Способ предупреждения горных ударов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений, опасных по горным ударам. Цель - снижение энергоемкости и повышение безопасности работ. В массиве горных пород (ГП) бурят скважины в плоскости, перпендикулярной направлению действия максимальных сжимающих напряжений. В каждой скважине устанавливают нагреватель, подключенный к источнику питания (ИП), датчик температуры, который через реле времени подключен к блоку управления ИП. Между скважинами в горной выработке устанавливают приемники акустических колебаний (АК), подключенные через усилители к блоку управления ИП. Посредством нагревателей периодически осуществляют нагрев ГП до температуры T=KΣ P(1-2*98H) .(β .E) *99- 1, где K- коэф., учитывающий величину действующих в массиве ГП максимальных напряжений

σ р - предел прочности ГП, МПа

ν - коэф.Пуансона

β - коэф.линейного расширения, град -1

E - модуль упругости, МПа. Интервал T между периодами нагрева определяют из соотношения T=(L-D) 2(40φА) -1, где L - расстояние между шпурами, м

D - диаметр шпуров, м

A - коэф.температурной проводимости ГП, м 2/с. В процессе нагрева ГП определяют амплитуду АК, поступающих из зоны нагрева, и по максимальному значению амплитуды АК устанавливают создание разгрузочной зоны. 2 с.п.ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Т = К ст > (1 — 2М ) (P Е) (21) 4492804/31-03 (22) 14.10.88 (46) 30.09.90, Бюл, ¹ 36 (71) Московский горный институт (72) Ю.И. Протасов, В.И. Городниченко и

А,Н. Трушкин (53) 622.281 (088,8) (56) Петухов И.M. и др. Предотвращение горных ударов на рудниках. M. Недра, 1984, с. 167.

Авторское свидетельство СССР

¹ 675191, кл, Е 21 F 5/00, 1976, (54) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ГОРНЫХ

УДАРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений, опасных по горным ударам. Цель — снижение энергоемкости и повышение безопасности работ. В массиве горных пород(ГП) бурят скважины в плоскости, перпендикулярной направлению действия максимальных сжимающих напряжений. В каждой скважине устанавливают нагреватель, подключенный к источниИзобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений, опасных по горным ударам.

Цель изобретения — снижение энергоемкости и повышение безопасности работ.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В массиве горных-пород бурят скважины в плоскости, перпендикулярной направлению действия максимальных сжимающих напряжений. В каждой скважине устанавли„„. рЦ„„1596119 А1 ку питания (ИП), датчик температуры, который через реле времени подключен к блоку управления ИП, Между скважинами в горной выработке устанавливают приемники акустических колебаний (АК), подключенные через усилители к блоку управления ИП. Посредством нагревателей периодически осуществляют нагрев ГП до температуры Т =

=.K0p(1 — 2v) ()3 Е), где К вЂ” коэф., учитывающий величину действующих в массиве ГП максимальных напряжений; ОР— предел прочности ГП, МПа; W — коэф. Пуансона; — коэф..линеиного расгоирения, град; Š— модуль упругости, МПа. Интервал

t между периодами нагрева определяют из соотношения 1 = (! — d) (40 Па), где !— расстояние между шпурами. м; d — диаметр шпуров, м; а — коэф. температурной проводимости ГП, м /с. В процессе нагрева ГП определяют ампитуду АК, поступающих иэ зоны нагрева, и по максимальному значению амплитуды АК устанавливают создание разгрузочной зоны. 2 с,п.ф-лы. вают нагреватель, подключенный к источни-. ку питания, датчик температуры. который . через реле времени подключен к блоку управления источника питания. Между скважинами в горной выработке установлены приемники акустических колебаний, подключенные через усилитель к блоку управления источника питания.

В скважинах нагревают горную породу посредством нагревателя до температуры

1596119 где К вЂ” коэффициент, учитывающий величину действующих в массиве горных пород максимальных напряжений;

0p — предел прочности горной породы;

МПа;

P — коэффициент линейного расширения, град ю — коэффициент Пуассона;

Š— модуль упругости, МПа;

При этом подводимая энергия, равная

Q = Pt - CVp Т, полностью передается в массив горных пород, где P — мощность нагревателя, Вт; с — время работы нагревателя, с; С вЂ” удельная теплоемкость горной породы, Дж/кг град,; р — объемная масса горной породы, кг/м; Т вЂ” температура горной породы, С; V — объем нагреваемой гор. ной породы, м .

