Способ разгрузки горных выработок от напряжений Советский патент 1992 года по МПК E21D11/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам защиты горных выработок от разрушений под действием горного давления.

В горном деле известен способ проходки выработки в разгруженном массиве, включающий определение радиуса зоны неупругих деформаций, бурение скважин, которые изменяют свое направление в процессе бурения, взрывание в них камуфлетных зарядов и последующую проходку выработки.

Для повышения устойчивости выработки в разгруженном горном массиве скважины для камуфлетных зарядов бурят на расстоянии от оси выработки, равном 1 ,0-1 ,2 радиуса зоны неупругих . деформс)ций.

Этот способ имеет следующие недостатки. Зона неупругих деформаций формируется в течение длительного времени, поэтому имеется сложность в определении расстояния от оси выработки, на котором бурят скважины, а

XI

ел ю ю

Os 00

несоблюдение этого расстояния ухудшает состояние выраПотки. Так как с кважинЬГ8 процессе бурения изменяют свое направление, то для этого г требуется специальное оборудование, что ведет к удорожанию работ.

Известен также способ разгрузки горной выработки от напряжений, включающий бурение и взрывание скважин ю переменного по длине сечения из опережающей полости, проводимой над охраняемой выработкой параллельно плоскости охраняемой зоны. Угол Наклона скважин принимают равным углу f5 сдвижения боковых пород. - Недостатком этого способа является то, что необходимо проведение дополнительной опережающей полости, доставка в нее бурильного оборудова- 20 ния; бурение скважил переменного сечения требует специального бурильного оборудования. Это ведет к удоро- жэнию работ.

Наиболее близким по технической 25 сущности к предлагаемому является способ разгрузки горной выработки от напряжений, который заключается в бурении и взрывании скважин в горном массиве с образованием в нем плас-30 тообразных зон разрушенных пород, располагающихся а плоскостях, не пересекающихся с выработкой, где каждая зона разрушенных пород выполняется

Поставленная цель достигается что согласно способу разгрузки г ных выработок от напряжений, вкл чающему бурение скважин и взрыва в них зарядов с образованием в г ном массиве плэстообразных зон рушенных пород, располагающихся плоскостях, не пересекающихся с работкой и окружающих их зон раз женных пород, из центра поперечн сечения выработки бурят опережаю скважины, а зону разгруженных по образуют в виде призмы, боковые которой представляют собой пласт образные зоны разрушенных пород, пересекающие на вертикальной оси работки, располагающиеся под угл к горизонту, равным углу сдвижен боковых пород, причем кратчайшее расстояние от контура выработки боковой грани призмы равно 6-10 усам разрушения в данном направл

Новым по отношению к известно способу является -создание опереж щей по отношению к выработке зон разгруженных пород в виде призм боковыми гранями которой являютс пластообразные зоны разрушенных род, пересекающиеся на вертикаль оси выработки, располагающиеся п углом к горизонту, равным углу с жения боковых пород, и находящие на кратчайшем расстоянии от конт

за пределами проекции горной выработ- 35 выработки, равном 6-10 радиусам

ки на эти плоскости. Для ведения буровзрывных работ осуществляют проходку буровых камер, располагающихся по обе стороны от горной выработки в шахматном порядке.

Известный способ имеет следующие недостатки. Образование пластообраз- ных зон разрушенных пород производится, когда выработка уже пройдена. При этом происходит нарушение равновесного состояния породного массива вокруг уже пройденной выработки, что ведет к увеличению нагрузки на крепь, ее деформации и возможному разрушению, приводит к увеличению затрат по поддержанию выработок. Ведение буро- взрытых работ требует проведения буровых камер, монтажа и демонтажа бу рильного оборудования в них, что повышает затраты нэ проведение.

Цель изобретения - снижение материальных и трудовых затрат на проведение и поддержание выработок.

40

45

50

55

разрушения в данном направлении.

