Способ управления напряжениями в окружающих выработку породах Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к проходке горных выработок и обеспечению безопасности горных работ в них. Изобретение может быть использовано на предприятиях, где необходима охрана подземных выработок от разрушения горным давлением в условиях ползучести пород или удароопасности.

Известен способ управления напряженным состоянием пород в массиве, окружающем горную выработку, путем создания в приконтурном массиве разгрузочной щели, В результате перемещения пород в направлении полости щели напряжения в породах снижаются.

Такой способ обладает существенным недостатком. В приконтурной части массива, снабженного щелью, сжимающие напряжения снижаются до нуля, а в отдельных случаях переходят в растягивающие, недопустимые для обнажений

В качестве прототипа изобретения принят способ предотвращения горных ударов в массиве горных пород, включающий образование за пределами горной выработки разгрузочных щелей, при этом разгрузочные щели образуют за зоной, наведенной горными работами, трещиноватости перпендикулярно максимальным снижающим напряжениям, действующим в массиве пород.

Однако известный способ приводит к разрушению зоны трещиноватости, когда ее податливость (сжимаемость) ниже податливости искусственно разрушаемой части массива. Кроме того, такой способ неэффективен в слабоустойчивых породах, так как способствует еще большему их ослаблению,

Целью изобретения является повышение сохранности выработки путем перераспределения напряжений в породах вокруг нее. Изобретение направлено на улучшение технико-экономических показателей проVI

О

сл сл

00

ходки и эксплуатации горной выработки, а также на повышение безопасности горных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе предотвращения горных ударов, включающем образование зоны разрушения горных пород за контуром выработки, образование этих зон производят за разгружаемой частью приконтурного массива; при этом разрушенную породу оставляют в ука- занной зоне и создают дополнительное давление дилантансией пород; дилантансию создают взрыванием скважинных зарядов.

Анализ отличительных признаков предложенного решения показал, что расположение зоны разрушенных пород за разгружаемой частью приконтурного массива позволило сохранить целостность прикон- турной части массива; снизить напряжения в массиве у контура горной выработки; перене- сти концентрации напряжений из приконтур- ной части массива в область его всестороннего сжатия, в которой несущая способность массива значительно выше, а удароопасность пород снижена их дроблени- ем; разрушение породы с сохранением ее массы в зоне разрушения позволило создать дополнительное стационарное давление за счет дилантансии пород; увеличить размер защитной зоны, включающей ненарушенную разгруженную и разрушенную пригружен- ную части массива; исключить объем бурения для компенсации разрыхления пород, необходимого при разгрузке массива известным способом; создание дополнительного дав- ления в зоне разрушения пород их дилантансией позволило применить взрывной способ разрушения пород, как наиболее экономичный по сравнению со специальными (механическими).

На фиг. 1 показано сечение горной выработки и окружающего ее приконтурного массива пород; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (зона разрушенных пород расположе- на за разгружаемой частью приконтурного массива); на фиг. 3 - эпюры напряжений в приконтурном массиве, когда зона разрушенных пород расположена за его разгружаемой частью; на фиг. 4 - разрез приконтурного массива, в котором зона разрушенных пород расположена между разгружаемыми частями массива; на фиг.5 -эпюры распределения напряжений в приконтурном массиве при расположении раз- рушенных пород между разгружаемыми частями массива; на фиг. 6 - расположение зоны разрушенных пород перед разгружаемой частью массива; на фиг. 7 - эпюры напряжений для случая расположения зоны

разрушенных пород перед разгружаемой частью массива.

Приконтурный массив представляет участок от контура выработки вглубь, в пределах влияния выработки.

Зона разрушенных пород, с помощью которой управляют напряжениями в массиве, характеризуется размером, в пределах которого выполнено искусственное разрушение пород.

Разгружаемая часть массива - это его часть, в пределах которой необходимо снизить напряжения, т.е. часть приконтурного массива, в котором управляют напряженным состоянием.

Размер разгружаемой части массива может определяться инструментально, например ультразвуковым каротажем скважин или регламентироваться инструктивными и проектными документами.

Размер зоны разрушенных пород определяется как разность размера защитной зоны, которая равна полупролету (радиуса) выработки, и размера разгружаемой части массива.

Защитная зона представляет собой участок пород of контура выработки в глубь массива, в котором не должен возникнуть горный удар или другое разрушение.

Способ осуществляется следующим образом.

Из выработки 1, через прилегающую к контуру 2 выработки разгружаемой части 3 приконтурного массива 4, выбуривают ряд скважин 5 длиной, равной размеру защитной зоны. Скважину 5 в пределах зоны 6 заряжают взрывчатым веществом (ВВ) с длиной недоразряда, равной размеру разгружаемой части 3 приконтурного массива

4.Взрыванием зарядов В В создают зону разрушенных пород 7. При взрыве в ортогональном направлении к плоскости расположения скважин 5 массив растягивается. В нем появляются разрывы, суммарная величина которых, по данным эксперимента, достигает 8-15 мм, Одновременно в противоположном направлении порода между скважинами 5 сжимается до разрушения и перемещается расширяющими газами к середине промежутка между скважинами

5,заполняя пустоты разрывов. После взрыва разрывы не могут полностью сомкнуться, этому мешает разрушенная порода 7.

