Способ заоткоски уступов Советский патент 1992 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, промышленном, транспортном и гидротехническом строительстве.

Известен способ направленного разрушения горных пород, включающий бурение скважин в плоскости раскола и заполнения скважин твердеющей расширяющейся массой 1.

Недостатком данного способе является его низкая эффективность из-за относительно высокой стоимости расширяющегося заполнителя и отсутствия гарантии образования

экранирующей щели после расширения заполнителя.

Известен способ разрушения монолитных объектов, включающий бурение скважин по линии намеченного разрушения породных межскважинных целиков посредством пуансонов 2.

Недостатком этого способа является его низкая технологичность. Площадь воздействия пуансона одной давильной установки на массив горных пород весьма ограничена, поэтому для создания эффективных нагрузок по всей длине скважины необходимо создавать специальные гирлянды из давильных установок, что при длине оконтуривающих скважин 25 30 м и более

-Ч

О

ы

-ч

елают данный способ трудноосуществиым. Кроме того, примене- ие давильных становок связано с использова нием масло- танций, что ухудшает эколсги ескую ситуцию на контуре карьера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является стссб заоткоски уступов при открытой разработке месторождений полезных ископаемьх, включающий предварительное щелеобразование на контуре уступа путем бурения оконтуриваю- щих скважин и взрывания в них зарядов ВВ

3.

Недостатком этого способа является невысокое качество ззотке ски вследствие того, что взрывание зарядов ВВ приводит к значительному трещинообрззованИю в законтурном массиве, что суцестеенно ухудшает условия обеспечения его длительной устойчивости. Кроме того, при проведении взрывных работ возникает необходимость вывода из опасной зоны обсру/.ования, что снижает технологичность п доводимых работ.

Целью изобретения является повышение технологичности и качества заоткоски.

Поставленная цель достигается тем, что в способе заоткоски уступов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, включающем создание экранирующей щели на контуре уступ путем бурения оконтуривающих скважин и механического воздействия на породный массив, производят обсадку оконтуривающих скважин, цементируют их и создают вибрацию в направлении колебаний, перпендикулярном плоскости экранирую цей щели, при этом параметры колебаний выбирают из следующих соотношений:

т

где со- круговая частота колеб; ний;

Ё ир- модуль Юнга и ппотность породы;

t - ширина приконтурной лс нты;

(2)

где W - мощность колебаний;

а- удельная энергия образования новой поверхности в горной п

L - длина экранирующе щели;

Н - глубина оконтуривающих скважин;

Т - необходимое время для создания щели.

Способ осуществляется следующим образом.

По контуру карьера бурят оконтуриваю- щиескважины необходимой глубины. Затем

ш

(1)

производят их обсадку таким образом, чтобы верхняя часть обсадной колонны выступала над поверхностью устья скважины на 50-60 см. После этого оконтуривающую

скважину цементируют. На выступающие части обсадных колонн оконтуривающих скважин крепят вибраторы, которые под- включают к электросети. Выбор типа вибратора осуществляют, исходя из соответствия

их характеристик (собственная частота и мощность) требуемым параметрам колебаний, определяемым по формулам (1) и (2). После образования экранирующей щели вибраторы отключают. Факт образования

экранирующей щели и, при необходимости, ее параметры определяют известными способами.

Пример. Заоткоску осуществляют в горном массиве, основной породой которого является мрамор. Величины а/ и Е, входящие в формулы (1) и (2). имеют следующие значения (4): а 100 Дж/м2,р 2710 кг/м3, Е 107 х 109 Па. Ширину I приконтурной ленты принимают равной 50 м, значения

других величин приняты следующими: L 100 м, Н 30м, Т 60с 1 мин.

Отметим, что приведенное выше значение Е характерно для ненарушенного трещинами образца породы. В

действительности же в трещиноватом массиве значение Е в 3-7 раз меньше аналогичного значения для образца, поэтому для расчетов принимают Е 15 х 109Па. Процесс вынужденных колебаний в приконтурном

массиве описывается следующим дифференциальным уравнением, граничными и начальными условиями, записанными в безразмерном виде:

#U #U 9U ., л

lF a /KSSOS 0(t)

|У/х 1 0,U/t 0 0,/t o 0 , (3)

где U - смещение точки массива;

- Х-текущая координата, отсчитываемая от контура щели, причем ось Ох направлена в сторону свободной поверхности откоса;

t - время;

0Ob(to)- вынуждающая нагрузка, создаваемая вибраторами.