Кратчайшее расстояние между п тообразными зонами разрушенных п и контуром выработки обусловлено чтобы переместить напряжения, во кающие на контуре, в глубь масси в томе время исключить влияние р рушенных зон на выработку.

Величина расстояния от пласто разных зон разрушенных пород до тура выработки представляет собо размер зоны влияния заряда, взо ванного при формировании пластоо разных зон и условно принятого з выработку, зависит от пород, в к рых выполняются работы. Ширина э условной выработки принимается р ной двум радиусам разрушения в д ном направлении.

Так как зона влияния выработк составляет три размера выработки ширине при проведении выработки песчанике, четыре размера при пр

Поставленная цель достигается тем что согласно способу разгрузки горных выработок от напряжений, включающему бурение скважин и взрывание в них зарядов с образованием в горном массиве плэстообразных зон разрушенных пород, располагающихся в плоскостях, не пересекающихся с выработкой и окружающих их зон разгруженных пород, из центра поперечного сечения выработки бурят опережающие скважины, а зону разгруженных пород образуют в виде призмы, боковые гран которой представляют собой пласто- образные зоны разрушенных пород, пересекающие на вертикальной оси выработки, располагающиеся под углом к горизонту, равным углу сдвижения боковых пород, причем кратчайшее расстояние от контура выработки до боковой грани призмы равно 6-10 радиусам разрушения в данном направлении

Новым по отношению к известному способу является -создание опережаю- щей по отношению к выработке зоны разгруженных пород в виде призмы, боковыми гранями которой являются пластообразные зоны разрушенных пород, пересекающиеся на вертикальной оси выработки, располагающиеся под углом к горизонту, равным углу сдви- жения боковых пород, и находящиеся на кратчайшем расстоянии от контура

0

5

0

5

разрушения в данном направлении.

Кратчайшее расстояние между плас- тообразными зонами разрушенных пород и контуром выработки обусловлено тем, чтобы переместить напряжения, возникающие на контуре, в глубь массива и в томе время исключить влияние разрушенных зон на выработку.

Величина расстояния от пластооб- разных зон разрушенных пород до контура выработки представляет собой размер зоны влияния заряда, взорванного при формировании пластооб- разных зон и условно принятого за выработку, зависит от пород, в которых выполняются работы. Ширина этой условной выработки принимается равной двум радиусам разрушения в данном направлении.

Так как зона влияния выработки составляет три размера выработки по ширине при проведении выработки в песчанике, четыре размера при прове-

дении в алевролитах и песчанистых сланцах, пять размеров при проведении в аргиллитах и глинистых сланцах, то кратчайшее расстояние от пластообразных зон разрушенных пород до контура выработки имеет пределы от трех до пяти диаметров разрушения (6-10 радиусов разрушения) в данном направлении в зависимости от пород. При увеличении этого расстояния на контуре выработки восстанавливаются напряжения, при уменьшении пластооб- разные зоны оказывают влияние на выработку.

Расположение боковых граней разгруженной зоны в виде призмы под углом к горизонту, равном углу сдвижения боковых пород и с гранями, пересекающимися на вертикальной оси выработки, обусловлено тем, что искусственно создают массив, аналогичный разгруженной зоне, возникающей при выемке пласта. Породы над разгруженной зоной зависают и передают часть своего веса на породы, расположенные у границ разгруженной зоны. Кроме того, пластообразные разрушенные зоны выполняют роль демпфирующего слоя между разгруженным массивом и вышележащей толщей пород.

Создание пластообразных зон выполняется с опережением во времени создания охраняемой выработки, которое принимается не менее .времени работ очередного цикла создания пластообразных разрушенных пород и не более времени их смыкания.

Время работ очередного цикла создания зон разрушенных работ обусловлено тем, чтобы выработка проводилась в разгруженной зоне под прикрытием пластообразных разрушенных зон; время восстановления первоначальной плотности в разрушенном массиве обусловлено тем., чтобы выработка проводилась в разгруженном массиве до возможного возобновления передачи бокового и .вертикального давления на крепь выработки при восстановлении первоначальной плотности в разрушенном массиве.

