Способ борьбы с горными ударами при проведении горных выработок Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горно-добывающей промышленности, а именно к способам предотвращения динамических проявлений горного давления, и можетбыть использовано при подземной разработке, месторождений для повышения устойчивости массива горных пород, что повысит безопасность труда в горных выработках.

Известен способ борьбы с горными ударами, заключающийся в образовании разгрузочной щели в плоскости, перпендикулярной действующему наибольшему глав- ному напряжению с заполнением ее податливым материалом.

Недостатками этого способа является то, что хотя при образовании разгрузочной щели происходит значительное снижение действующих максимальных напряжений и образование зоны разгрузки вокруг щели, но за пределами зоны разгрузки, напряжения будут превышать по величине и неоднородности начальное поле напряжений. Такой перенос пика опорного давления на соседние области способен поддержать только локальную устойчивость в зоне разгрузки, провоцируя повышение удароопас- ности в соседних областях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является

ю о ел

ON

способ борьбы с горными ударами при проведении горных выработок, включающий определение зоны раздавливания в окрестности выработки, измерение средних эффективных напряжений в этой зоне, бурение скважин в эту зону, нагнетание твердеющего состава и поддержание его давления до полного отверждения.

Однако данный способ наряду с выравниванием различных компонент поля напряжений и разгрузкой соседних областей массива, вызывает значительный рост концентрации напряжений в защищаемой области. Кроме того, известный способ требует бурения скважин перпендикулярно сформировавшейся системе трещин, а поскольку система трещин может быть не параллельна поверхности выработки и составлять с ней угол, близкий к прямому, бурение необходимо проводить со значительного расстояния от зоны раздавливания, фактически параллельно поверхности выработки, либо необходимо проведение дополнительных тупиковых выработок. Все это не позволяет достичь высокого коэффициента запаса устойчивости, значительно усложняет технологию и объемы бурения, требует больших затрат рабочего времени и средств.

Цель изобретения - повышение безопасности работ за счет увеличения запаса устойчивости и снижение затрат на бурение.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу борьбы с горными ударами скважины бурят по кратчайшему расстоянию, а нагнетание производят поэтапно; вначале в импульсном режиме с давлением, превышающем средние напряжения в уда- роопасной зоне до полного ее насыщения, затем измеряют параметры возникшей системы трещин и давление снижают до величины, определяемой следующей формулой:

Р -(Si-S3) + |Pcp.,

где L - общая пористость, равная отноше- .нию разности плотности и объемной массы к плотности;

Si, 5з - соответственно максимальное и минимальное эффективные напряжения;

Рср - средние эффективные напряжения в зоне раздавливания.

Давление Р, полученное по данной формуле, обеспечивает, с одной стороны, восстановление максимальной компоненты эффективных напряжений, а с другой стороны, переводит зону раздавливания в состояние равнокомпонентного (гидростатического) сжатия.

Способ осуществляют следующим образом.

Наибольшее влияние на удароопас- ность различных зон массива горных пород

оказывает наличие в них повышенных напряжений, определяемых как концентрацией природного тектонического поля, так и условиями ведения горных работ. Ударо- опэеные зоны массива могут быть выявлены

0 так называемыми пассивными акустическими методами с помощью геофонов, путем регистрации областей с повышенной шум- ностью, в определенное число раз превышающей среднюю шумность, характерную

5 для данного месторождения. Определение удароопасных зон массива позволяет целенаправленно воздействовать на них для управления состоянием массива. В уда- роопасную зону массива бурят контрольную

0 скважину, в забое которой методом разгрузки по варианту торцовых измерений определяют средние величины максимального и минимального эффективных напряжений, затем в удароопасную зону по кратчайшему

5 расстоянию производят до полного насыщения массива. Импульсный режим принимают со средней частотой 3000 1/с и с амплитудой от 0 до максимума, давление - в соответствии с формулой. Использование

0 режима гидроразрыва наряду с максимальным насыщением массива твердеющим составом производит эффективное разрушение породной структуры, в результате чего повышается коэффициент передачи

5 напряжений от жидкой фазы к окружающему массиву. В зону нагнетания снова производят бурение контрольной скважины, отбирают керн и определяют величину общей пористости породы. Вычисляют по приведенной

0 формуле необходимое остаточное давление твердеющего состава, снижают его до расчетного уровня и поддерживают до пол.юго отверждения. Это позволяет сохранить достигнутое перераспределение напряженного

5 состояния в массиве и снизить вероятность его динамического разрушения.

Пример. Для определения изменения напряжений в массиве горных пород на контакте блоков при нагнетании тверде0 ющих растворов была использована математическая модель с численной реализацией на ЭВМ ЕС-1045. В качестве примера было рассмотрено изменение поля разрушающих напряжений в целике между

5 двумя горными выработками до и после ис- пользования предлагаемого способа.

