Способ вибрационного воздействия на горные породы Советский патент 1982 года по МПК E21F5/00 E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, касается способа вибрационного воздействия на горные породы и может быть использовано преимущес венно на глубоких рудниках и угольных шахтах, отрабатывающих пласты высокой прочности и малой трещиноватости. Известен способ предварительного ослабления угольных пластов камуфле но-сотрясательным взрыванием, включающий бурение глубоких скважин, размещение в них зарядов ВВ, взрыва ние, при этом выемка угля производится по методу сотрясательного взр вания Cli. Недостатком способа явЯяется огр ниченная область распространения импульса вследствие отсутствия направленности и значительная трудеемкость при,бурении большого числа скважин,; для производства камуфлетн сотрясатёль ого взрывания. Наиболее близким к изобретению является способ вибрационного воздействия на горные породы, включаю щий бурение ниш и скважин, установ ку в них источников колебаний вращательного или возвратно-поступательного действия и возбуждение в массиве пород колебаний Г 21. Недостатком способа является отсутствие оптимальных условий расположения источников колебаний и создаваемых ими усилий относительно направления главных напряжений в горных породах, что требует повышенного расхода энергии и времени работы источников колебаний. Цель изобретения - снижение удареопасности горных пород за счет ослабления напряжений в массиве. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вибрационного воздействия, включающему бурение ниш и скважин, установку в них источников колебаний вращательного или возвратно-поступательного действия и возбуждение в массиве пород колебаний, производят определение векторов максимального и минимального главных напряжений, в выработках одного горизонта устанавливают источники колебаний в один ряд, в выработках разных горизонтов устанавливают источники колебаний группами на разных уровнях, а оси источников колебаний располагают в плоскости, проходящей через прямую, параллельную оси выработки, и линию действия минимального главного напряжения горного массива, при этом оси источников колебаний вращательного действия располагают перпенди к лярно направлению минимального главного напряжения, а оси источников колебаний возвратно-поступатель ного действия - параллельно направлению минимального главного напряжения. На фиг. 1 представлена часть горного массива, горизонтальное сечение; на фиг, 2а, 5, е, т/, - возможные схемы расположения вибровозбудителей. На фиг. 1 обозначены штрек 1, выработка 2, породный целик 3, в ко тором требуется ослабитьнапряжение продольный целик 4, на котором пере распределяются напряжения, источники колебаний, 5, 6 и (ij - векторы максимального и минимального главно го напряжения. Способ осуществляется следующим образом, С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы в цели не, в котором требуется ослабить напряжения для устранения его выбро соопасности. Бурят ниши или скважины и устанавливают в них источники колебаний с учетом горно-технологической ситуация: в выработках одного горизон та - в один ряд, в выработках разны горизонтов - группами на разных горизонтах, например, так как приве дено на фиг. 2 при наличии в группе трех вибровозб удителей, из которых два расположены в одной выработке, на одном горизонте, а третий - выше, при этом оси источников колебаний устанавливаются в плоскости, пр ходящей через линию действия максимального главного напряжения. Вибровозбудители возвратно-посту пательного действия вводят в ниши в почве выработки, а вращательного действия - в скважины, перпендикулярные оси выработки, прочно закреп ляют в них и включают. Размеры скважин для вибровозбудителей вращательного действия опре деляются следующим. Максимальный диаметр скважин, обеспечиваемый современным буровым оборудованием, составляет 300-320 мм в этом диаметре должны быть размеще ны трубчатый корпус вибровозбудител и приспособления для его крепления в скважине. Глубина скважины равна той величине, на которую нужно вводить в массив вибровозбудитель. Эта величина соответствует зоне массива, примыкгиощей к подготовительной выработке, которая опасна JO динамическим проявлениям и составляет 3-5 м. . Размер ниши для размещения вибровозбудитёля возвратно-поступательного действия составляет примерно 1 м. При работе вибровозбудителя вызывают колебания части массива, что влечет за собой относительную подвижт у структурных элементов горного массива, перераспределение напряжений в породном массиве и уменьшение опасности динамических проявлений горного давления. Эти явления имеют место как при работе одиночного вибровозбудителя, так и при расположении вибровозбудителей в ряд по фиг. 1 или группами по фиг, 2. Если одновременно работают несколько вибровозбудителей, то можно получить дополнительные эффекты при фиксированных фазовых соотношениях. Например, при расположении по фиг. 1 вибровозбудители могут вращаться синфазно или через один антифазно и т.д. В последнем случае попеременно возникают сжимающие и растягивающие напряжения, что может способствовать повышению эффективности способа. Иначе взаимодействуют силы при расположении вибровозбудителей по фиг. 2, когда вибровозбудители вращаются с одной и той же скоростью и со сдвигом фаз дебалансов 120. На фиг. 2 изображены векторы вынуждающих сил на протяжении одного оборота дебалансных валов через четверть оборота. Стрелки изображают вынуждающие усилия, создаваемые вибровозбудителями при работе. На фиг. 2 а видно положение сил в момент времени, принятый за начальный. Усилия направлены к центру обрабатываемого участка и вызывают сжимающие напряжения. Указанный сдвиг фаз в треть окружности обеспечивается средствами автоматики или кинематически. Через четверть оборота валов силы занимают положение, представленное на фиг. 2 Б . Они вызывают сдвиговые напряжения в .породе. Еще через четверть оборота (фиг. 2 в) силы создают растягивающие напряжения, а затем снова сдвиговые (.фиг. 2г). Таким образом, массив обрабатывается всеми основными видами напряжений, что способствует повышению эффективности способа. По истечении необходимого времени вибровозбудители выключают и перемещают на новое место или оставляют на старом, если сохраняется опасность повторного возникновения горного удара. Преимущества способа заключаются в том, что расположение источников

колебаний по предлагаемому способу позволяет уменьшить расход энергии за счет уменьшения вынуждающей силы и времени работы, поскольку усилия, создаваемые вибрацией, прикладыва- ются в том направлении, где горные напряжения минимальны. Все это приводит к равномерному снижению напряжений обрабатываемого массива до величин, при которых значительно снижается его удароопасность.

Формула изобретения

Способ вибрационного воздействия на горные породы, включакяций бурение ниш и скважин, установку в них источников колебаний вращательного или возвратно-поступательного действия и возбуждение в массиве пород колебаний, отличающийся тем, что, с целью снижения удароопасности горных пород за счет ослабления напряжений в массиве, производят определение векторов максимального и минимального главных напряжений, в выработках одного го81622X

о

ризонта устанавливают источники колебаний в один ряд, в выработках разных горизонтов устанавливают источники колебаний группами на разных уровнях, а оси источников колебаний располагают в плоскости, проходящей через прямую, параллельную оси выработки, и линию действия минимального главного напряжения горного массива, при этом оси источ1U НИКОВ колебаний вращательного действия располагают перпендикулярно направлению минимального главного напряжения, а оси источников колебаний возвратно-поступательного

5 действия - параллельно направлению минимального главного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Единые технические положения

0 по разработке угольных пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа. Разд. 6. Комуфлетно-сотрясательное взрывание. ИГД им. А.А. Скочинского, М., 1973, с. 407.

5 2 Авторское свидетельство СССР 317797, кл. Е 21 С 39/00, 1971 (прототип).