Способ предотвращения выбросов породы и газа при проведении выработок

 

Изобретение относится к добыче полезных ископаемых и м.б. использовано для предотвращения выбросов породы и газа при проведении выработок. Цель - повышение надежности и безопасности проведения выработок. По контуру выработки бурят смежные скважины (С). Размещают в них микроволновые электромагнитные излучатели (ЭЙ), при этом смещают их по длине С в сторону устья. Осуществляют с помощью ЭЙ силовое воздействие на стенки С до момента формирования по контуру выработки сплошного разгрузочного паза, при этом ЭЙ излучают электромагнитные волны. Воздействие ЭЙ проводят до появления магистральных трещин в плоскости, диаметрально секущей смежные скважины или параллельно им. После этого С заполняют водой, в которых поднимают давление воды и дополнительно воздействуют электромагнитными волнами до момента падения давления воды в С.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4768080/03 (22) 11.12.89 (46) 23.03.92. Бюл. М 11 (71) Донецкий политехнический институт (72) М.П.Зборщик; Б.А.Лысиков, Г.А.Лозобко и А.Е.Итин (53) 622.832 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1102986, кл. Е 21 F 5/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N 1002600, кл. Е 21 F 5/00. (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ ПОРОДЫ И ГАЗА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ

ВЫРАБОТОК (57) Изобретение относится к добыче полезных ископаемых и м.б. использовано для предотвращения выбросов породы и газа при проведении выработок. Цель — повышеИзобретение относится к горному делу, а более конкретно к безопасному ведению горных работ при проведении выработок в шахтах и при проходе тоннелей.

Известен способ предотвращения выбросов угля, породы и газа при проведении выработок путем образования разгрузочной щели по контуру выработки, включающий создание щели по контуру выработки по уровня нижней части свода специальной установкой УЩ, созданной на базе буровых установок БУЭ-1 и БУЭ-2. Способ осуществляется бурением совмещенных в вертикальной плоскости в одну плоскость буровых коронок диаметром 45 мм и разрушением целиков породы между выбуриваемыми

„„5U„„1721261 А1 ние надежности и безопасности проведения выработок. По контуру выработки бурят смежные скважины (С). Размещают в.них микроволновые электромагнитные излучатели (ЭИ), при этом смещают их по длине С в сторону устья. Осуществляют с помощью

ЭИ силовое воздействие на стенки С до момента формирования по контуру выработки сплошного разгрузочного паза, при этом ЭИ излучают электромагнитные волны. Воздействие ЭИ проводят до появления магистральных трещин в плоскости, диаметрально секущей смежные скважины или параллельно им. После этого С заполняют водой. в которых поднимают давление воды и дополнительно воздействуют электромагнитными волнами до момента падения давления воды в С. шпурами. Длина захвата выбуриваемой щели по контуру выработки составляет 20 — 25 см. Щель образуется путем поочередного бурения участков горного массива по периметру выработки. Создание щели приводит к уменьшению напряжений в отделяемом объеме горного массива, находящемся внутри контура выработки. После создания оконтуривающей щели проведение выработки осуществляется обычным способом, а именно бурением шпуров для разрушения горного массива внутри контура выработки, их заряжением, взрыванием, проветриванием забоя, погрузкой взорванной горной массы, креплением выработки, настилкой пути, устройством канавки.

1721261

Недостатком этого способа является малая эффективность из-за больших трудозатрат и времени, необходимых для создания щели (6 — 7 ч), т,е. практически на это уходит вся смена. К тому же применение установок УЩ ограничивает размеоы проводимой выработки в пределах 18 м в сечении.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения выбросов породы и газа при проведении выработок, включающий создание разгрузочной щели по контуру выработки любого сечения путем бурения скважин по этому контуру, монтаж системы охлаждения, заполнение скважин водой и замораживание.

В результате замораживания воды в скважинах по контуру выработки между скважинами образуется разгрузочная щель, отделяющая породу внутри контура выработки от остального выбросоопасного массива. Создание разгрузочной щели на предельную глубину по контуру выработки приводит к уменьшению напряжений в горном массиве, находящихся внутри контура выработки, и предотвращению выбросов породы и газа.

Недостатком известного способа является то. что при увеличении расстояния между скважинами, в которых производится монтаж системы охлаждения, заполнения водой и замораживание, возможно образование щели не только между смежными скважинами по контуру выработки, но и между скважинами и шпурами для размещения зарядов взрывчатого вещества, что приводит к ненаправленному разрушению горного массива по контуру выработки.

