Способ борьбы с горными ударами

 

Использование: при подземной разработке месторождений угля. Предварительно определяют век гор действия максимального напряжения. Осуществляют вибровоздействие на массив в указанном направлении. При этом на первом этапе воздействуют с частотой 60-1500 Гц, а на втором 60-400 Гц. Одновременно с вибровоздействием в скважины нагнетают воду, поверхностно-активные вещества и смолы.

2000440 С (5нз E 21 F 5/00

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам Щ, Щ)» . g

ОПИСАНИЕ l43O6PETEHI4SI ;ыыт"1-rE „.

) Г. Г,Я и 11 г.

К ПАТЕНТУ

О

Ф.

О

A (21) 4711403/03 (22) 29,06.89 (46) 07.09,93. Бюл, ¹ 33 — 36 (75) Бакулин А.В., Бакулин В.Н. (76) Бакулин А,В. (54) СПОСОБ БОРЬБЫ С ГОРНЫМИ УДАРАМИ (57) Использование: при подземной разработке месторождений угля. Предварительно

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разгрузки горного массива от напряжений при отработке месторождений открытым или подземным способом.

Известен способ борьбы с горными ударами, включающий бурение скважин, нагнетание в них под давлением синтетических смол и пластификаторов одновременно (BBT. св. СССР ¹ 1357588), Однако этот способ неэффективен, локален, обладает малой производительностью, трудоемок, нетехнологичен. требует значительного времени для приведения локального участка массива в неудароопасное состояние.

Известен также способ борьбы с горными ударами, включающий бурение скважин в пласте. определение вектора действия максимального главного напряжения, установление в скважинах на глубине 3 — 5 м вибраторов с ориентированием осей вибратаров по линии действия максимального главного напряжения, вибровоэдействие на массив одновременно в нескольких скважинах поэтапно с использованием на определяют вектор действия максимального напряжения. Осуществляют вибровоэдействие на массив в укаэанном направлении. При этом на первом этапе воздействуют с частотой 60-1500 Гц, а на втором 60 — 400 Гц. Одновременно с вибровоздействием в скважины нагнетают воду, поверхностно-активные вещества и смолы. первом этапе диапазона частот от 60 до

1500 Гц и одновременным нагнетанием в скважины воды и поверхностно-активных веществ, смол до момента достижения уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих напряжений.

Однако этот способ не учитывает структурные особенности горного массива, не позволяет эффективно управлять состоянием и свойствами пород в массиве, длителен по времени воздействия.

Цель изобретения — повышение эффективности снижения удароопасности пластов путем ускорения процесса снижения напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе вибровоздействие на массив на втором этапе производят на частоте 60-400

Гц, а нагнетание ПАВ и смол производят после достижения уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих напряжений, На чертеже приведена схема реализации опыта, на которой показаны горный массив 1, горная выработка 2, скважины 3 для размещения в них виброисточников, виброисточники 4, компрессор 5 высокого

2000440 давления, электронный пульт 6 управления для синхронизации работы группы виброисточников, нагнетательные скважины 7.

Способ осуществляют следующи л образом, С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального главных напряжений в породном массиве, где требуется снизить напряжения.

В выработке 2, находящейся на том же горизонте на расстоянии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив 1, бурят скважины 3 диаметром 300-700 мм и глубиной 3-5 м и размещают в них невэрывные пневматические источники 4 в один ряд, причем направление их воздействия совпадает с направлением действия одного из главных напряжений, действующих в горном массиве.

Максимальный диаметр скважин 3 для размещения виброисточников 4 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения глощных вибрационных колебаний на частотах 60-400Гц. при которых имеег место максимальная "закачка" упругой энергии в тело горной выработки 2, составляющая от

3 до 9 р всей энергии, поступающей в источник 4 от компрессора 5 высокого давления (ЭУ-5 или ЭУ-7) — 60 — 300 атм и более, Глубина скважины 3 оптимальна величине столба воды в совокупности со штыбом или буроВоА мелочью, которымг заполняют скважину 3 после размещения в ней виброисточника 4, и составляет 3-5 м для диапазона частот 60-400 Гц.

Скважины 3 бурят на удалении друг от друга 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, Исходя из условий волнового подобия при скорости Р-волн, равной в массиве 3000 м/с, длины волн на частотах 60-400 Гц составляют от 8 до 50 м, что на удалении 3-5 длин волн составляет примерно 150 м. Это обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений, излучаемое источником, распределено равномерно, в то время как при удалениях, меньших этих расстояний, оно распределено неравномерно и в этом случае практически невозгложно осуществить синхронизацию работы группы виброисточников.

