Способ крепления горных выработок

 

Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить устойчивость горных выработок. На удалении от закрепляемой выработки, равном 3-5 длинам волн основной излучаемой частоты, из параллельной выработки бурят скважины и определяют векторы максимального и минимального напряжений в массиве. Скважины заполняют водой и устанавливают в них невзрывные пневматические источники колебаний. Оси источников колебаний располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению. Работу группы источников синхронизируют, возбуждают в массиве колебания и приводят его в неудароопасное состояние. В выработке устанавливают опалубку. Амплитуду колебаний масива регулируют путем увеличения подачи сжатого воздуха в источники от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в массиве достигнут половины от разрушающих. Поддерживая амплитуду на достигнутом уровне, нагнетают за опалубку под высоким давлением скрепляющий раствор. Перед установкой опалубки возможны бурение шпуров и установка в них анкеров. Колебания в массиве осуществляют на частоте 60-120 Гц. Во время проведения массива в неудароопасное состояние осуществляют контроль за его напряженным состоянием. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4444395/23-03 (22) 20.05.88 (46) 23.08.90. Бюл. № 31 (75) В. Н. Бакулин и А. В. Бакулин (53) 622.281.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1138511, кл. Е 21 D 21/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 981622, кл. Е 21 F 5/00, 1980. (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫ—

РАБОТОК (57) Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить устойч и вость горн ы х вы р а бото к. На удале ни и от закрепляемой выработки равном 3 — 5 длинам волн основной излучаемой частоты, из параллельной выработки бурят скважины и определяют векторы максимального и минимального напряжений в массиве. Скважины заполняют водой и устанавливают в них невзрывные пневматические источники колеИзобретение относится к подземному строительству, касается способа вибрационного воздействия на гбрные породы и может быть использовано для повышения устойчивости горных выработок различного назначения.

Цель изобретения — повышение устойчивости горных выработок.

На чертеже приведена схема реализации способа.

На чертеже введены следующие обозначения: 1 — горная выработка, подлежащая креплению, 2 — опалубка, имитирующая форму и размеры выработки, 3 скрепляющий раствор для заполнения заопалубочного пространства, 4 — веер шпуров или скважины для размещения в них анкеров, 5 — анкеры, 6 — скважины диаметром 500 — 700 мм для размещения в них

„„Я0„„1587199 А 1 (51)5 Е 21 D 11 00, Е 2! Р 5/00

2 баний. Оси источников колебаний располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению. Работу группы источников синхронизируют, возбуждают в массиве колебания и приводят его в неудароопасное состояние. В выработке устанавливают опалубку. Амплитуду колебаний массива регулируют путем увеличения подачи сжатого воздуха в источники от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в массиве достигнут половины от разрушающих. Поддерживая амплитуду на достигнутом уровне, нагнетают за опалубку под высоким давлением скрепляющий раствор. Перед установкой опалубки возможны бурение шпуров и установка в них анкеров. Колебания в массиве осуществляют на частоте 60 — !20 Гц. Во время проведения массива в неудароопасное состояние осуществляют контроль за его напряженным состоянием. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. невзрывных пневматических источников, 7— компрессор для питания источников сжатым под давлением воздухом, 8 — пульт управления для синхронизации работы группы источников.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определяют поле напряжений и главные векторы в породном массиве, в котором требуется вызвать колебания и вмещающем выработку !.

В параллельной выработке, находящейся на том же горизонте, где пройдена основная выработка, бурят скважины 6 500 — 700 мм и глубиной 5 — 7 м и размещают в них невзрывные пневматические источники колебаний в один ряд, причем

1587!99 на правление воздействия совпадает с одним из главных напряжений в породном массиве основной выработки, т. е. источники устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения.

Максимальный диаметр и глубину скважины 6 для размещения невзрывных источников выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60 — 120 Гц, при которых имеет место максимальная «закачка» упругой энергии в тело горной выработки 1 и составляющая от 3 до 90 энергии, поступающей в источник от компрессора 7 высокого давления — до 230 атмосфер. Глубина скважины 6 оптимальна величине дав-! ления, обеспечиваемого столбом воды, заполняющей скважину, и определенной ранее экспериментально в морской сейсморазведке на акваториях и составляющей для диапа: зона частот 60 — 120 Гц примерно 5 — 7 м.

Скважины 6 бурят на расстоянии 3 — 5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив. Исходя из условий волнового подобия: если при скорости в массиве 1000—

2000 м/с; при частоте f=60 †1 Гц, длина волны равна Х= 1000 †20/60 в 120=

=20 † м, то на удалении 3 — 5 длин волн это составит 100 — 150 м. Это обусловлено тем что на таких удалениях от источника поле упругих напряжений от источника распределено равномерно, в то время как на удалении, равном длине волны, оно неравноверно.

