Способ искусственного обрушения труднообрушаемой кровли

 

Назначение. Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для принудительного обрушения труднообрушаемой кровли над выработанным пространством лав или над выемочными выработками шахт с пологим и наклонным залеганием угольных пластов без применения взрывных работ (торпедирования). Сущность изобретения: при наличии двух плоскостей обнажения в консоли труднообрушаемой кровли (песчаник, известняк) в качестве теплопроводящих элементов используют медные перфорированные трубки диаметром, меньшим диаметра скважин , которые заполняют гранулами двуокиси углерода и посекционно досылают в скважины до установки в них гидрозатвора и заполнения скважин водой. При этом происходит быстротечное расширение образующегося из воды льда, способного при температуре минус 5-10°С создать по линии пробуренных скважин избыточное давление в 113 МПа (1130 кгс/см2), превышая предел прочности наиболее крепких песчаников и известняков, что приводит к искусственному обрушению консоли без торпедирования. 3 ил.

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 С 41/18, 37/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891467/03 (22) 19.11.90 (46) 07.01.93. Бюл, ¹- 1 (71) Стахановский филиал Коммунарского горно-металлургического института (72) В,Ф.Овчинников, Г,Ю.Валуконис, Ю,И.Чернуха, В.А.Кошеленко, Г,И.Глухов, В.А.Труфанов, P,Ñ.Ìèðýîÿí, Н.И.Нестеренко, П.С.Ружелович и А.В.Овчинников (56) Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли в выемочных участках, Л.: ВНИМИ, 1982, 120 с.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1416691, кл. Е 21 С 37/06, 1989. (54) СПОСОБ ИСКУССТВЕННОГO OEPYLLIEНИЯ ТРУДНООБРУШАЕМОЙ КРОВЛИ (57) Назначение. Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для и ринудител ьного обрушения труднообрушаемой кровли над выработанным пространством лав или над выемочными

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для принудительного обрушения труднообрушаемой кровли над выработанным пространством лавы или над выемочными выработками шахт с пологим и наклонным залеганием угольных пластов без применения взрывных работ (торпедирования).

Известен способ принудительного обрушения труднообрушаемой кровли, включающий бурение скважин, заряжение в них

ВВ с последующим торпедированием кровли для искусственного ее обрушения.

Недостатком известного способа искусственной посадки труднообрушаемой кровли является реальная возможность выхода

„, SU „, 1786265А1 выработками шахт с пологим и наклонным залеганием угольных пластов без применения взрывных рабат(торпедирования). Сущность изобретения: при наличии двух плоскостей обнажения в консоли труднообрушаемой кровли (песчаник, известняк) в качестве теплопроводящих элементов используют медные перфорированные трубки диаметром, меньшим диаметра скважин, которые заполняют гранулами двуокиси углерода и посекционно досылают в скважины до установки в них гидрозатвора и заполнения скважин водой. При этом происходит быстротечное расширение образующегося из воды льда, способного при температуре минус 5-10 С создать по линии пробуренных скважин избыточное давление в 113 МПа (1130 кгс/см ), превышая

2 предел прочности наиболее крепких песчаников и известняков, что приводит к искусственному обрушению консоли без торпедирования, 3 ил, пламени из скважин по природным трещинам кровли в загазированное метаном выработанное пространство лавы, что приводит к взрыву метано-воздушной смеси и угольной пыли (например, взрыв на шахте

"Молодогвардейская" ПО "Краснодонуголь" в 1981 г,), Известен способ разрушения монолитных объектов (бетон и др.) без применения взрывных работ путем бурения шпуров, последующим их заполнением хладагентом (гранулы двуокиси углерода) и теплопроводящими длинномерными элементами (металлическая стружка с водой с целью ускорения процесса замораживания воды и

1786265 последующего разрушения монолита по линии пробуренных сверху вниз шпуров.

Недостаток этого способа в том, что в пробуренных снизу вверх шпурах труднообрушаемой кровли данное техническое решение неосуществимо. Оно осуществимо только в шпурах, пробуренных сверху вниз, позволяющих произвести их заполнение гранулами сухого льда (твердая двуокись углерода), теплоотводящим элементом (полукатушка) в устье шпура, С помощью полукатушки также невозможно герметизировать пробуренный снизу вверх шпур (скважину) и через одно из отверстий полукатушки залить шпур (скважину) водой до основания ребер полукатушки, исключив при этом вытекание воды из ш пура (с к важи н ы).