Результаты представлены на фиг.1 и 2. В примере приняты следующие средние значения физико-механических параметров:

Модуль упругости, МПа50 000

Коэффициент Пуассона0,3

Коэффициент сцепления, МПа 5 Угол внутреннего трения, град 40 Удельный вес пород, МПа/м 0,025 Глубина заложения, м800

Пролет выработок, м10

Число скважин4

Коэффициент L0,35

Давление отверждения, МПа35

Результаты проведенных расчетов распределения критических напряжений в окрестностях сближенных выработок по критерию Кулона-Мора представлены на чертежах, где на фиг.1 показано распределение напряжений в необработанном массиве; на фиг.2 - то же, после проведения предлагаемых операций. В районе целика между двумя выработками прогнозируется обширная зона разрушения, отмеченная на фиг.1 штриховкой, После использования предлагаемого способа видно (фиг.2), что области прогнозируемого разрушения в той же геомеханической ситуации не толь- ко отсутствуют, но и максимальные значения критических напряжений по критерию Кулона-Мора не превышают разрушающих.

Таким образом, в результате предварительной импульсной обработки зоны раздавливания под высоким давлением (гидроразрыв пород, уменьшающий долю напряжений, передаваемых твердой фазой) не происходит перенесения пика опорного давления на соседние с угрожаемой области, а в самой зоне раздавливания не возникает избыточных напряжений, снижающих достигаемый коэффициент запаса устойчивости, что значительно повышает безопасность горных работ. Кроме того, предлагаемый способ позволяет значитель-. но снизить трудоемкость буровых работ, поскольку в большинстве случаев нет необхр- димости бурения скважин параллельными пучками и само бурение в удароопасную зону можно производить по кратчайшему

5 расстоянию. Помимо указанного данное изобретение имеет более обширную область ис- пользования, поскольку искусственно создаваемая система трещин позволяет проводить работы в весьма прочных и моно0 литных породах.

Фор м у л а изо б р е т е н и я Способ борьбы с горными ударами при проведении горных выработок, включаю

5 щий определение размеров зоны раздавливания пород вокруг подготовительной выработки, измерение эффективных значений напряжений в этой зоне, бурение в указанную зону скважин, нагнетание

0 твердеющего раствора и выдержку во времени раствора под давлением до полного отверждения, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности противоударных мероприятий путем увеличения

5 запаса устойчивости массива и снижения затрат на бурение, указанные скважины бурят по кратчайшему расстоянию между выработкой и зоной раздавливания, а нагнетание твердеющего раствора произ0 водят поэтапно - сначала в импульсном режиме с давлением, превышающим средние эффективные напряжения а указанной зоне, до ее полного насыщения, затем изменяют давление нагнетание до величины,

5 определяемой по зависимости F 1/2L(St-.S3)+1/2 Рср, где L - общая пористость массива, определяющая его пустотность;

Si, 83-соответственно максимальное и

0 минимальное эффективные напряжения;

Рср - средние эффективные напряжения в зоне раздавливания.

.D.C

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке удароопасных месторождений. Цель изобретения - повышение эффективности противоударных мероприятий путем увеличения запаса устойчивости массива и снижения затрат на бурение. Сущность способа состоит в следующем. Предварительно определяют размеры зоны раздавливания вокруг подготовительной выработки, измеряют эффективные значения напряжений в этой зоне, бурят скважины в эту зону и нагнетают твердеющий состав. Нагнетание твердеющего состава производят поэтапно: сначала в импульсном режиме с давлением, превышающим средние эффективные напряжения в упомянутой зоне до ее полного насыщения, а затем измеряют параметры пустотности в зоне обработки и снижают давление нагнетания до величины, определяемой по зависимости P 1/2L(Si-S3)+1/2Pcp, где L - общая пористость массива, определяющая его пустотность; Si и 5з - соответственно максимальное и минимальное эффективные напряжения; РСр - средние эффективные напряжения в зоне раздавливания. 2 ил. Ё

..,- .A, , -H, . j-, -J-f- - значения относительных напряжении

Ю% 10%,,80%,90% 100% соответственно от разрушающих

ми -прогнозируемая зонараздав/гивания

Фиг.1

.., .At «н i значения относительных напряжений,

.10%,10%,,80%, 90%, 100% соответственно отразруи/аюиц/х

- инъекционные скважины

фиг.2

Редактор А. Долинич

Техред М.Моргентал

Заказ 752Тираж.Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

fc.;0St.F.E.a.c

Корректор М. Пожо