Способ разгрузки горных выработок от напряжений

 

Изобретение относится к горному делу и применяется при проведении горных выработок. Оно позволяет снизить материальные и трудовые затраты на проведение и поддержание выработок . Из центра поперечного сечения охраняемой выработки бурят опережающие скважины. Путем направленного действия взрыва в скважинах образует пластообразные разрушения зоны, располагающиеся под углом к горизонту, равному углу сдвижения боковых пород, и пересекающиеся на вертикальной оси выработки. Кратчайшее расстояние от разрушенных зон до контура выработки равно 6-10 радиусам разрушения в данном направлении. Пластообразные разрушенные зоны являются боковыми гранями зоны разгруженных пород, имеющей форму призмы, в которой и располагается выработка. Это позволяет не нарушать равновесное состояние породного массива вокруг пройденной выработки, дает возможность отказаться от проведения дополнительных камер для размещения бурильного оборудования, исключить затраты на демонтаж, доставку и монтаж этого оборудования. 3 ил., 1 табл.

союз Советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 D 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУ АРСТ ЕНН Й НОМИТ Т

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4827151/03 (22) 21.05.90 (46) 07.08.92.Бюл. N 29 (71) Донецкий политехнический институт (72) К.В.Кошелев, Н.В.Игнатович,.

В.И,Каменец, Д.П,Цехмистер и А.Е,Кирьяков (56) Авторское свидетельство СССР

М 1242621, кл. Е 21 D 11/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

И 1046523, кл, Е 21 D 11/00, 1980. (54) СПОСОБ РАЗГРУЗКИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ОТ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к горному делу и применяется при проведении горных выработок. Оно позволяет снизить материальные и трудовые затраты на проведение и поддержание выработок, Из центра поперечного сечения охраняемой выработки бурят опережаюИзобретение относится к горному делу, а именно к способам защиты горных выработок от разрушений под действием горного давления.

В горном деле известен способ проходки бвыработки в разгруженном массиве, включающий определение радиуса зоны неупругих деформаций, бурение скважин, которые изменяют свое направление в процессе бурения, взрывание в них камуфлетных зарядов и последующую проходку выработки.

„„«сЦ,„, 1752968 А1

2 щие скважины, Путем направленного действия взрыва в скважинах образу;)T пластообразные разрушения зоны, располагающиеся под углом к горизонту, равному углу сдвижения боковых пород„ и пересекающиеся на вертикальной оси выработки ° Кратчайшее расстояние от разрушенных зон до контура выработки равно 6-10 радиусам разрушения в данном направлении. Пластообразные разрушенные зоны являются боковыми гранями зоны разгруженных пород, имеющей форму призмы, в которой и располагается выработка, Это позволяет не нарушать равновесное состояние породного массива вокруг пройденной выработки, дает возможность отказаться от проведения дополнитель- з ных камер для размещения бурильного оборудования, исключить затраты на демонтаж, доставку и монтаж этого оборудования. 3 ил., 1 табл.

О

Для повышения устойчивости выработки в разгруженном горном массиве сква- « жины для камуфлетных зарядов бурят на расстоянии от оси выработки, равном 1,0-1,2 радиуса зоны неупругих, деформаций.

Этот способ имеет следующие недостатки. Зона неупругих деформаций формируется в течение длительног-o времени, поэтому имеется сложность в определении расстояния от оси выработки, на котором бурят скважины, а

1752968 несоблюдение этого расстояния ухудшает состояние- выработки. Так как скважинЬ Ю- процессе бурения изменяют свое направление, то для этого требуется специальное оборудование, что ведет к удорожанию работ, Известен также способ разгрузки горной выработки от напряжений, вклюЧающий бурение и взрывание скважин переменного по длине сечения иэ опережающей полости, проводимой над охраняемой выработкой параллельно плоскости охраняемой зоны. Угол наклона скважин принимают равным углу сдвижения боковых пород.

