Способ управления горным давлением Советский патент 1992 года по МПК E21C41/20 E21C41/18 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для управления состоянием и свойствами горного массива.

Цель изобретения - повышение эффективности и безопасности работ по разгрузке горного массива от напряжений.

На чертеже приведена схема реализации способа.

На схеме показаны неззрывные пневматические источники 1, размещенные в скважинах 2 и заполненные упруговязким телом 3. компрессор 4 высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7. электронный пульт 5 управления для синхронизации работы группы источников колебаний, датчики 6 давления горных пород, блок 7 согласования, микро- ЭВМ 8, модуль 9 памяти, пультовый терминал 10, цифропечатающее устройство 11.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы s породном массиве, в котором требуется ослабить напряжения. На удалении в несколько длин волн основной частоты, генерируемой в массиве, в параллельно, расположенной горной выработке на том же горизонте бурят скважины 2 и размещают в них невзрывные пневматические источники 1 в один ряд, причем направление действия указанных источников ориентируют с одним из главных векторов напряжений в породном массиве, т.е. источники устанавливают в плоскости, проходяVI

oa-k

сл

щей через линию действия максимального главного напряжения.

Максимальный диаметр 300-500 мм и глубину скважин 10(5:-12)идля размещения невзрывных пневматических источников выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-400 Гц, при которых имеет место максимальная закачка упругой энергии в теле горной выработки, составляющая от 3 до 9% энергии, поступающей в невзрывной пневматический источник от компрессора и высокого давления, до 300 атм. Глубина скважины оптимальна величине давления, обеспечивающегося водным столбом упруговпзкоготела 3, зчполняюще- го скважину, и составляет для диапазона частот 60-400 Гц, 5-12 м (атмосфер)

Скважины бурят на расстоянии 3-5 длин волн от локального участка горного массива, в котором нужно ослабить напряжения.

Время воздействия - время синхронной работы группы невзрывных пневматических источников колебаний до приведения массива в неудароопасное состояние регулируют посредством электронного пульта 5 управления, блока согласования и микропроцессорного блока в зависимости от обводненностипородинапряженно-деформированного состояния горного массива.

При синхронной работе группы невзрывных пневматических источников амплитуду поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения деформаций горных пород в массиве, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления. Колебанмями вибраций вызывают s породном массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределяют напряжение на пути распространения колебаний и уменьшают динамику проявления горного давления.

Для избежания динамических проявлений горного давления во время вибровоздействия контролируют напряженное деформированное состояние горного массива геофизическими и геомеханическими методами исследований.

Воздействуя на массив вибрационными нагрузками, измеряют его напряженное деформированное состояние и при достижении в Нем напряжений, примерно равных 0,5 от разрушающих, начинают нагиетат в горные породы упрочняющие растворы либо полимерные композиции либо осуществляют набрызг цементных растворов на

поверхность горных выработок, при этом амплитуду знакопеременного давления в упругой волне выбирают близкой по величине к горному давлению из условия

0з н Ог.д, где Озн - давление в первой полуволне, о д - геостатическое давление веса вышележащих пород.

Таким образом, горный массив обрабатывают мощными вибрационными нагруз0 ками в диапазоне 60-400 Гц, что способствует повышению устойчивости горной выработки и эффективности способа.

По истечении необходимого времени невзрывные пневматические источники вы5 ключают и перемещают на новое место или оставляют на старом, если сохраняется возможность повторного воздействия на передний массив в достижении в нем необходимого эффекта.

0 Возможна дополнительная установка анкеров перед нагнетанием в массив скрепляющих растворов.

В зависимости от степени обводненности массива и прочности пород нагнетают

5 сначала разупрочняющие растворы воду с добавкой 1-2% ПАВ), а затем после приведения горного массива в неударно-опасное состояние, нагнетают скрепляющие растворы и вибровоздействия в этом случае произ0 водят на частоте колебаний, равной собственным частотам горного массива. Это улучшает гидро- и аэродинамические связи горных пород в массиве и способствует более полному раскрытию пор и трещин

5 в массиве.

Приборы для осуществления способа работают в следующей последовательности.

0 С помощью датчиков б давления горных пород определяют поле напряжений и главные векторы. Ориентируют невзрывные пневматические источники в направлении действия максимального главного напряже5 ния и подают импульс давления сжатого воздуха от компрессора в невзрывные источники. В последние встроены тензодатчи- ки, которые преобразуют импульс сжатого под давлением воздуха в электрический сиг0 нал, подаваемый на вход электронного пульта управления. Этот сигнал сравнивается в нем с заранее заданными сигналами для определенных давлений. С целью автоматизации процесса и корректировки пара5 метров невзрывных источников частот, интенсивностеи и длительностей во время вибровоздействия на массив информация с электронного пульта управления и датчиков горного давления вводится в информационный вычислительный комплекс, включающий блок согласования, микроЭВМ, модуль памяти, пультовый терминал и цифропеча- тающее устройство.

Фор мула изобретения

1. Способ управления горным давлением, включающий бурение в горном массиве скважин, размещение в них невзрывных пневматических источников колебаний, последовательно соединенных с компрессе- ром высокого давления, определение максимального и минимального направлений действия векторов главных напряжений, ориентирование невзрывных пневматических источников колебаний в на- правлении максимального действия плавного напряжения, возбуждения колебаний в горном массиве группой невзрывных пневматических источников, регулирование параметров вибровоздействия невзрывных пневматических источников, поэтапное воздействие на горный массив вначале частотой в диапазоне от 6 до 1500 Гц, а затем частотой, равной частоте собственных колебаний горного массива, в течение времени, необходимого для достижения напряжений,

равных 0,5 от разрушающих, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и безопасности работ по разгрузке горного массива от напряжений, работу группы невзрывных пневматических источников колебаний синхронизируют в реальном масштабе времени, а вибровоздействие на горный массив ведут в совокупности с нагнетанием в породы воды с добавкой 1-2% ПАВ в течение времени, обусловленного сменой деформаций сжатия деформациями растяжения, затем при вибровоздействии частотой, равной частоте собственных колебаний локального участка горного массива, в породы нагнетают скрепляющий раствор.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения зоны разгрузки горного массива, амплитуду знакопеременного давления в упругой волне устанавливают из соотношения о3н окд . где сг3н - давление в первой полуволне, 0Кд - геостатическое давление веса вышележащих пород.

Использование: изобретение позволяет управлять состоянием и свойствами ударо- опасного горного массива. Сущность изобретения: в горный массив бурят скважины. В скважинах размещают невзрывные пневматические источники колебаний, которые соединяют с компрессором высокого давления. Определяют максимальное и минимальное направления действия векторов главных напряжений. Работу группы источников колебаний синхронизируют в реальноммасштабевремени. Вибровоздействуют на массив в совокупности с нагнетанием в породы воды с добавкой 1-2% ПАВ в течение времени смены деформаций сжатия деформациями растяжения. Затем вибровоздействуют частотой, рзв.юй частоте собственных колебаний локального участка горного массива, и нагнетают скрепляющий раствор. 1 э.п. ф-лы, 1 ил.

/////////////