Кроме того, способ недостаточно надежен к породах высокой степени выбросоопасности вследствие малой ширины образующейся щели, а создание в массиве пород на глубину предполагаемой заходки беспорядочной системы трещин по контуру выработки не приведет к снятию напряжений, ликвидирующих выбросы породы и газа. Кроме того, сложность монтажа системы замораживания воды в скважинах, применение дорогостоящего хладагента (жидкого азота или гелия) в подземных условиях (что небезопасно), большие затраты времени на создание щели и малая скорость проведения выработки в связи с многократными остановками забоя выработки для выполнения работ по монтажу и демонтажу системы замораживания воды в скважинах делают способ малоэффективным.

Целью изобретения является повышение надежности и безопасности проведения выработок, Поставленная цель достигается тем, что

5 по известному способу предотвращения вы6росоа породы и газа при проведении выработок, включающему бурение по контуру выработки скважин, заполнение их водой, разрушение межскважинных целиков до

10 формирования по контуру выработки сплошного разгрузочного паза, бурение в разгруженной части массива отбойных шпуров и выемку породы, в смежных скважинах, размещают микроволновые электромагнит15 ные излучатели, смещенные по длине в сторону устья скважин, и производят воздействие на горный массив до появления магистральных трещин в плоскости, диаметрально секущей смежные скважины

20 или параллельно ей, затем одну из скважин заполняют водой под давлением и воздействуют излучателями до падения давления в скважине.

Если генератор микроволнового элект25 ромагнитного излучения поместить в скважину непосредственно к ее забою (торцу), разрушение горного массива происходит bio трем взаимно перпендикулярным направлениям. Если же генератор микроволнового

30 электромагнитного излучения расположить смещенным относительно середины длины скважины, .то разрушение происходит по двум поверхностям: плоскости между смежными скважинами и частично в плоскости, 35 перпендикулярной скважинам.

Сущность способа состоит в том, что для направленного разрушения трещиноватого горного массива (трещиноватость которого увеличивается при бурении скважин по кон40 туру выработки) используется электротермическое разрушение (многоволновым излучателем инфракрасного диапазона).

Структурные термические напряжения уже при нагреве горных пород до 150 — 250 С

45 достигают предельных значений, что приводит к образованию в породе внутренних очагов разрушения. Причем для создания направленности разрушения по контуру выработки генератор инфракрасного излуче50 ния располагают смещенным относительно центра длины скважины. В данном случае имеет место также резкое увеличение проницаемости пород (в десятки сотни раз) за счет совпадения направления распростра55 нения инфракрасного излучения с направлением пор и трещин. Разрушение происходит за счет создания термических напряжений, возникающих в породах при нагревании, 1721261

Для каждой конкретной горной породы с присущими ей свойствами и дефектностью величина напряжений, достаточных для образования трещин, может быть уменьшена за счет снижения поверхностной энергии. Снижение осуществимо, если при разрушении горных пород применять теплоносители с повышенной адсорбционной способностью. В качестве такого теплоносителя использована перегретая вода, которая образуется в скважине за счет заполнения ее водой и продолжающего воздействия микроволнового излучателя инфракрасного диапазона. При этом давление воды в скважине поддерживается постоянным. Это комбинированное воздействие на горный массив и приводит к образованию сплошной щели между скважинами.

По предложенному способу разрушение межскважинных целиков по контуру выработки происходит за счет создания термических напряжений, возникающих в породах при нагревании. Искусственные трещины преимущественно ориентированы перпендикулярно к обнажению, размеры их достигают до 10 см, расстояние между трещинами 10 — 100 см, протяженность трещины от 1 см до 10 м. Это положительное явление и лежит в основе для их искусственного формирования за счет микрокоротковолнового электромагнитного излучения.

Если генератор микрокоротковолнового электромагнитного излучения поместить .в скважину непосредственно к ее забою, то в этом случае разрушение происходит по трем взаимно перпендикулярным направлениям.

Если же генератор микрокоротковолнового электромагнитного излучения расположить смещенным относительно середины длины скважины, то разрушение происходит по двум поверхностям, т.е. в плоскости между смежными скважинами и в плоскости перпендикулярно ей.

По предлагаемому способу разрушение за счет создания термического напряжения в горном массиве происходит между скважинами и частично в плоскости, перпендикулярной между смежными скважинами.

Повышение эффективности трещинообразования между смежными скважинами достигается за счет направленного микрокоротковолнового электромагнитного излучения, резкого увеличения проницаемости пород за счет совпадения направления распространения упругой волны с направлением пор и трещин и за счет действия давления воды в скважине (так как вода при работе ми к роко ротко вол нового электро5

55 магнитного излучателя нагревается и за счет давления и объемного расширения проникает в образовавшиеся трещины, а под действием упругой волны создаются гидроразрывы — мельчайшие пузырьки, заполненные газом и паром и спохватывающиеся в зоне сжатия упругой волны.