Недостатком этого способа является то, что необходимо проведение дополнительной опережающей полости, доставка в нее бурильного оборудова"-. 20 ния; бурение скважин переменного сечения требует специального бурильного оборудования. Это .ведет к.удоро- жанию работ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ разгрузки горной выработки от напряжений, который заключается в бурении и взрывании скважин в горном массиве с образованием в нем плас-30 тообразных зон разрушенных пород, располагающихся в плоскостях, не пересекающихся с выработкой, где каждая зона разрушенных пород выполняется за пределами проекции горной выработ- З5 ки на эти плоскости. Для ведения бу" ровзрывных работ осуществляют проходку буровых камер, располагающихся по обе стороны от горной выработки в шахматном порядке, 40

Известный способ имеет следующие недостатки, Образование пластообразных зон разрушенных пород производится, когда выработка уже пройдена.

При этом происходит нарушение равновесного состояния породного массива вокруг уже пройденной выработки, что ведет к увеличению нагрузки на крель, ее деформации и возможному разрушению, приводит к увеличению затрат по поддержанию выработок. Ведение буровзрый ых работ требует проведения буровых камер, монтажа и демонтажа бурильного оборудования в них, что повышает затраты на проведение.

Цель изобретения - снижение мате= . риальных и трудовых затрат на провеа. дение и поддержание выработок.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу разгрузки горных выработок от напряжений, включающему бурение скважин и взрывание в них зарядов с образованием в горном массиве пластообразных эон раз— рушенных пород, располагающихся в плоскостях, не пересекающихся с выработкой и окружающих их зон разгру-женных пород, из ценrpa поперечного сечения выработки бурят опережающие скважины, а зону разгруженных пород. образуют. в виде призмы, боковые грани которой представляют собой пластообразные"зоны разрушейных пород, пересекающие на вертикальной оси выработки, располагающиеся под углом к горизонту, равным углу сдвижения боковых пород, причем кратчайшее расстояние от контура выработки до боковой грани призмы равно 6-10 радиусам разрушения в данном направлении.

Новым по отношению к известному способу является создание опережаю— щей по отношению к выработке зоны разгруженных пород в виде призмы, боковыми гранями которой являются пластообразные зоны разрушенных пород, пересекающиеся на вертикальной оси выработки, располагающиеся под углом к горизонту, равным углу сдвижения боковых пород, и находящиеся на кратчайшем расстоянии от контура выработки, равном 6-10 радиусам разрушения в данном направлении.

Кратчайшее расстояние между пластообразными зонами разрушенных пород и контуром выработки обусловлено тем, чтобы переместить напряжения, возникающие на контуре, в глубь массива и в тоже время исключить влияние разрушенных зон на выработку.

Величина расстояния от пластообразных зон разрушенных пород до контура выработки представляет собой размер зоны влияния заряда, взорванного при формировании пластообраэных зон и условно принятого за выработку, зависит от пород, в которых выполняются работы. Ширина этой условной выработки принимается равной двум радиусам разрушения в данном направлении.

Так как зона влияния выработки составляет три размера выработки по ширине при проведении выработки в песчанике, четыре размера при прове9 и для забойных шпуров. Все это сниж,iет затраты на проведение выработок, Таким образом, предлагаемый ñïî5 соб разгрузки горной выработки от напряжений обладает свойствами, не совпадающими со свойствами известных решений и имеет существенные отличия.

3а счет создания благоприятного режима работы крепи снижаются эат раты на последующее поддержание выработок.

На фиг. I изображены выработка и пластообразные зоны разрушенных пород, горизонтальный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.

Пример. Выработку 1 сечением

20 13,0 м проходят в разгруженном массиве 2 в виде призмы, боковыми гранями которой являются пластообраэные разрушенные зоны 3, располагающиеся под углом к горизонту $ = 70, рав25 ным углу сдвижения боковых пород, и пересекающиеся на вертикальной оси выработки 1, образованные путем направленного действия взрыва ВВ в скважинах 4, пробуренных в направлении, 30 задаваемом из центра поперечного сечения выработки 1 к границам пластообразных разрушенных эон 3 с таким расчетом, чтобы пластообразные зоны не имели разрывов.

