Способ разгрузки горной выработки от напряжений Советский патент 1993 года по МПК E21D13/02 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для поддержания выработок, проводимых в массивах с высокими напряжениями при отработке пологопадающих мощных месторождений на больших глубинах.

Известен способ охраны горных выработок, включающий бурение разгрузочных скважин в бортах выработки параллельными рядами и расположение их попарно в верхнем и нижнем рядах.

Однако таким способом.нельзя повысить устойчивость выработки, так как вокруг выработок существует асимметричное поле напряжений, и разгрузочные шпуры необходимо забуривать в местах максимальных концентраций напряжений. Бурение скважин только в бортах выработки

ослабляет цельную часть массива, что приводит к дополнительным разрушениям выработки.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ охраны выработок, заключающийся в бурении шпуров по разной высоте в стенках выработки под различны- ,. ми углами наклона к осям выработки, причем участки со шпурами чередуются с участками выработки без разгрузочных шпуров.

Однако из практики прочности горных пород известно, что для снятия в массиве высоких напряжений, необходимо его раз- уплотнить и создать податливость в наиболее слабом месте массива, в противном случае забуривание шпуров в других местах приводит к ослаблению массива и к дополVJ

О

о о ю

00

со

нительным обрушениям горных пород в окрестности подземного сооружения. Это объясняется тем, что в зоне ослабления (податливости) в любом случае наблюдаются разрушения пород, а дополнительное ослабление массива разгрузочными шпурами в бортах выработки нарушает сплошность их, т.е. борта разрушаются. При определенном разрушении бортов (расширении выработки) разрушается и кровля.

Кроме того, известный способ не учитывает исходное поле напряжений (без влияния очистной выемки) и динамическое поле напряжений (с учетом влияния очистной выемки).

Цель изобретения.- повышение устойчивости выработки путем снижения вывалооб- разований за счет управления жесткостью массива..

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающим бурение разгрузочных шпуров в стенках выработки, согласно изобретению перед бурением разгрузочных шпуров определяют плоскость ослабления, совпадающую с углом падения рудной залежи и проходящей ниже центра выработки на расстоянии, определяемом по формуле

n (1 -tg2a)/10tga(1) где G - угол падения рудной залежи, при этом разгрузочные шпуры бурят по линиям пересечения плоскости ослабления со стенками выработки.

В случае, если рядом с выработкой проводят или ожидается проведение очистной выемки, то поставленная цель достигается тем, что дополнительно бурят разгрузочные шпуры по линии пересечения горизонтальной плоскости, проходящей через центр выработки, со стенками выработки..

На чертеже представлен поперечный разрез разгружаемой выработки.

На схеме линией 1 обозначен контур возможных обрушений пород, после бурения разгрузочных шпуров в соответствии с изобретением, а линией 2 - контур возможных обрушений, после бурения разгрузочных шпуров в соответствии с прототипом.

Вокруг горной-выработки, которая проводится до выемки полезного ископаемого, существует определенное поле напряжений, которое зависит от гравитационных и тектонических сил, форм и угла падения залежи и т.п.

Многочисленными экспериментами установлено, что плоскость ослабления совпадает с углом падения рудной залежи и проходит ниже центра выработки на некотором расстоянии (определяемом по вышеприведенной формуле) в зависимости от угла падения залежи,

В плоскости ослабления действуют главные разрушающие напряжения. Поэтому важно определить направление главных разрушающих напряжений.

В плоскости ослабления по линии ее пересечения со стенками выработки бурят разгрузочные шпуры по восстанию и падению рудной залежи, эти шпуры создают дополнительную податливость и наиболее слабых местах горного массива, снижая таким образом жесткость массива. Т.е. происходит управление жесткостью массива

путем создания в ослабленных плоскостях дополнительной податливости бурением шпуров в строго определенном месте этой плоскости.-Забуриваемые шпуры создают полости в плоскости ослабления. Для этого,

чтобы разгрузиться, массив разуплотняет- ся, т.е. развивается естественная и техно- генная трещиноватость, элементарные породные блоки перемещаются в сторону свободного пространства. Забуренные в

плоскости ослабления разгрузочные шпуры и создают такую свободную поверхность или полость, куда перемещаются породы, находящиеся под высоким напряженным состоянием (запредельным), т.е. таким образом управляем жесткостью массива. Тем самым сохраняется целостность остального массива. Таким образом, мы разгружаем массив в окрестности выработки от высоких .напряжений, повышая при этом устойчивость горных пород вокруг выработки.