Пример. Для проведения выработки сводчатой формы большого сечения (Sgg + 20 мз) в породах высокой степени выбросоопасности в шахте или при сооружении тоннеля в забое выработки, согласно паспорту буровзрывных работ, бурили шпуры длиной 2,5 м для размещения патронов

ВВ и разрушения породы.

Затем по контуру выработки известными механизмами бурят скважины диаметром 90 мм, глубиной 3,0 м и расстояниями между осями скважин 250 — 300 мм, В две смежные излучения (в данном случае использовался шпуровой генератор), которые располагают смещенными относительно середины в сторону устья скважины (в данном случае на глубину 170 — 190 см от забоя выработки). После того, как генераторы поместили в скважины, их с помощью распорных устройств прижимают к стенкам скважины таким образом, чтобы нагрев горного массива происходил в плоскости, диаметрально секущей смежные скважины, в которых расположены данные генераторы.

Затем одну из скважин закрывали пробкой, производили монтаж системы заполнения скважин водой и включали генераторы инфракрасного излучения. При таком расположении генератора инфракрасного излучения разрушение массива происходило по двум поверхностям; в плоскости между смежными скважинами и частично в плоскости, перпендикулярной между смежными скважинами уже после 20 — 30-минутного прогрева горного массива, Затем одну иэ скважин, в которой смонтировали систему заполнения скважины водой, заполнили водой, не прекращая воздействие генераторов на горный массив. Давление воды в скважине поддерживали в пределах 2—

3 МПа. Инфракрасный излучатель в данной скважине работает не на нагрев массива, а на нагрев воды. Процесс образования оконтуривающего паза длился около 30 — 45 мин и контролировался давлением воды в скважине, После образования оконтуривающего паза между двумя смежными скважинами в сухой скважине генератор прижимали к противоположной стенке этой же скважины, а в новой (смежной) скважине помещали генератор инфракрасного излучения на глубине 170 — 190 см и с помощью распорного

1721261

45

Составитель Н.Руденко

Техред М,Моргентал Корректор О.Кундрик

Редактор Л.Гратилло

Заказ 937 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 устройства прижимали к стенке скважины так, чтобы излучение генератора было направлено в сторону сухой скважины. Затем эту скважину закрывали пробкой, производили монтаж системы заполнения ее водой и включали генераторы инфракрасного излучения, После образования оконтуривающего паза демонтировали генераторы, системы заполнения скважин водой и проведение выработки осуществляли обычным способом в следующей последовательности: эаряжение шпуров для разрушения породы внутри контура выработки, взрывание, проветривание забоя, погрузка взорванного горного массива, крепление выработки, настила пути и устройство канавки.

Параметры око нтури ваю щего паза (длину и толщину) регулировали длиной и диаметром скважин, предназначенных для ее создания, и расстоянием между скважинами.

Длина скважины для создания оконтуривающего паза всегда должна быть на 0,5 м больше длины шпуров для разрушения породы внутри контура выработки, т.е. неснижаемое опережение оконтуривающей щели должно быть не менее 0,5 м, Создание паза по контуру выработки приводит к снятию напряжений и дегазации породы внутри контура выработки, т,е. к уменьшению влияния основных факторов (напряжения и давления), участвующих в развязывании выбросов породы и газа.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что при производстве оконтуривающего паза контролируется его качество, т.е. повышается его надежность.

Это приводит к увеличению скорости проведения выработок и созданию безопасных

5 условий их выполнения, а также к снижению стоимости работ за счет уменьшения трудозатрат.

Формула изобретения

10 Способ предотвращения выбросов породы и газа при проведении выработок, включающий бурение по контуру выработки смежных скважин, Заполнение их водой, проведение силового воздействия на стен15 ки скважин до момента формирования по контуру выработки сплошного разгрузочного паза, бурение в разгруженной зоне массива отбойных шпуров и выемку породы, отличающийся тем, что, с целью

20 повышения надежности и безопасности проведения выработок, в смежных скважинах размещают микроволновые электромагнитные излучатели, смещенные по длине скважины в сторону их устья, силовое воэ25 действие на стенки скважин производят электромагнитными волнами до появления магистральных трещин в плоскости, диаметрально секущей смежные скважины или параллельно им, при этом заполнение

30 скважин водой производят после силового воздействия электромагнитными волнами на стенки скважин, а в заполненных скважинах поднимают давление воды и дополнительно воздействуют электромагнитными

35 волнами до падения давления воды в скважинах.