В зоне разрушенных пород 7 за счет дополнительного распора делатирующих пород напряжение увеличивается, а в разгружаемой части 3 снижается.

ha фиг, 3 приведена эпюра 8 напряжений до применения предложенного способа пунктирная линия) и эпюра 9 после применения способа (сплошная линия), которые показывают, что в зоне 3 напряжения снижены.

На практике возможен случай, когда снизить напряжения необходимо в двух частях массива, например по краям целика. Тогда зону разрушенных пород 7 размещают между разгружаемыми зонами 3 и 12 (фиг. 4). Эпюры 10 и 11 (фиг. 5) показывают снижение напряжений в зонах 3 и 12 после применения предложенного способа.

На фиг. 6 показан случай, когда разгруженную зону необходимо создать внутри приконтурной части массива, например в центре целика. В этом случае способ предусматривает создавать зону разрушенных пород 7 перед разгружаемой частью 3 массива у контура 2 выработки 1. После применения предложенного способа напряжения в зоне 3 стали ниже (эпюра 13), чем до его применения (эпюра 14, фиг. 7).

Использование предлагаемого способа управления напряжениями в окружающих выработку породах в сравнении с известным обеспечивает следующие преимущества: при обеспечении разгрузки какой-либо зоны породы в ней не разрушают, что особенно важно для пород, примыкающих к контуру выработки; создание дополнительного распора в породах способствует повышению их устойчивости; во всех случаях дополнительный распор в одном месте и снижение напряжений в другом способствуют уменьшению значения интенсивности напряжения, а значит, и угрозы разрушения приконтурной части массива; зона разрушенных пород обладает важным противоречивым свойством: обеспечивая дополнительный распор, зона является податливой при значениях напряжений, близких к пределу прочности пород; податливость обеспечивается за счет смятия породы в точках контакта кусков; массив при этом не разрушается. Дополнительный распор создается дилантансией разрушенных пород, т е. свойство, которое приводило к разрушению пород на контуре выработки, использовано для получения положительного эффекта. Уменьшаются затраты на создание защитной зоны для охраны выработки за счет уменьшения объема бурения и расхода ВВ. Повышение устойчивости приконтурного массива позволяет для его поддержания применить облегченные крепи взамен арочной, бетонной и др.

Эффект от применения предложенного способа в условиях проходки выработок по удароопасным породам носит прежде всего социальный характер и заключается в повышении безопасности горных работ.

Кроме того, перераспределение напряжений в приконтурной части массива пород в сочетании с легкими видами крепи, например анкерной, может обеспечить достаточную устойчивость выработки, в которой до применения предложенного способа использовались металлическая арочная или бетонная крепи. На криворожском месторождении объем таких выработок составляет 10-20 км.

Учитывая примерные затраты на предлагаемый и известный варианты поддержания выработок, используем для расчета формулу

20

(С-Сн)-Ен(К„-К),

где С и Сн - приведенная стоимость поддержания 1 м выработки по известному ( руб.) и новому ( руб.) способам;

К - капитальные вложения (); Кн - затраты на НИР ( тыс.руб.);

Ен - нормативный коэффициент эффективности (,15);

А - объем использования нового способа (А 14000 м).

Ориентировочный экономический эффект составит 3 14000-(287-275)-0,15х х(90000)146500 руб.

Формула изобретения

Способ управления напряжениями в окружающих выработку породах, включающий определение размеров разгружаемой зоны приконтурного массива, бурение скважин, заряжание этих скважин зарядами

взрывчатых веществ и их взрывание, отличающийся тем, что, с целью снижения напряженного состояния окружающего выработку массива горных пород путем обеспечения дополнительного напряжения за

разгружаемой зоной, определяют размеры полупролета выработки, а скважину бурят за разгружаемую зону приконтурного массива, при этом заряжание скважин зарядами взрывчатых веществ производят на

длину, равную разности размеров полупролета выработки и разгружаемой зоны приконтурного массива.

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при проходке горных выработок. Цель - снижение напряженного состояния окружающего горную выработку массива горных пород путем обеспечения дополнительного напряжения за разгружаемой зоной. Определяют размеры разгружаемой зоны приконтурного массива. Определяют размеры полупролета выработки. За разгружаемую зону приконтурного массива бурят скважину. Заряжают ее зарядами В В на длину, равную разности размеров полупролета выработки и разгружаемой зоны приконтурного массива. Производят взрывание зарядов ВВ. 7 ил

u /Л7 ,,,(

Фиг. 2

/тФиг.З

Фиг.Ь

;;.№

iA , i м

Фиг. 6

П

Ъ

Фиг. 7