Выработку проводят в глинистых сланцах с G <® = 30 ИПа. Используемое

ВВ - аммонит АП-5ж. Согласно методике расчета зоны разрушений при камуфлетном взрывании на основе конст=. руктивных особенностей оболочек с линейными прорезями для перераспределения энергии взрыва в необходимом направлении, в которых производится взрывание ВВ, радиусы разрушений в

4 различных направлениях составят: радиус разрушения по линии пересечения пластообраэной зоны разрушенных пород и плоскости, параллельной поперечному сечению выработки, проходя5О щей через точку взрывания, R>

= 0,7 м; радиус разрушения, перпен— дикулярный линии пересечения пластообразной .разрушенной зоны и плоскости, параллельной поперечному сечению выработки, проходящей через точку взрывания, R >,= 0,2 м; радиус разрушения в плоскости разрушенной зоны в направлении, в котором движется охраняемая выработка, RI >p = 0,5 м.

5 17 2 68 б дении в алевролитах и песчанистых сланцах, пять размеров при проведении в аргиллитах и глинистых сланцах, то кратчайшее расстояние от пластообраэных зон разрушенных пород

I до контура выработки имеет поеделы от трех до пяти диаметров разрушения (6-10 радиусов разрушения) в данном направлении в зависимости от пород °

При увеличении этого расстояния на контуре выработки восстанавливаются напряжения, при уменьшении пластообразные зоны оказывают влияние на выработку °

Расположение боковых граней раз" груженной зоны в виде призмы под углом к горизонту, равном углу сдвижения боковых пород и с гранями, пересекающимися на вертикальной оси выработки, обусловлено тем, что ис-.

/ кусственно создают массив, аналогичный разгруженной зоне, возникающей при выемке пласта. Породы над разгруженной зоной зависают и передают часть своего веса на породы, расположенные у границ разгруженной зоны.

Кроме того, пластообраэные разрушенные зоны выполняют роль демпфирующего слоя между разгруженным массивом и вышележащей толщей пород, Создание пластообразных зон выполняется с опережением во времени создания охраняемой выработки, которое принимается не менее, времени работ очередного цикла создания пластообразных разрушенных пород и не более . времени их смыкания.

Время работ очередного цикла создания зон разрушенных работ обусловлено тем, чтобы выработка проводилась в разгруженной зоне под прикры. тием пластообразных разрушенных эон; время восстановления первоначальной плотности в разрушенном массиве обусловлено тем, чтобы выработка проводилась в разгруженном массиве до возможного возобновления передачи боково" го и вертикального давления на крепь выработки при восстановлении первоначальной плотности в разрушенном массиве.

Бурение скважин осуществляют непосредственно из выработки, что позволяет отказаться от проведения дополнительных выработок или камер. Нет необходимости в дополнительных бурильных механизмах, так как для скважин искользуют то же оборудование, что

1752968

30 Y

r в в о 2 К дzр а+ r+ r cosEo

2 Rps>) sin 3p co 87

1. скр, 1 вол н; 1о, в + с(1+сового) разр sin 2о о где 1 по н, а = 10*R О = 2,0 м;

1 полк, где L — — =203м

13

/ л

Н (I

Тогда

2+2 03 (1+cos 70 )

0 7 sin(2 70

1пойн, 1 = (p2i-1(В + (- —.-- ) + 2(2i-1)R -т — — ° cos o

a+r полН, L J фщ sing — . ps p sin $<

Чтобы пластообразные зоны разрушенных пород не имели разрывов, величина заходки, с которой выполняются разрушенные зоны, составляет

При этом количество скважин в веере для каждой пластообразной зоны равно где а - кратчайшее расстояние от .г контура выработки до пластообразных зон разрушенных пород, м, для глинистых сланцев

r - эквивалентный радиус выработки, м, для выработки сечениеи8=13мэ

"+" " для скважин, располагающихся ниже горизонтальной плоскос- 0 ти, проходящей через центр поперечного сечения выработки;

"-" " для скважин, располагающихся выше этой плоскости, N

Количество скважин в веере, располагающихся ниже горизонтальной плоскости, проходящей через центр поперечного сечения выработки, равно

Н

-к- = 2 шт.

2 R> < sin7o

Отсчет порядковых номеров скважин ведут от горизонтальной плоскости, проходящей через центр поперечного сечения выработки (например, первая нижняя скважина 1н 1 вторая верхняя скважина 2> и т.п.) .