Время воздействия — время синхронной работы группы источников до проведения массива в неудароопасное состояние, регулируемое посредством электронного пульта

8 управления, зависит от обводненности массива и напряженного состояния породного массива.:

При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения напряжений в породном массиве, равном 0,5 от разрушающих с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления. Колебания вызывают в породном массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределения напряжений на пути распространения колебаний и уменьшения проявлений динамики горного давления. Эти явления имеют место как в случае работы одиночного источника, так и при работе группы источников.

Работу группы источников контролируют геомеханическими методами исследований, а именно методом разгрузки с использованием тензодатчиков; ультразвуковыми методами с использованием методов сейсмоакустической и электромагнитной эмиссии.

Воздействуя на породный массив вибрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем напряжений, не превышающих 0,5 от разрушающих, начинают подавать скрепляющий раствор 3 нагнетанием в незаполненное пространство между опалубкой 2 и кровлей выработки 1. Таким образом, массив обрабатывается вибрационными нагрузками, что способствует повышению устойчивости горных выработок и эффективности способа.

По истечении необходимого времени невзрывные сейсмические источники выключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив для них скважины или оставляют на старом, если сохраняется возможность повторного воздействия на породный массив и достижения необходимого эффекта.

Возможна дополнительная установка анкеров 5 в предварительно пробуренные шпуры 4 до установки опалубки.

Сущность изобретения состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок, порождаемых выхлопами сжатого под давлением воздуха от 60 до

230 атмосфер, из источника в скважину, заполненную водой, примерно от 3 до 9Я всей запасенной в источнике энергии передается через нее в массив, т. е. переходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60 — 120 Гц. Под действием упругой волны в массиве возникают волны сжатия и растяжения. Эти волны вызывают миграцию флюидов — жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах пород. и содействуют их миграции во много раз быстрее, чем в отсутствие волн. Кроме того, вибрации содействуют раскрытию трещин в массиве на пути распространения волн. Раствор, поступаемый нагнетанием под высоким давлением в незаполненное пространство между стендом и кровлей основной выработки под воздействием вибраций, порождаемых источниками, проникает в поры и трещины и содействует более полному их заполнению, чем в отсутствии вибрации. После застывания обделка представляет с массивом монолитную среду. прочность которой на 30 — 60О больше, чем прочность среды в совокупности с заполнением их раствором в отсутствие вибрации. что было проверено методом гидроразрыва.

Преимущества способа заключаются в том,что размещение источников по предлагаемому способу позволяет: перераспределить поля напряжений, свести к минимуму вероятность проявления динамических проявлений горного давления; свести существующее поле напряжений к равномерному в период подачи раствора между опалубкой и кровлей выработки; увеличить прочность пород и обделки за счет заполнения раствором пор и трещин, а также за счет исполь1587199

Формула изобретения б 1

Составитель С. Бачурин

Редактор В. Бугренкова Техред А. Кравчук Корректор М. Кучерявая

Заказ 2405 Тираж 383 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения»> и <>тир>ятням при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Ра инская наб., д. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Уж> ород, ул. Гагарина. IOl зования анкерной крепи; создать оптимальные условия возбуждения сейсмических волн в диапазоне 60 — 120 Гц и закачки упругой энергии в породный массив в режиме накопления без изменения контактных условий — энергия передается в массив через воду.

1. Способ крепления горных выработок, включающий проходку выработки, бурение скважин, определение векторов максимального и минимального напряжений в породном массиве, установку в скважине источников колебаний, оси которых располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению, синхронизацию работы группы источников, возбуждение в масс и ве кол еба н и и и и ри веде н не его в неуда роопасное состояние, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки, в ней устанавливают опалубку, а скважины заполняют водой и в качестве источников колебаний используют невзрывные пневматические источники, которые располагают на удалении от выработки, равном

5 3 — 5 длин волн основной получаемой частоты, при этом амплитуду их колебаний регулируют путем увеличения подачи сжатого воздуха от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в Массиве достигнут половины от разрушающих, а затем, поддерживая амплитуду на достигнутом уровне, нагнетают за опалубку скрепляющий раствор.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед установкой опалубки бурят шпу15 ры и устанавливают в них анкеры.

3. Способ по и. 1, отличающийся тем, что колебания массива осуществляют на частоте 60 — 120 Гц.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время приведения массива в неудароопасное состояние осуществляют контроль за его напряекенным состоянием.