Способ разупрочнения мерзлыхпОРОд Советский патент 1981 года по МПК E21C41/04 

(54) СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ПОРОД

1

Изобретение относится к способам ослабления механической прочности пород кровли угольных пластов при ведении очистных работ с применением, гидравлических индивидуальных и механизированных крепей в лавах с труднообрушаемыми кровлями.

Известен способ предварительного ослабления кровли угольных пластов, который основан на ослаблении массива путем нагнетания воды в скважины 1.

Недостатком этого способа является невозможность применения его в условиях многолетней мерзлоты. Вода при замерзании играет роль цемента и вместо ослабления получается упрочнение массива.

Известен способ ослабл.ения мерзлых грунтов, основанный на применении электролита и пропускании электротока 2.

Недостатками данного способа являются необходимость талого подстилающего слоя для создания замкнутой электрической цепи (область его применения ограничена толщиной мерзлоты не более 2-3 м), необходимость установки специальных электродов, так как применение открытых электродов в щахтах запрещено. Кроме того, способ обеспечивает оттаивание в горизонтальной плоскости и не может обеспечить протаивание вертикальных полос.

Цель изобретения - повышение эффективности разупрочнения мерзлых пород труднообрушаемой кровли при разработке пластов полезных ископаемых столбами, оконтуренными транспортными и вентиляционными щтреками.

Цель достигается тем, что скважины в мерзлые породы труднообрущаемой кровли бурят с каждого щтрека во взаимно пересекающихся вертикальных плоскостях, образующих угол пересечения 10-30°, при этом расстояние между веерами принимают равным щагу обрущения мерзлых пород труднообрущаемой кровли.

Кроме того, электролит подают в скважины под давлением 4-5 атм.

Электрический ток пропускают в период приближения зоны опорного давления к веерам скважин.На чертеже изображена схема осуществления предложенного способа.

С вентиляционного 1 и транспортного 2 щтреков бурят серии скважин 3 в породы кровли пласта. Устья скважины оборудуют герметизаторами и нагнетают электролит.

Пропуская электроток, создают вертикальные зоны 4 ослабления.

Способ заключается в следующем. Для предварительного ослабления мерзлых пород бурят из горных выработок серии скважин, которые располагаются во взаимопересекающихся плоскостях, образующих угол пересечения в вертикальной проекции, не превышающий 30°. При углах пересечения более 30° не достигается требуемая вертикальная полоса ослабления пород, а создаются изолированные зоны ослабления вокруг каждой скважины в отдельности и эффект не достигается. В случае малого угла пересечения (до 10°) эффект также значительно снижается, так как не используется естественная трещиноватость для создания каналов повышенной проводимости, т. е. радиус распространения токопроводящих каналов резко сокращается, что вызывает большой расход энергии. Устья скважин оборудуются герметизаторами, после чего по скважинам нагнетают электролит. Нагнетание электролита под давлением обеспечивает не только заполнение самой скважины, но и проникновение его по микро- и макротрещинам, вовлекая больший объем пород в электротермический процесс. В качестве электролита, обладающего максимальной электропроводимостью в ряду хлоридов, принят хлористый калий.

В зоне повышенной концентрации напряжений происходит работа по перемещению (деформации) массива, сопровождающаяся выделением тепла, которое повышает температуру пород в этой зоне на 2,5 - 4°С. Поскольку процесс перераспределения напряжений скачкообразный и длится в течение нескольких часов, температура постепенно выравнивается: восстанавливается прежняя температура массива за счет диссип ции, т. е. рассеивания тепла в массиве. Поэтому, чтобы температура продолжала нарастать и обеспечила полный фазовый переход льда в жидкое состояние, ослабив прочность пород, подключают в работу скважины, заполненные электролитом. При приближении к очередной предварительно подготовленной серии скважины зоны максимальных концентраций напряжений (зоны опорного давления) пропускают по ним переменный ток, что вызывает выделение джоулева тепла, обеспечивающего интенсивное оттаивание многолетнемерзлых пород при минимальном расходе электроэнергии.

Пример. При отработке пласта «Двойной на месторождении «Джабарики-Хая мощностью 1,8 м применен механизированный комплекс. Кровля сложена многолетнемерзлыми труднообрушаемыми породами. При обрущении пород основной кровли динамические нагрузки на крепь превышают допустимые и секции крепи проседают на «жестко. С целью облегчения процесса обрушения пород основной кровли производят

предварительное ослабление. С конвейерного и вентиляционного штрека, на расстоянии 25 м друг от друга бурят серии скважин. Скважины располагают в пересекающихся плоскостях под углом 25-30°. После

5 бурения серии скважин устья их герметизируют и нагнетают электролит. При нагнетании электролит разрушает ледяные прослойки, заполняющие трещины, а также распространяется вокруг скважин по микротрещи- нам и порам. Распространяющийся электролит вокруг скважины создает каналы повыщенной электропроводности. Давление при нагнетании электролита выдерживается атм. Наличие каналов с повышенной электропроводностью позволяет применять

5 переменный электрический ток напряжением 127 В. После того, как пробурены скважины, загерметизированы устья, заполнены электролитом и подключено питание электротока, серия скважин готова и ожидает приближения зоны опорного давления, возникающий впереди очистного забоя. С приближением зоны о.порного давления на расстояние 5-6 м от серии скважин в них подается ток, так как на этом расстоянии максимально проявляется эффект выделения

5 тепла от перераспределения напряжений, которое расходуется на фазовый переход ледвода, обеспечивая повышенную электропроводность пород по сравнению с мерзлыми. Сочетание тепла от перераспределения напряжений и джоулева тепла от подачи электрического тока интенсивно образуется вертикальная полоса талых ослабленных пород. Поскольку полоса ослабленных пород образовывается в зоне максимальных напряжений, то по ней происходит облом пород основной кровли, консоль которой находится в выработанном пространстве и опирается на обрушение породы непосредственной кровли. Таким образом, при минимальном расходе скважин, электролита и электроэнергии достигается требуемый эффект - ослаблео ние труднообрушаемых многолетнемерзлых пород по длине заданных участков. В примере рассмотрена длина обрушаемых участков 25 м. В практике они изменяются в зависимости от структуры рород и могут быть 18-75 м (по расчету). Шаг обрушения основной кровли на каждом предприятии известен из практики работы очистных забоев по каждому пласту.

Применение предлагаемого способа позволяет снизить затраты и повысить эффективность управления кровлей очистных забоев.

Формула изобретения

51- Способ разупрочнения мерзлых пород,

включающий бурение скважины в породы, подачу в них электролита и пропускания электрического тока, отличающийся тем, что.

с целью повышения эффективности разупрочнения мерзлых пород труднообрушаемой кровли при разработке пластов полезных ископаемых столбами, оконтуренными транспортными и вентиляционными штреками, скважины в мерзлые породы труднообрушаемой кровли бурят с каждого штрека во взаимно пересекающихся вертикальных плоскостях, образуюш1их угол пересечения 19- 30°, при этом расстояние между веерами принимают равным шагу обрушения мерзлых пород труднеобрушаемой кровли.

электропроводности, электролит подают в скважины под давлением 4-5 атм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 316818, кл. Е 02 F 5/30, 1965.