Бурение скважин осуществляют непосредственно из выработки, что позволяет отказаться от проведения дополнительных выработок или камер. Нет необходимости в дополнительных бурильных механизмах, так как для скважин искользуют то же оборудование, что

10

752968 . 6

и для забойных шпуров. Все. это снижает затраты на проведение выработок.

Таким образом, предлагаемый спо- с соб разгрузки горной выработки от напряжений обладает свойствами, не совпадающими со свойствами известных решений и имеет существенные отличия.

За счет создания благоприятного режима работы крепи снижаются зат раты на последующее поддержание выработок.

На фиг.1 изображены выработка и плас-тообразные зоны разрушенных пород, горизонтальный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1.

Пример. Выработку 1 сечением 13,0 м2 проходят в разгруженном массиве 2 в виде призмы, боковыми гранями которой являются пластообразные разрушенные зоны 3 располагающиеся под углом к горизонту Ј0 70°, равным углу сдвижения боковых пород, и пересекающиеся на вертикальной оси выработки 1, образованные путем направленного действия взрыва ВВ в сква15

20

25

жинах , пробуренных в направлении,

задаваемом из центра поперечного сечения выработки 1 к границам пластообразных разрушенных зон 3 с таким расчетом, чтобы пластообразные зоны не имели разрывов.

Выработку проводят в глинистых сланцах с 30 МПа. Используемое ВВ - аммонит АП-5ж. Согласно методике расчета зоны разрушений при кэ- муфлетном взрывании на основе конструктивных особенностей оболочек с линейными прорезями для перераспределения энергии взрыва в необходимом направлении, в которых производится взрывание ВВ, радиусы разрушений в различных направлениях составят: радиус разрушения по линии пересечения пластообразной зоны разрушенных пород и плоскости, параллельной поперечному сечению выработки, проходяЩей через точку взрывания, Kpatp 0,7 м; радиус разрушения, перпендикулярный линии пересечения пласто- образной разрушенной зоны и плоскости, параллельной поперечному сечена

выработки, проходящей через точку взрывания, , 0,2 м; радиус раз

рушения в плоскости разрушенной зоны в направлении, в котором движется охраняемая выработка, Rpa3p 0,5 м.

Чтобы пластообразные зоны разрушенных пород не имели разрывов, величина заходки, с которой выполняются разрушенные зоны, составляет

Количество скважин в веере, располагающихся ниже горизонтапьной плоскости, проходящей через центр поперечного сечения выработки, равно

Изобретение относится к горному делу и применяется при проведении горных выработок. Оно позволяет снизить материальные и трудовые затраты на проведение и поддержание выработок. Из центра поперечного сечения охраняемой выработки бурят опережающие скважины. Путем направленного действия взрыва в скважинах образует пластообразные разрушения зоны, располагающиеся под углом к горизонту, равному углу сдвижения боковых пород, и пересекающиеся на вертикальной оси выработки. Кратчайшее расстояние от разрушенных зон до контура выработки равно 6-10 радиусам разрушения в данном направлении. Пластообразные разрушенные зоны являются боковыми гранями зоны разгруженных пород, имеющей форму призмы, в которой и располагается выработка. Это позволяет не нарушать равновесное состояние породного массива вокруг пройденной выработки, дает возможность отказаться от проведения дополнительных камер для размещения бурильного оборудования, исключить затраты на демонтаж, доставку и монтаж этого оборудования. 3 ил., 1 табл.

2-Я

рщр

1,0 м.

При этом количество скважин в веере для каждой пластообразной зоны равно

})

2 R

a i ЈiiiЈ2 - 9J

Кр(Ир

sin 2Ј„

где а - кратчайшее расстояние от

контура выработки до пласто- 25 образных зон разрушенных по

для глинистых слан 2,0 и;

г - эквивалентный радиус выработки, м, для выработки сечением S 13 м2

- 2,03 м.