Переход к безразмерным величинам осуществляется по формулам (в левых частях нижеследующих формул стоят безраз- 5 мерные величины, а в правых - размерные):

U-U/l,x-x/l.t t/lJI а -Ц, (4)

где о- напряжение в массиве.

Введя преобразования Лапласа по времени:

U (x,S) - sT rst U(x,t)dt Ob (S)S/| st ob(t)dtaJ .

и, разрешив преобразованную задачу (3), получим выражение для лапласского образа функции U(x,t):

U(x,s)-f 05)

В случае гармонических вынужденных колебаний ob(t) оьсозол, гдеоь const.ft) - круговая частота колебаний,

(6)

Подставив выражение (6) для 0ъ(5)в формулу (5) и воспользовавишсь известным асимптотическим свойством преобразования Лапласа, получим выражение для U(x,t) при установившихся колебаниях:

U(x,t) -cosftrt) f-yi-CcosV f(от(а - 6

- cosan) -f (cosygt - cosft X1 - х)2

(7)

Из формулы (7) следует выражение для относительной деформации на контуре ще ли:

«в-сёи-в -

Перейдя в формулу (8) к пределу при /б получим:

с

e(t) - rp obt s I now(9)

Из (9) следует, что при ю - ufe наступает резонанс и деформация неограниченно возрастает вплоть до разрушения массива. В размерном виде резонансная частота, очевидно, выражается формулой (1). Подставив в эту формулу исходные данные, получим:

О)

(Ю)

11ЙХ1, ЯГЫТ

5x10

271 х 1СГ

115

Расчет мощности колебаний ле (2) дает:

w 100x 100x30 5квт

0

%

0

0

5

0

5

Мощность вибраторов Wb равна: W- 1/0,1 х5кВт 50кВт,{12) где ij - 0,05-0,15 - коэффициент полезного действия вибратора.

Расстояние ICKB между скважинами рассчитывают по формуле:

i -Nami

«в г11JJ

где Nb - мощность одного вибратора.

Выбрав в качестве вибратора агрегаты мощностью 2 кВ т, по формуле (13) получим i 100мх2кВт л„ 1скв- 50кВт4м

Создание относительно несложным способом качественной экранирующей щели позволит обеспечить оптимальный угол наклона борта карьера, что даст возможность снизить затраты на вскрышу и повысит безопасность ведения горных работ.

Формула изобретения

Способ заотоски уступов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, включающий создание экранирующей щели на контуре уступа путем бурения оконтуривающих скважин и механического воздействия на породный массив, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности и качества заоткоски. производят обсадку оконтуривающих скважин, цементируют их и создают вибрацию в направлении колебаний, перпендикулярном плоскости экранирующей щели, при этом параметры колебаний выбирают из следующих соотношений:

ft)TV где (о- круговая частота колебаний;

Е и р - модуль Юнга и плотность породы;

I - ширина приконтурной ленты;

W a L Н/Т, где W - мощность колебаний:

а- удельная энергия образования новой поверхности в горной породе;

L - длина экранирующей щели;

Н - глубина оконтуривающих скважин;

Т - необходимое время для создания щели.

Использование: при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом в промышленном, транспортном и гидротехническом строительстве. Сущность изобретения: способ ззоткоски уступов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых включает создание экранирующей щели на контуре уступа путем бурения оконтуриваю- щих скважин и механического воздействия на породный массив. Новым является то, что производят обсадку оконтуривающих скважин, цементируют их и создают вибрацию в направлении колебаний, перпендикулярном плоскости экранирующей щели, при этом параметры колебаний выбир аюд из следующих соотношений (а - 1/1 убЕУ/э (1), где (У - круговая частота колебаний, Е и р- модуль Юнга и плотность породы; I - ширина приконтурной ленты; W a L Н/Т (2), где W - мощность колебаний, а - удельная энергия образования новой поверхности в горной породе, L - длина экранирующей щели, Н - глубина оконтуривающих скважин, Т - необходимое время для создания щели. 1 п.ф-лы.