Цель изобретения — упрощение технологии искусственного обрушения труднообрушаемой кровли (песчаники, известняки и др.) путем исключения взрывного воздействия (торпедирования), снижения энергозатрат и повышения безопасности, Поставленная цель достигается тем, что в способе искусственного обрушения труднообрушаемой кровли, включающей бурение наклонных восстающих скважин длиной, превышающей мощность обрушаемой кровли, заполнения их теплопроводящим элементом, установку гидрозатворов, заполнение скважин хладагентом и водой, в качестве теплопроводящих элементов используют медные перфорированные трубки диаметром меньшим диаметра скважин, которые посекционно досылают в скважины до установки в них гидрозатворов и заполнения водой, Сопоставление данного решения с прототипом показывает, что этот- способ отличается от известного принципиально новыми техническими путями достижения цели, т,е. искусственного обрушения труднообрушаемой кровли, имеющей две плоскости обнаружения.

В предлагаемом способе вместо металлической стружки использованы перфорированные медные трубки, что обеспечивает высокую степень теплопередачи с получением одновременно дополнительного положительного эффекта, указанного в цели, Разупрочнение и искусственное обрушение нависшей консоли кровли при наличии в ней двух плоскостей обнажения достигается использованием физического процесса быстрого превращения гранул сухого льда (твердая двуокись углерода) в газообразное состояние с температурой минус 55-56", сопровождающееся резким понижением температуры воды в шпурах (скважинах) и быстротечным превращением ее в лед.

При этом происходит быстрое расширение образующегося из воды льда, спо5 собного и ри температуре минус

5-10 С создать избыточное давление в 113 МПа (1130 кгс/см ), многократно превышая предел прочности наиболее крепких песчаников и известня 10 ков.

При снижении температуры льда от минус 10 до минус 20 С его избыточного давление мгновенно возрастает до 197 МПа (1970 кгс/см ), что способствует быстротечг

15 ному разупрочнению и обрушению консоли труднообрушаемой кровли по линии пробуренных шпуров (скважин) в крепких песчаниках или известняках кровли. Наличие двух плоскостей обнажения кровли способ20 ствует процессу обрушения.

Перфорированные медные трубки с хладагентом (гранулы сухого льда — твердая окись углерода) помещают в шпуры или скважины, пробуренные наклонно снизу

25 вверх вдоль линии намечаемого обрушения труднообрушаемой кровли параллельно разрезной печи, выемочным штрекам или бортовым ходкам, крепление которых деформируется под действием давления нави30 сающей консоли труднообрушаемой кровли. Это приводит к внезапным обрушениям кровли в лавах с тяжелыми последствиями и вынужденными повторным перекреплениям выемочных штреков или

35 бортовых ходков в результате деформации крепи с остановкой горных работ.

На фиг, 1 показан поперечный разрез откаточного штрека 1, крепление которого деформировано под действием давления

40 нависшей консоли 2 труднообрушаемого песчаника мощностью m< над выработанным пространством 3 угольного пласта мощностью my.

На фиг, 2 под поз. 3 изображены шпуры

45 или скважины, пробуренные наклонно снизу вверх на всю толщину m< кровли со стороны выработки 1 с целью искусственного обрушения нависшей над выработанным пространством 3 консоли предложенным

50 способом.

Количество одновременно пробуренных наклонно шпуров (скважин) 4 зависит от толщины нависшей консоли кровли, давления и крепости ее пород. Шпуры (скважины)

55 4 бурят со стороны выработки 1 наклонно вверх на всю толщину обрушаемой кровли консоли с расстоянием между шпурами (скважинами) равным 2R (см. фиг. 2), где R— радиус активной зоны действия шпура или скважины 4.

1786265

Искусственное обрушение консоли труднообрушаемой кровли, имеющей две плоскости обнажения, осуществляют следующим образом.

До нагнетания воды в скважины (шпуры) 4 досылают посекционно медные перфорированные трубки 6, предварительно заполненные хладагентом (твердая двуокись углерода) (см. фиг, 1 — 3). Твердую двуокись углерода получают непосредственно в шахте из доставленных сюда 40литровых углекислотных баллонов, наполненных сжиженной углекислотой, по

30-35 кг в одном баллоне. При помощи специального устройства (условно не показано) сжиженная углекислота при адиабэтическом расширении превращается в твердую фазу (гранулы), позволяющую сразу же прессовать ее в цилиндрические шашки (условно не показаны), которыми заполняют медные перфорированные трубки 6, посекционно досылаемые в шпуры или скважины

4 (см. фиг. 1 — 3). После этого в устье каждого шпура (скважины) 4 устанавливается гидрозатвор 5, позволяющий одновременно нагнетать в них под давлением воду через шланг 8 специальным насосом (условно не показан), Обратный клапан 7 гидрозатвора

5 исключает обратный выход воды из шпуров (скважин) 4, Медные перфорированные трубки 6 благодаря высокой теплоемкости создают теплоотводящий контур, позволяющий в пять раз по сравнению со стальной перфорированной трубкой ускорить замерзание воды в шпурах (скважинах) 4 и природных трещинах в радиусе R. При этом быстро образуется ледяная пробка, увеличивающая боковые расширяющие усилия, способствующие обламыванию нависающей консоли кровли 2, деформирующей крепь выработки 1 по линии пробуренных шпуров (скважин) 4, Общий объем трещин в породах кровли в радиусе R, куда проникает вода под избыточным давлением, составляет 811 от объема 2 л R п1н N, где N — количество шпуров или скважин, одновременно участвующих в искусственном обрушении породной консоли кровли, имеющей две плоскости обнажения.