Время воздействия — время синхронной работы группы источников до приведения горного массива в неудароопасное состояние зависит от обводненности пород и горного давления, обусловленного весом вышележащих пород, и регулируется по55 достижения положительного эффекта

Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок на пути распространения упругой волны образуются волны сжатия и растяжения, действующие как тектонический насос средством электронного пульта 6 управления посредством тенэодэтчиков, встроенных в виброисточники 4 и преобразующих импульс сжатого воздуха от компрессора 5 в электрический сигнал. При синхронной работе группы виброисточников амплитуду их колебаний медленно поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения напряжений, "0 действующих в породном массиве, равным

0,7 от величины разрушающих напряжений, с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления. Колебания вызывают в массиве относительную подвижку структурных элементов горного массива. что вызывает перераспределение напряжений на пути распространения мощных вибрационных колебаний и частичную дегазацию горного массива, Эти явления имеют место как при работе группы источников, так и в случае работы одного источника, Работу группы источников контролируют геомеханическими и геофизическими ме25 тодами исследований; методом разгрузки с использованием тензодатчиков; ультразвуковыми летодами; методами с использованием сейсмоаку30 стической и электромагнитной эмиссии.

Воздействуя «а массив мощными вибрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем напряжений, не пре35 вышающих 0,7 от разрушающих, начинают нагнетать в породы технологический раствор с добавками ПАВ и синтетические смолы. Для повышения эффективности при приведении горного массива в колебатель40 ное состояние вибровоздействия осуществляют направленными импульсами на частоте собственных колебаний горного массива. Таким образом, массив обрабатывается всеми вида ли сжимающих и растягивающих нагрузок в диапазоне от 60 до 400

Гц, что способствует повышению эффективности способа за счет управления состоянием и свойствами горных пород.

По истечении необходимого времени источники выключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив для них новые скважины. или оставляют на старом месте, если сохраняется повторная воэможность воздействия на массив и

2000440

50 и способствующие перемещению-миграции флюидов-жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах горного массива, во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны, Это вызвано тем, что при распространении упругой волны в горном массиве энергия волны переходит из одних участков массива в другие и на пути распространения волны создается знакопеременное давление, которое описывается выражением

P - Pp + А с ржов(ил - и x/t), (1) где Po — геостатическое давление горного массива; А — амплитуда смещения волны; с — скорость волны; со- 27г /Т вЂ” круговая частота; x —; t —; рплотность; P — знакопеременное; Ас p o)— амплитуда звукового давления, Вибрации, вернее давление, в знакопеременной волне при достижении величины, равной или большей геостатического, обеспечивают повышение гидро- и аэродинамических связей горного массива и увеличивают проницаемость пород. Давление в первой полуволне от источника определяют из выражения

Анпи - 0,015(PV) /R, (2) где P — давление сжатого воздуха в источнике, кг/см;

V- объем камеры давления в источнике, дм;

R — глубина размещения источника в скважине, м.

Массив предварительно приводят в возбужденное состояние в диапазоне 60400 Гц, затем при достижении уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих, переходят на частоту собственных колебаний горного массива и нагнетают в скважины ПАВ и синтетические смолы, причем под воздействием вибрации заполнение пор и трещин осуществляют в несколько раз быстрее. В результате прочность обделки и массива повышается на 40 — 60 (,, что было проверено методом гидроразрыва до и после вибровоздействия.

Преимуществами способа является то, что размещение виброисточников по предлагаемому способу позволяет:

1. Перераспределить поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов:

2. Свести к минимуму проявления гор ного давления;

3. Создать оптимальные условия для закачки упругой энергии в тело горной выработки в режиме накопления при неизменных контактных условиях в выбранном диапазоне частот;

4. Осуществить частичную дегазацию горного массива;

5. Повысить эффективность способа.

Использование предлагаемого изобретения позволяет значительно повысить эффективность способа за счет управления состоянием и свойствами горных пород в массиве с использованием упругого миграционного геоэффекта. имеющего место практически в любых диапазонах частот от

Гц до мГц, снизить проявления горно о давления и увеличить безремонтный срок службы горных выработок по сравнению с известными классическими способами, не использующими упругий миграционный геоэффект.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения составляет 23 т.руб. в год, Формула изобретения

Способ борьбы с горными ударами, включающий бурение в пласте скважин, определение вектора действия максимального главного напряжения, установление в скважинах на глубине 3 — 5 м вибраторов с ориентированием осей вибраторов по линии действия максимального главного напряжения, вибровоздействие на массив одновременно в нескольких скважинах поэтапно с использованием на первом этапе диапазона частот 60-1500 Гц и одновременным нагнетанием в скважины воды и поверхностно-активных веществ и смол до

hloM8HTB достижения уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих напряжений, отличающийся тем. что, с целью повышения эффективности снижения удароопасности пластов путем ускорения процесса снижения напряжений, вибровоздеиствие на массив на втором этапе производят на частоте 60-400Гц, а нагнетание поверхностно-активных веществ и смол производят после достижения уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих.

2000440

Составитель А.Бакулин

Редактор М.Стрельникова Техред М,Моргентал Корректор П.Герещи

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3071

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