Длину i-й скважины определяют по формуле полное расстояние от центра выработки, иэ которого задается направление i-й скважины, до точки взрывания, м; расстояние от центра выработки, из которого задается направление

i-й скважины, до точки забуривания, м: опережение пластообразных разрушенных зон по отношению к забою выработки, м; кратчайшее расстояние от центра поперечного сечения выработки, иэ .которого задается направление скважин, до забоя выработки, м; проекция полного расстояния на поперечное сечение выработки, м;

Выработку проводят с отставанием по о ношению к пластообраэным разрушенным зонам L = 2 м, кратчайшее расстояние от центра поперечного сечения выработки„из которого задается направление скважин до забоя выработки L - =1 м, Для первой верхней скважины

1752ч68

2+2 Ц, - 2+.2 03

7) (+2Ë3 )2 2(2,1 1) р 7. --.-- ---- cos 70 = 4 17 и

sin 70

1 полн, 1 полн «о

= 5,13 и.

I (a+r)/sin 3о (2i-1)К,,р, сов 8о

Ж; = агс1р

? L

+ о

6 о (2+2 03)/в 70 - (2 1-1) -0 7 cos 70 о

arctp

2.

:..Л.

1в с

1 гг ф

2+ 1

Угол наклона скважины относительно горизонтальной плоскости, про« . 20 ходящей через центр выработки (2i-1)К р 1р ° sin8o (1 +1 o)/cos h, 2 ° 1-1 0„ 7 sin 70 . о

2+1)/cos 53 о. = arctg

1=

arctg о

= 8. Ф о р м у n a и 3 о б р е т е н и я

1,,3Q Способ разгруэки горных выработок от напряжений, включающий проведение. выработки, бурение скважины и взры., вание в них зарядов 8В с образованием в породном массиве пластообраэных а зон разрушенных пород, располагаю5 щихся в плоскостях, не пересекающихся с выработкой, и окружающих их зон разгруженных пород, о т л и ч а юшийся тем, "что, с целью снижения материальных и трудовых затрат на проведение и пбддержание выработки, скважины бурят с опережением от центра поперечного сечения выработки, а зону разрушенных пород формируют в . виде призмы, боковые грани которой образуют иэ плаСтообраэных зон разрушения пород, пересекающихся на вертикальной оси выработки, при этом грани призмы разрушенных пород рас50 полагают "под углом к горизонту, равным углу движения боковых пород, а кратчайшее расстояние от них до контура выработки принимают равным 610 радиусам разрушения . в данном направлении. а

Длина скважйны составит

4

cos 53о cos 6

1скь = 5 13

1ь

= 3,45 м °

1, = 1

Lo с к,, 00hH, cos g сов

Аналогично ° зная значения S; 80 .

1 Lo >R ayy Rpnpp R рп31 рассчитывают параметры остальных скважин, Параметры скважин в веере для принятых условий приведены в таблице.

Точное соблюдение параметров бурения скважин позволяет создать зону

2 разгруженных пород в виде прйзмы без раэрывов.и необходимой формы..:" ., : .-

Взрывание зарядов в скважинах" 4 производится в один прием с забойными шпурами, но с опереженйем во временй; При этом ударная волна от

Угол поворота скважины относительно оси вь работки скважинных зарядов способствует лучшему Отрыву породы при взрывании шпу ров забоя выработки 1.

Применение. способа позволяет на

304 снизить затраты йа проведение вы— работок, íà 75ь снизить затраты на их поддержание, значительно повысить устойчивость.

1752968

12 ааъ

Скважина

Is

3 в

5в

6в

7в

1

2н

Длина скважины м

3,45

3,46

3,85

4,57

5,46 .

6,50

7,63

8,81

3,63

4,11

Угол поворота скважины QT носительно оси выработки, град.

53

51

47

42

37

23

14

57

Угол наклона скважины относительно горизонта, град.

13

21

28

34

44

49

1752968

4-а

Соста витепь Д. Цехмистер

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор И.нмакова

Редактор Е.Папп

Заказ 2744 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101