Способ борьбы с горными ударами при проведении горных выработок

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке удароопасных месторождений. Цель изобретения - повышение эффективности противоударных мероприятий путем увеличения запаса устойчивости массива и снижения затрат на бурение. Сущность способа состоит в следующем . Предварительно определяют размеры зоны раздавливания вокруг подготовительной выработки, измеряют эффективные значения напряжений в этой зоне , бурят скважины в эту зону и нагнетают твердеющий состав. Нагнетание твердеющего состава производят поэтапно: сначала в импульсном режиме с давлением, превышающим средние эффективные напряжения в упомянутой зоне до ее полного насыщения, а затем измеряют параметры пустотности в зоне обработки и снижают давление нагнетания до величины, определяемой по зависимости P 1/2L(Si-S3)+1/2Pcp, где L - общая пористость массива, определяющая его пустотность; Si и 5з - соответственно максимальное и минимальное эффективные напряжения; РСр - средние эффективные напряжения в зоне раздавливания . 2 ил. Ё

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827832/03 (22) 22.05.90 (46) 15.03.92. Бюл. N 10 (71) Московский горный институт (72) Е,В.Êóçüìèí, С.И.Ляшевич и С.В.Фомичева (53) 622.832(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1153083; кл. Е 21 F 5/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1562468, кл, Е 21 F 5/00, 1990. (54) СПОСОБ БОРЬБЫ С ГОРНЫМИУДАРАМИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК (57) Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовайо при подземной разработке удароопасных месторождений. Цель изобретения — повышение эффективности противоударных мероприятий путем увеличения запаса устойчивости массива и снижения затрат на .

Изобретение относится к горно-.добывающей промышленности, а именно к способам предотвращения динамических проявлений горного давления, и может быть использовано при подземной разработке. месторождений для повышения устойчивости массива горных пород, что повысит безопасность труда в горных выработках.

Известен способ борьбы с горными ударами, заключающийся в образовании разгрузочной щелй в плоскости, перпендикулярной действующему наибольшему главному напряжению с заполнением ее податливым материалом.

5U 1719656 А1 бурение. Сущность способа состоит в следующем. Предварительно определяют размеры зоны раздавливания вокруг подготовительной выработки, измеряют эффективные значения напряжений в этой зоне, бурят скважины в эту зону и нагнетают твердеющий состав. Нагнетание твердеющего состава производят поэтапно: сначала в импульсном режиме с давлением, превышающим средние эффективные напряжения в упомянутой зоне до ее полного насыщения, а затем измеряют параметры пустотности в зоне обработки и снижают давление нагнетания до величины, определяемой по зависимости

P = 1/2L(Я) — S3)+ 1/2 Рср, Ф где L — общая пористость массива, опреде- . ляющая его пустотность; S> и $з — соответственно максимальное и минимальное эффективные напряжвния; Рср — средние эффективные напряжения в зоне раздавли- 2 вания, 2 ил.

Недостатками этого способа является то, что хотя при образовании разгрузочной щели происходит значительное снижение действующих максимальных напряжений и образование зоны разгрузки вокруг щели, но за пределами зоны разгрузки, напряжения будут превышать по величине и. неодно- . родности начальное поле напряжений, Такой перенос пика опорного давления на соседние области способен поддержать только локальную устойчивость в зоне разгрузки, провоцируя повышение удароопасности в соседних областях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является

1719656 способ борьбы с горными ударами при проведении горных выработок, включающий определение зоны раздавливания в окрестности выработки, измерение средних эффективных напряжений в этой зоне, бурение скважин в эту зону, нагнетание твердеющего состава и поддержание его давления до полного отверждения.

Однако данный способ наряду с выравниванием различных компонент поля напряжений и разгрузкой соседних областей массива, вызывает значительный рост концентрации напряжений в защищаемой области. Кроме того, известный способ требует бурения скважин перпендикулярно сформировавшейся системе трещин, а поскольку система трещин может быть не параллельна поверхности выработки и составлять с ней угол, близкий к прямому, бурение необходимо проводить со значительного расстояния от эоны раздавливания, фактически параллельно поверхности выработки, либо необходимо проведение дополнительных тупиковых выработок. Все это не позволяет достичь высокого коэффициента запаса устойчивости, значительно усложняет технологию и объемы бурения,. требует больших затрат рабочего времени и средств.

Цель изобретения — повышение безопасности работ эа счет увеличения запаса устойчивости и снижение затрат на бурение.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу борьбы с горными ударами скважины бурят по кратчайшему расстоянию, а нагнетание производят поэтапно; вначале в импульсном режиме с давлением, превышающем средние напряжения в удароопасной зоне до полного ее насыщения, затем измеряют параметры возникшей системы трещин и давление снижают до величины, определяемой следующей формулой:

Р = — (S1 — Яз) + — Р.р., 1 1

21 2 где L — общая пористость, равная отноше.нию разности плотности и объемной массы к плотности;

S<, Яз — соответственно максимальное и . минимальное эффективные напряжения;

Рср — средние эффективные напряжения в зоне раздавливания.

Давление Р, полученное по данной формуле, обеспечивает, с одной стороны, восстановление максимальной компоненты эффективных напряжений, а с другой стороны, переводит зону раздавливавия в состояние равнокомпонентного (гидростатического) сжатия. соответствии с формулой. Использование

30 режима гидроразрыва наряду с макси55

Способ осуществляют следующим образом.

