Способ разрушения горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C45/00 

(S

С

Способ разрушения горных пород струей импульсного действия приложением на массив последовательных импульсных воздействий струи, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой в массиве щели. Наряду с основной формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фазовым составом; аналогичными основной струе,и с диаметром, в 1,5-2,0 раза меньшим диаметра основнойструи. Воздействуют дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки. 3 ил.

Изобретение относится к разрушению горных пород, ч, частности к струйным способам, и может 6jTb использовано в горной промышленности, гидротехническом и дорожном строительстве, энергетике.

Известен способ разрушения горных пород (преимущественно угля), при котором создают импульсы давления скважностью примерно 2, формируют отрезки струи и нарезают ими врубовые щели 1. Недостатком этого способа является высокая энергоемкость разрушения. Это обусловлено тем, что при щелеобразовании импульсными струями такой скважности перемещение струе- формм-рующего ствола за время паузы между импульсами незначительно отличается от перемещения струи за время ее действия на массив. Вследствие этого разрушение производится при небольшом шаге отбойки и на небольшую глубину.

В качестве прототипа принят способ разрушения горных пород, включающий

формирование струи импульсного действия и приложение последовательных импульсных воздействий указанной струи на массив, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой в массиве щели 2 Очередное воздействие струи на массив при этом происходит на расстоянии шага отбойки S0 (5-6)d0, в несколько раз превышающем диаметр струи do, от предыдущего места разрушения. Процесс разрушения каждым импульсным воздействием начинается с растекания струи по неразрушенному массиву, внедрения струи в массив и формирования начальной воронки с наружным диаметром около 1,5do. Внедрение струи в массив производится отрезком струи длиной (50-100)d0, и длительностью: твн . (50- 100)do/v0. где v0 - скорость истечения струи. Затраты энергии на внедрение струи (Авн (50-100) гг podo3/4«(40-80)p0do3) составляют 15-30% энергии импульса оптимальной длительности, в то время как

х О х С ОС

величина объема разрушения за этот период составляет около 1% от общего, т.е. начальное внедрение струи в массив проходит с энергоемкостью в 15-30 раз больше, чем последующий процесс разрушения при сформированной воронке. В дальнейшем происходит увеличение глубины и диаметра воронки. По достижении ею достаточных размеров, под действием усилия, сообщаемого струей, в перемычке между забоем во- ронки и ранее нарезанной щелью образуется система трещин, и происходит откол с перемычки крупных частиц. Такой процесс продолжается до окончания действия импульса. При образовании щелей межщелевые целики испытывают действие мощных импульсных нагрузок, которые многократно повторяясь с частотой следования импульсов вызывают усталостные явления в породе. В результате происходит интенсивное трещинообразование и самообрушение целиков.

Данный способ имеет более высокую эффективность разрушения, чем аналог, благодаря тому, что перемещение струи во время ее разрушающего воздействия на массив незначительно, и производится эффективный откол перемычек между соседними импульсными воздействиями. Однако возможности разрушения с помощью импульсных струйных воздействий на массив здесь реализуются не полностью. Недостатком этого способа является повышенная энергоемкость разрушения, что связано с большими затратами энергии на внедрение струи в массив, имеющими место в начале каждого импульсного воздействия.

Цель изобретения - снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в известном способе разрушения горных пород, включающем формирование струи импульсного действия и приложение последовательных импульсных воздействий указанной струи на массив, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой щели, формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фазовым составом, аналогичными основной струе, и с диамет- 1.5-2,0 раза меньшим диаметра основной струи, и воздействуют указанной дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки.

Новизной предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом является формирование дополнительной струи со скоростью и вещественно-фазовым составом, аналогичными основной струе, и с диаметром в 1,5-2.0 раза меныцим диаметра основной струи, и воздействие ею на массив одновременно с основной и впереди нее не расстоянии, кратном шагу отбойки. Такие

импульсные воздействия обеспечивают разрушение горного массива, при котором внедрение в массив и образование начальной воронки осуществляется дополнительной струей, имеющей меньшие в 2,25-4,0

раза мощность и в 1,5-2 раза время внедрения, чем основная струя. Основная же струя производит разрушение только при оптимальном по энергоемкости диаметре воронки: (3,5-7,0)d0. В результате энергия,

затрачиваемая на внедрение струи в массив, пропорциональная do3, снижается 8 3,4-8 раз-от 15-30% до уровня ниже 5%, а общие энергозатраты на разрушение снижаются в 1,1-1,25 раза. Такое решение неизвестно и отвечает критерию существенные отличия.

