относительно соответствующих ей скважин 5 и 6 в одной плоскости, совпадающей с направлением действия максимального напряжения а, образуя комплект скважин 5-6-7.

Расстояние между одноименными скважинами соседних комплектов определяется исходя из радиуса распространения раствора вокруг скважин 5 или 6 по известным формулам.

Зона 2 одноосного сжатия расположена в центральной части целика 1. В зоне 2 пряв- ляются деформации сжатия - растяжения. Поэтому в процессе деформации целика в этой зоне образуются трещины X, направленные вдоль вектора действия максимального напряжения 7и параллельно большей оси эллипса 2а (в случае целика с прямоугольным поперечным сечением трещины параллельны большей поверхности целика).

В этом случае пробуренные скважины 5, 6 и 7 оказываются нормальными к плоскости трещин (не показаны).

Установление границы между зонами 2 и 3 инструментальными методами является

трудоемким и неточным процессом, поэтому для этого используются зависимости размеров зон 2 и 3 от формы и геометрических размеров целика.

Для удобства работы эти зависимости представлены в таблице, где е - эксцентриситет эллипса; h - половина высоты целика; г - расстояние от кровли (почвы) целика до границы зон одноосного 2 и неодноосного 3

сжатия.

После бурения скважин 5, 6 и 7 в скважины 5 и 6 нагнетают скрепляющий раствор до тех пор, пока в соответствующей им контрольной скважине 7 не появится раствор.

Это свидетельствует о прохождении скрепляющим раствором участка целика между скважинами 5(6) и следовательно об окончании укрепления участка целика в районе одного комплекта скважин 5-6-7. Затем

приступают к нагнетанию раствора в следующий комплект скважин.

Данный способ повышает эффективность упрочнения целика по следующим причинам.

Нагнетание упрочняющего раствора производится в той части целика/которая в процессе его эксплуатации наиболее подвержена разрушению (расслоению) и в которой образуется система трещин ориентирования. Трещины, как показывают расчет и эксперимент, имеют длину в пределах ши- рины зоны одноосного сжатия. Пробуренные скважины пересекают плоскости трещин под углом, близким к прямому, т.е. каждая скважина пересекает несколько плоскостей трещин. Такое расположение скважин относительно трещин облегчает процесс движения нагнетаемого раствора по трещинам. Поэтому давление нагнетания небольшое, расход скрепляющего раствора минимален и он целиком расходуется по основному назначению - заполнять трещины.

Устраняется опасность отжима пород с поверхности целика давлением нагнетаемого раствора, поэтому не уменьшаются размеры поперечного сечения целика. Это способствует сохранению несущей способности целика и его устойчивости.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет использовать меньшее давление для нагнетания, уменьшить расход скрепляющего раствора и исключить отслоение пород с поверхности целика. Этим достигается повышение эффективности упрочнения целика.

Формула изобретения

Способ упрочнения целика, включающий бурение рабочих и контрольных скважин в целик, нагнетание в рабочие скважины скрепляющего раствора до его появления в контрольных скважинах, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности укрепления за счет более полного заполнения трещин при снижении расхода скрепляющего раствора, предварительно определяют верхнюю и нижнюю границы зон одноосного и неодноосного сжатия, рабочие скважины бурят на границах зон одноосного и неодноосного сжатия, контрольные скважины бурят на равном удалении от указанных границ, причем скважины бурят параллельно малой оси эллипса, вписывающегося в поперечное сечение целика.

h

v V

N4Xx

ОЧДХ

4

Ч s

V

x

,

4

,

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при системах разработки с оставлением целиков. Цель изобретения - повышение эффективности укрепления за счет более полного заполнения трещин и снижения расхода скрепляющего раствора. Способ основан на нагнетании в целик скрепляющего раствора из твердеющих составов. В целик на нижней и верхней границах зон одноосного и неодноосного сжатия бурят рабочие скважины. На равном расстоянии от границ этих зон бурят контрольные скважины, причем контрольная скважина расположена с соответствующими ей рабочими скважинами в одной плоскости, совпадающей с направлением действия максимального напряжения. Все скважины бурят параллельно малой оси эллипса, вписывающегося в поперечное сечение целика. Нагнетание твердеющих составов производят через рабочие скважины до появления раствора в соответствующих контрольных скважинах. 1 ил., 1 табл, Ё