Наибольшее влияние .на удароопасность различных зон массива горных пород оказывает наличие в них повышенных напряжений, определяемых как концентрацией природного тектонического поля, так и условиями ведения горных работ, Удароопасные зоны массива могут быть выявлены так называемыми пассивными акустическими методами с помощью геофонов, путем регистрации областей с повышенной шумностью, в определенное число раз превышающей среднюю шумность, характерную для данного месторождения, Определение удароопасных эон массива позволяет целенаправленно воздействовать на них для управления состоянием массива. В удароопасную зону массива бурят контрольную скважину, в забое которой методом разгрузки по варианту торцовых измерений определяют средние величины максимального и минимального эффективных напряжений, затем в удароопасную зону по кратчайшему расстоянию производят до полного насыщения массива. Импульсный режим принимают со средней частотой 3000 1/с и с амплитудой от 0 до максимума, давление — в мальным насыщением массива твердеющим составом производит эффективное разрушение пороДной структуры, в результате чего повышается коэффициент передачи напряжений от жидкой фазы к окружающему массиву. В зону нагнетания снова производят бурение контрольной скважины, отбирают керн и определяют величину общей пористости породы. Вычисляют по приведенной формуле необходимое остаточное давление твердеющего состава, снижают его до расчетного уровня и поддерживают до пол.юга отверждения. Это позволяет сохранить достигнутое перераспределение напряженного состояния в массиве и снизить вероятность его динамического разрушения, Пример. Для определения изменения напряжений в массиве горных пород на контакте блоков при нагнетании твердеющих растворов была использована математическая модель с численной реализацией на ЭВМ ЕС-1045, В качестве примера было рассмотрено изменение поля разрушающих напряжений в целике между двумя горными выработками до и после использования предла.аемого способа.

Результаты представлены на фиг,1 и 2.

В примере приняты следующие средние значения физико-механических параметров:

1719656

Модуль упругости, МПа 50 000

Коэффициент Пуассона 0,3

Коэффициент сцепления, МПа 5

Угол внутреннего трения, град 40

Удельный вес пород, МПаlм 0,025 5

Глубина заложения, м 800

Пролет выработок, м 10

Число скважин 4

Коэффициент L 0,35

Давление отверждения, МПа 35 .10

Результаты проведенных расчетов распределения критических напряжений в окрестностях сближенных выработок по . критерию Кулона-Мора представлены на чертежах, где на фиг,1 показано распреде- 15 ление напряжений в необработанном массиве; на фиг.2 — то же, после проведения предлагаемых операций. В районе целика между двумя выработками прогнозируется обширная зона разрушения, отмеченная 20 на фиг.1 штриховкой, После использования предлагаемого способа видно {фиг.2), что области прогнозируемого разрушения в той же геомеханической ситуации не толь ко отсутствуют, но и максимальные значе- 25 ния критических напряжений по критерию

Кулона-Мора не превышают 20/от разрушающих, Таким образом, в результате предварительной импульсной обработки зоны раз- 30 давливания под высоким давлением. (гидроразрыв пород, уменьшающий долю напряжений, передаваемых твердой фазой} не происходит перенесения пика опорно- . го давления на соседние с угрожаемой об- 35 ласти, а в самой зоне раздавливания не возникает избыточных напряжений, снижающих достигаемый коэффициент запаса устойчивости, что значительно повышает безопасность горных работ. Кроме того, 40 предлагаемый способ позволяет значительно снизить трудоемкость буровых работ, поскольку в большинстве с учаев нет необходимости бурения скважин параллельными пучками и само бурение в удароопасную зону можно производить по кратчайшему расстоянию. Помимо указанного данное изобретение имеет более обширную область использования, поскольку искусственно создаваемая система трещин позволяет проводить работы в весьма прочных и монолитных породах, Формула изобретения

Способ борьбы с горными ударами при проведении горных выработок, включающий определение размеров зоны раздавливания пород вокруг подготовительной выработки, измерение эффективных значений напряжений в этой зоне, бурение в указанную зону скважин, нагнетание твердеющего раствора и выдержку во времени раствора под давлением до полного отверждения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности противоударных мероприятий путем увеличения запаса устойчивости массива и снижения затрат на бурение, указанные скважины бурят по кратчайшему расстоянию между выработкой и зоной раздавливания, а нагнетание твердеющего раствора производят поэтапно — сначала в импульсном режиме с давлением, превышающим средние эффективные напряжения в указанной зоне, до ее полного насыщения, затем изменяют давление нагнетание до величины, определяемой по зависимости

Р =1/2 (Я вЂ”.S3)+1/г Р„, где L — общая пористость массива, определяющая его пустотность;

S>, Зз — соответственно максимальное и минимальное эффективные напряжения;

Рср — средние эффективные напряжения в зоне раздавливания, 1719656. д,, Н, . +-, -}- - — значения огпносительных напряжении

<10% 10,,80%,gg% 100% саатдетстбенно отрозрущаощих

Редактор А. Долинич Техред М.Моргентал . Корректор M. Пожо

Заказ 752 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ю с10вl, 10%, ф ф — - проеноеаруеноя зона разааолиоония

1 .Н, . ф, + — эночения относительных ноаряжеиий,,80fn, 90 )о, f007u соотдетстоенно от разрушающих