При эксплуатации этих разгруженных выработок, еслч рядом предполагается выемка полезного ископаемого, то влияние очистной выемки на эту выработку компенсируется дополнительным бурением разгрузочных шпуров в горизонтальной плоскости, проходящей через центр выработки.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Рассмотрим конкретно выполнение предложенного способа для условий рудников Норильского района. Угол падения мощной рудной залежи 20°. После проведения

выработки находим по формуле (1) смещение плоскости ослабления п. В нашем случае:

п

1 - tg2 а 1 -0.13 „ 0.87

10tga 10-0,36 3,6 J 24 QM Следовательно, плоскость ослабления будет проходить на 24 см ниже центра выработки и под углом 20° к горизонтали. Делаем соответствующие построения в масштабе на графике. Вывалообразования начнут

происходить в точках пересечения плоскости ослабления со стенками выработки, т.е. в точках А и В (см.фиг. 1) и в этих же точках необходимо забурить разгрузоч ные шпуры по восстанию и падению рудной залежи глубиной 1.8 м и диаметром 41 мм на расстоянии друг от друга 20 см. Сти расстояния получены экспериментально и не зависят от угла падения рудной залежи.

Если же в последующем предполагается выемка полезного ископаемого, то дополнительно, до подхода фронта очистных работ, бурят также разгрузочные шпуры II (фиг.1) в стенках выработки в горизонтальной плоскости, проходящей через центр выработки (см.фиг.1, позицию II).

Управление жесткостью массива, путем бурения разгрузочных шпуров в плоскости ослабления, позволяет снизить в 3-4 раза объемы вывалов пород. Экспериментально установлено, что объемы выва- лообразований снижаются в 3-4 раза по сравнению с прототипом. Размер зоны вывалообразований сказывается при последующей эксплуатации выработки

на объемы ее перекрепления и капитального ремонта. Установлено, что при эксплуатации выработок и ее разгрузке от действующих напряжений и управления жесткостью массива по заявляемому способу затраты на перекрепление и ремонт снижаются на 10-15%.

Использование: изобретение относится к горному делу и может быть использовано для поддержания выработок, проводимых в массивах с высокими напряжениями при отработке пологопадающих мощных месторождений на больших глубинах и позволяет повысить устойчивость выработки путём снижения вывалообраоований за счет управления жесткостью массива. Сущность: для этого определяют плоскость ослабления, совпадающую с углом падения рудной залежи и проходящей ниже центра выработки на расстоянии п, определяемом по формуле п (1 - tg2 a)/10tg «, где а- угол падения рудной залежки, после этого разгруженные шпуры бурят только по линии пересечения плоскости ослабления со стенками выработки. Для исключения ёлияния очистной выемки дополнительно бурят разгрузочные шпуры по линии пересечения горизонтальной плоскости со стенками выработками. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. . -г Ё

Формула изобретения 1. Способ разгрузки горной выработки от напряжений, включающий бурение разгрузочных шпуров в стенках выработки, о т- личающийся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки путем снижения вывалообразований за счет управления жесткостью массива, перед бурением разгрузочных шпуров определяют плоскость ослабления, совпадающую с углом падения рудной залежи и проходящей ниже центра выработки на расстоянии, определяемом по формуле

5

0

. 10tga

где а- угол падения, рудной залежи, при этом разгрузочные шпуры бурят по линиям пересечения плоскости ослабления со стенками выработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки при влиянии на нее очистной выемки, дополнительно бурят разгрузочные шпуры по линиям пересечения горизонтальной плоскости, проходящей через центр выработки, со стенками выработки.