Энергия, подведенная от нагревателей, расположенных в двух соседних скважинах к горной породе, поступает от ее поверхности в глубину между скважинного целика.

При этом температура в глубине целика повышается, а на поверхности породы в скважине понижается. Это приводит к повышению действующих здесь напряжений от тектонических и гравитационных сил. При,достижении температуры горной породы в междускважинной зоне значения указанного выше происходит разрушение всего междускважинного целика и амплитуда акустических колебаний, поступающих иэ этой зоны максимальна. Эти колебания принимает приемник акустических колебаний, расположенный между скважинами в горной выработке, подает их через усилитель в блок управления источника питания и отключает от него нагреватели. Дальнейший нагрев горной породы приводит к непроизводительным затратам энергии, так как подводимая энергия расходуется лишь на смещение участков горной породы по образовавшимся трещинам.

При температуре в целике меньше заданного значения реле времени через время 1

t=(I-d) (40Па) 1, где I — расстояние между шпурами, м;

d — диаметр шпуров, м; а — коэффициент температуропроводности горной породы, м2/с, выключает нагреватели и далее цикл повторяется.

Пример. В горизонтальной горной выработке с категорией удароопасности были пробурВны вертикальные скважины в миолитуртитовых породах (о к - 180 МПа).

Диаметр 105 мм, глубина 3.5 м, расстояние между скважинами 0,3 м. Нагрев горных пород осуществлялся нагревателями типа

ЭТРС одновременно в шести скважинах до температуры Т, равной Т = 6.18.0,5,10,7.10

= 80 С. Температура горной породы в сква5 жинах контролировалась датчиками температуры типа ХК. Время перерыва между циклами нагрева поооды в скважинах составляло t=(0,3-0,1) (40 П 7 107)1= 8 мин и контролировалось реле времени типа

10 PB — 6. Акустические колебания, поступающие из зоны нагрева между скважинами, принимались датчиком типа ЦТС вЂ” 19, подавались на усилитель "ТОПАЗ вЂ” 3 — 01" и от него поступали в блок управления источником

15 питания типа ПМВ И вЂ” 23 м.

Через 1 ч периодического нагрева между скважинами образовалась разгрузочная эона в виде щели по всей глубине скважины.

Контроль образования разгрузочной зоны

20 был осуществлен также методом дискования керна, который подтвердил снижение . удароопасности с I до III категории.

Время, затраченное на создание разгрузочной зоны площадью 6,3 м с учетом

25 подготовительно-заключительных операций, составило 4 ч. Энергозатраты предлагаемого способа составляют 10хбх1,0:6,3 =

9,5 квт/м, 30

Формула изобретения

1. Способ предупреждения горных ударов, включающий бурение в горный массив рядов скважин в плоскости, перпендикулярной направлению действий максимальных сжимающих напряжений, и нагрев пород до создания разгрузочной зоны, о т л и ч а ешийся тем, что, с целью снижения энергоемкости и повышения безопасности работ, нагрев породы ведут периодически до температуры

Т = К ор(1 — 2 v) (P Е) 1, где К вЂ” коэффициент, учитывающий величину действующих в массиве горных пород максимальных напряжений;

0 — предел прочности горной породы, МПа;

v- коэффициент Пуассона;

/3 — коэффициент линейного расширеHMA iP

Š— модуль упругости, МПа, с интервалом времени между периодами нагрева, который определяют из соотношения . t = (I — d) (40 Па ) где I — расстояние между шпурами, м;

d — диаметр шпуров, м; а — коэффициент температурной проводимости горной породы, м /с, при этом в процессе нагрева породы определяют амплитуду акустических колебаний, 1596119

Составитель 8. Тычина

Редактор М. Недолуженко Техред М.Моргентал Корректор Л. Патай

Заказ 2900 Тираж 376 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 поступающих из зоны нагрева, а создание разгрузочной эоны устанавливают по максимальному значению указанной амплитуды акустических колебаний.

2. Устройство для предупреждения rop- 5 ных ударов, включающее нагреватели, установленные в скважинах и подключенные к источникам питания с блоком управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения энергоемкости и повышения безопасности работ, устройство снабжено датчиками температуры и приемниками акустических колебаний, при этом указанные датчики и приемники подключены к блоку управления через реле времени и усилитель соответственно.