Сущность предложенного способа разрушения горных пород поясняется схемами разрушения массива в различные моменты

импульсного струйного воздействия (фиг. 1, 2, 3).

Изобретение осуществляется следующим образом.

Создают распределенную с шагом отбойки вдоль нарезаемой щели 1 последовательность одновременных импульсных, имеющих большую скважность (порядка 10), воздействий на массив 2 двух струй: основной 3, начальным диаметром do,и допоянительной 4, начальным диаметром di, в 1,5-2 раза меньшим do, и опережающей основную струю 3 на расстояние nS, где п - целое число, обычно равное 1. Такая последовательность импульсных воздействий может

осуществляться в трех вариантах: 1) созда- ют струи 3 и 4 импульсными большой скважности и перемещают их вдоль нарезаемой щели 1 с постоянной скоростью vn; 2) создают непрерывные струи 3,4 и перемещают их

со скоростью vn, изменяющейся периодически (импульсно) с большей скважностью: 3) импульсные струи 3, 4 перемещают с периодически изменяющейся скоростью vn. При каждом из таких импульсных воздействий на массив.2 процесс разрушения дополнительной струей 4, опережающей основную струю 3 на кратное шагу отбойки расстояние nS, начинается с растекания струи 4 по неразрушенному массиву 2 (фиг.

5 1). В месте натекания струи 4 происходит фильтрация жидкости под давлением в массив 2, образование трещин и формирование начальной воронки диаметром 1,5di. На этот процесс внедрения струи 4 в массив 2,

течение времени г Вн (50-100) di/v0,

характеризующийся повышенной энергоемкостью, затрачивается энергия АВн (40- 80)p0di3. Далее разрушение струей 4 идет при сформированной воронке, и энергоемкость его резко снижается. Процесс разру- шения основной струей 3 начинается с попадания ее в уже сформированную ранее струей 4 воронку 5, имеющую диаметр около 3,5 d или (5-7)di, при котором разрушение осуществляется с минимальной энергоемкостью. Происходит рост диаметра и глубины воронки 5. Образующаяся между забоем воронки 5 и ранее нарезанной щелью 1 перемычка 6 подвергается действию усилия от струи 3 и сил гидравлического клина от проникающей в породу воды. В результате идет интенсивное трещинообразование и откол крупных частиц (фиг. 2). Одновременно с этим продолжается процесс разрушения дополни- тельной струей 4 - рост воронки 7.

Разрушение струей 3 перемычки 6 продолжается до конца данного импульсного воздействия. При этом производится практически полный откол перемычки 6 и увели- чение длины нарезаемой щели 1 на шаг отбойки S (фиг. 3). Дополнительная струя 4 заканчивает образование воронки 7 диаметром (5-7)di для поспедующего действия основной струи 0.

При оптимальной по энергоемкости разрушения длительности импульсного воздействия ( т о (150-500)d0/v0 общие энергозатраты струй 3 и 4 нз разрушение зз один импульс составляют:

АО ро л (150-500)d03/4 -u Do ;r (150- 500)di3/4 (118-392)p0(d03 + df). Для d0 (1,5-2,0)di АО (1062-17 15)podi3. Л относительные энергозатраты на внсдрзние струи в массив Авн/Ао составляют че более 5%.

Во время нарезания щелей 1 в межщелевых целиках (на схемах не показаны) под действием мощных импульсных нагрузок, которые;многократно повторлрсь с частотой следования импульсных воздействий.вызы- вают усталостные явления в породе, происходит интенсивное трещинообразование и они разрушаются.

Формула изобретения Способ разрушения горных пород, включающий формирование струи импульсного действия и приложение на массив последовательных импульсных воздействий указанной струи, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой в массиве щели, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фазовым составом, аналогичным основной струе, и с диаметром, в 1,5-2,0 раза меньшим диаметра основной струи, и воздействуют указанной дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки.

Фиг.1

1

Фие.1

Фи&З