Твердая двуокись углерода при адиэбатическом расширении скоротечно превращается в газообразную, которая через перфорированные отверстия в секциях медных трубок контактирует с водой, поглощая ее теплоту в радиусе R, При этом происходит быстрое снижение температуры воды до минус 5-10 С, а расширяющие условия образовавшегося льда достигают усилий 10-200 МПа, что при5

35 водит к быстрому обламыванию породной консоли по линии пробуренных шпуров (скважин), что предотвращает деформацию крепи выработки 1.

В таблице приведены результаты шахтных испытаний скорости полного замерзания в скважинах воды при наличии стальных и медных перфорированных секций диаметром 80 мм общей длиной 2000 мм, Обламываемая консоль сложена из крепких песчаников с коэффициентом крепости j =

= 10 по шкале проф. М,М. Протодьяконова, Диаметр двух наклонно пробуренных вверх скважин 100 мм под углом 45 к вертикали на толщину песчаника, длина скважин 2500 мм, температура стенок скважины плюс

28 С, температура воды в оросительном трубопроводе шахты плюс 15 С. При этом время полного замерзания воды в скважинах по предложенному способу составило:

Из данных таблицы видно, что перфорированные медные трубчатые секции в пять раз ускоряют замерзание воды в скважине по сравнению со стальными, что резко повышает производительность труда, Быстрому замерзанию воды в скважинах способствует и то обстоятельство, что у льда не успевает проявиться свойство ползучести, что повышает его расширяющие усилия.

Количество твердой двуокиси углерода в зависимости от количества воды, нагнетаемой в шпуры (скважины), определяют по следующей формуле:

СО2 =

ГЛ1(С1(Т1 — ТО) +Л+СЛ(Т2 — TO)l

С СО2 (Т2 ТЗ ) + L СО2 + С СО2 (Т2 — ТЗ ) где m1 — масса воды;

С1 — удельная теплоемкость воды;

Т1 — начальная температура воды;

To — температура образования льда;

Т2 — температура льда;

С сΠ— удельная теплоемкость твердой фазы двуокиси углерода;

А — удельная теплота плавления льда;

С (— удельная теплоемкость льда;

Тз — температура перехода из твердой фаэы СО2 в гаЗООбраэнуЮ; сО2 — теплота перехода СО2 из твердой фазы в газообразную;

С сО2 — удельная теплоемкость двуокиси углерода;

m co2 — масса двуокиси углерода в твердой фазе, Вслед за подвиганием лавы вышеуказанным способом производят последовательное искусственное обрушение

1786265

25 нависающей консоли кровли, что исключает деформацию крепи, вызывающую повторное перекрепление участковых штреков и бортовых ходков, Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества:

1) отпадает необходимость в применении дорогостоящих машин и механизмов;

2) способ безопасен и легко осуществим в условиях каждой шахты, располагающей баллонами со сжиженной углекислотой;

3) резко сокращается объем повторного перекрепления участковых выработок (штреков и бортовых ходков), вызванных деформацией крепи участковых выработок под воздействием давления нависающей

КОНСОЛИ;

4) легко осуществим в шпурах (скважинах), пробуренных в направлении снизу вверх, а не сверху вниз, как в прототипе.

При этом повышается безопасность работ за счет исключения операций, связанных с перекреплением участковых выработок для их повторного использования, что приводило к человеческим жертвам.

5 Формула изобретения

Способ искусственного обрушения труднообрушаемой кровли, включающий бурение наклонных восстающих скважин

10 длиной, превышающей мощность обрушаемой кровли, заполнение их теплопроводящим элементом, установку гидрозатворов, заполнение скважин охлад<ргентом и водой, отличающийся тем, что, с целью

15 снижения энергетических затрат и повышения безопасности работ при наличии двух плоскостей обнажения в консоли обрушаемой кровли, в качестве теплопроводящих элементов используют медные перфориро20 ванные трубки диаметром, меньшим диаметра скважин, которые посекционно досылают в скважины до установки в них гидрозатворов и заполнения водой, 1786265

5-b

Составитель В.Овчинников

Редактор Б.Федотов Техред М,Моргентал Корректор С.Юско

Заказ 237 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101