Тогда

2+2,03 (1+cos 70°)

1 Si .---i- -«- «.-....™.

0;7 sin(2 -70°)

полн

, «- Jv

, a i-r

- для скважин, располагающихся Выработку проводят с отставанием ниже горизонтальной плоское-50 по отношению к пластообразным разрушенным зонам L 2 м, кратчайшее расстояние от центра поперечного сечения выработки,из которого задается направление} скважин до забоя выработки 11(р 1 М.

Для первой верхней скважины

ти, проходящей через центр поперечного сечения выработки;

- - для скважин, располагающихся выше этой плоскости, 55

веы

10

зр

15

4

2-R,

sin

тп

2 шт . разр ъ il1 ио

Отсчет порядковых номеров скважин ведут от горизонтальной плоскости, проходящей через центр поперечного сечения выработки (например, первая нижняя скважина 1НТ вторая верхняя скважина 2В и т.п.).

Длину i-й скважины определяет по формуле

0

5

0

скв; где 1

-

ПОЛИ,

- 1

о;

полн;

о;

полное расстояние от центра выработки, из которого задается направление i-й скважины, до точки взрывания, м; расстояние от центра выработки, из которого задается направление

i-й скважины, до точки забуривания, м:

5

0

1 поли; где L

ч

ПОЛН;)1

- опережение пластообразных разрушенных зон по отношению к забою выработки, м; L - кратчайшее расстояние от центра поперечного сечения выработки, из которого задается направление скважин, t до забоя выработки, м; 1ПОПИ, - проекция полного расстояния на поперечное сечение выработки, м;

)2 + 2(2i-1 )R

а+г

Разр sin S0

cos

C,,,Hф..-1.„.7. -2( :$$ °° -

b 1t

1по,н,6 л|( .

5J3 м.

« arct - ilVsinJLi OR j,

1L + LA

V( - arct, -,.03)/sin 70 I l2;blbfiA7 os 70 ° щ o Ь2+1

Угол наклона скважины относительно горизонтальной плоскости, проходящей через центр выработки

I- « -ЧЈ$КЈЗг

г.,- «« -&{т&Нз--2з

Длина скважины составит

, 1 Lo

1ск&; -поли;

513 - 35

эд лCQ

3,5 м.

Аналогично, зная значения S; GO L; L, ; R p«ip ; рассчитывают параметры остальных скважин.

Параметры скважин в веере для принятых условий приведены в таблице.

Точное соблюдение параметров бурения скважин позволяет создать збну 2 разгруженных пород в виде призмы

без разрывов и необходимой формы.

Взрывание зарядов в скважинах k производится в один прием с забойными шпурами, но с опережением во временя. При этом ударная волна от

Угол поворота скважины относительно оси выработки

5

скважинных зарядов способствует луч- 0 шему отрыву породы при взрывании шпуров забоя выработки 1.

Применение способа позволяет на 30% снизить затраты на проведение вы - работок, на 75% снизить затраты на 5 их поддержание, значительно повысить устойчивость.

Формула изобретения

I v -5 -

Способ разгрузки горных выработок от напряжений, включающий проведение выработки, бурение скважины и взрывание в них зарядов ВВ с образованием в породном массиве пластообразных зон разрушенных пброд, располагающихся в плоскостях, не пересекающихся с выработкой, и окружающих их зон разгруженных пород, отличающийся тем, что, с целью снижения материальных и трудовых затрат на проведение и пбддержание выработки, скважины бурят с опережением от центра поперечного сечения выработки, а зону разрушенных пород формируют в л виде призмы, боковые грани которой образуют из пластообраэных зон разрушения пород, пересекающихся на вертикал ьнбй оси выработки, при этом грани призмы разрушенных пород рас- CQ полагают под углом к горизонту, равным углу движения боковых пород, а кратчайшее расстояние от них до контура выработки принимают равным 6- 10 радиусам разрушения в данном направлении,t

0

Фиг. I