Способ упрочнения горных пород

 

Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить эффективность управления за счет увеличения проницаемости пород. Вокруг выработки в / . скважинах размещают невзрывные пневматические источники колебаний, оси которых ориентируют параллельно направлению главных максимальных напряжений. Скважины располагают на расстоянии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив. Скважины заполняют упругопластическим материалом. Воздействуют на массив сначала частотой 60 - 1500 Гц, а затем частотой собственных колебаний массива Амплитуду увеличивают до величины, при которой напряжения в массиве достигают половины от разрушающих. Достигнув этого уровня, нагнетают в массив скрепляющий раствор через веер шпуров. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>>s Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

9451 699lP3 и ЬИ АВГИЯ ИЬЯ f

Б! |БЛ! ПОТЕКА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4703140/03 (22) 28.04.89 (46) 07.12,91. Бюл, 1Ф 45 (75) А.В.Бакулин (53) 622.281.4(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР N.

1320435, кл. Е 21 F 5/00, 1980;

Авторское свидетельство СССР М

1587199, кл. Е 21 F 5/00, 20.5,88. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ГОРНЫХ ПО- .

РОД (57) Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить эффективность управления за счет увеличения проницаемости пород. Вокруг выработки в

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для решения горно- и геотехнологических задач, в частности для упрочнения горных пород в приконтурной зоне выработки.

Цель изобретения — повышение эффективности способа за счет увеличения проницаемости горных пород.

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 — горный массив, 2— горная выработка, 3 — приконтурная эона нарушенных пород, 4 — скважины с размещенными в них невзрывными источниками

5, в которые встроены тенэодатчики 6, 7— компрессор высокого давления (ЭУ-5 или

ЭУ-7), 8 —. электронный.пульт управления, 9 — приборы для контроля за горным давлением, 10- веер шпуров для нагнетания окрепляющих растворов в приконтурную зону, О1 и о — векторы максимального и мини„„SU„„1696?31 Al

° l скважинах размещают H883pbtBHbN пневматиче ские источники колебаний, оси которых ориентируют параллельно направлению главных максимальных напряжений, Скважины располагают на расстоянии 3 — 5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, Скважины заполняют упругойластическим материалом. Воздействуют на массив сначала частотой 60 — 1500 Гц, а затем частотой собственных колебаний массива, Амплитуду увеличивают до величины, при которой напряжения в массиве достигают половины от разрушающих. Достигнув этого уровня, нагнетают в массив скрепляющий раствор через веер шпуров. 1 ил. мального главных напряжений в горном массиве, Способ осуществляют следующим образом.

С помощью датчиков давления. горных Q пород, устанавливаемых в контрольной Ос скважине, определяют поле напряжений и главные векторы впородном массиве,,в ко- . (1 тором следует ослабить напряжения. В вы- д работке, отстоящей от основной выработки

2, в которой необходимо осуществить упрочнение пород, на расстоянии 3 — 5 длин волн основной получаемой частоты, излучаемой в массив, бурят скважины 4 ф 500 — 700 мм и глубиной 5 — 7 м и размещают в них невзрывные пневматические источники колебаний в один ряд, причем направление воздействия совпадает с одним из главных напряжений в породном массиве выработки

2, т,е. источники устанавливают в полости, 1696731

ПРОХОДЯЩЕЙ {ЕРЕЭ ЛИНИ{0 i{3Ê<:ÈÌ3!fbHO!0 главного напряжения.

Максимс{льнь{Й Диамет1) (iI

8Q Г)!у{2инь{ для 1заэмещения ист{зчников выб{лра{от исходя из Оптимальны{< ус {Овбчй возбу>кдения сейсмических колебан{лй на частотах 60 — 1500 Гц, при которы". имеет место оптимальная максимальная закачка упр1!ГОЙ эне1)гии в т8ло Г{риконту{зной зсны

3 горной выработки, составл {{{Ощая 3 — 16,2, энергии, поступа{ощей в источник от комп, зесcop3 7 BbicoKo{0 давления — go ЗОО Зтм.

1 лубы{{3 сква>кины 4 Оптимальна величине давлеь{ия, Обеспечиваемой 88сом уп1зуго вязкого тела, например воды или мокрой буровой мелочи, или мокрого.<варцевого ne0êà с Добавкой металличес{<и:< опилок, oflp8деленной экспериментально B морской ,.;-;; сморазведке на акваториях и составляюн{ей для диапазона 60-- 1500 Гц примерно

5 -7 при добавлении столба давления в ,-.Ква xvf!8 7 — 10 атм. Скважины 4 бурят на .::: -.": ..;C Fi)?f?l6l6I 2 — 3 PII6{H UOFIH основ.-{ой !3CTOГы, 6<çëó {38ìoé в массив, исходя из условий .201 . 0В0с0 пОдобия; при ск000сти в масс{лве

2000 — 5000 I

pH цf If!3>< волн 30 80 6i 2 " 4 {л., HB удале" ные 3-5длин волн это составляет примерно

300 м, Это обусловлено тем, что на таких ,;далениях о источника поле упругих напря1{<е?{ий OT истОчника ОаспБРделено равно {ерно, в То Бремя I<3ê на удаление длины зол{! ы Он0 н81)авном81)НО.

Время вОздсиствия синх1)(зн ной p360Th!

Группы источников для приведения массива з неудароопасное состояние. регулируемое

Iocp8glcTBov обратной связи пульта Я уп:завления с компрессором 7. зависит от об;oöfi8íí0ñòè пород в массиве, степени трещи новатости — проницаемости массива и геомеханических условий залегания roploãñ массива, причем импуг{ьс давления сжатОГО воздуха, пОдаваемОГО От компрес"

i"„.0p3 7 в исто-;ник, преобразуется с электри.еский импульс тензодатчиком 6 и подаетс на вход электронного пульта управления. т.е. осуществляется синхронизация работь; группы источников колебаний, Г1ри синх;зонной работе группы источников амплиту,"у колебаний поднимают от минимального

:!0 максимального уровня, определяемого

;p0BI{eIf достижения наг.ряженый в парад{{ом массиве, равном 0,5 0Т разруша{оших, с Tlаким условием, чтобы не вь.звать Динамических проявлений горного давления. Колебания вызывают B горном массиве относитель?{у о подвих<ку структурных зле;;8I! То0, перераспределение напря>кений на

ilути распространенля колебаний и умень-!!J8HMo динамики гÎpHol дангения, Эти явЦ

1г{

{ 1", 20

ЗО

55 ления имеют место как в случае работы одиночного источника, так и в случае работы группы источников.

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

Воздействия на горный массив осуществляют поэтапно, Вначале приводят MBc= сив в колебательное состояние в диапазоне частот 60 — 1500 Гц. а затем переходят на частоту воздействия, равну{0 частоте собственных колебаний горного массива в совокупности с нагретанием скрепляющих растворов.

Параметры вибровоэдействия в скважинах задают для всех источников идентичными, а именно частоту, длительность и интенсивность колебаний поддерживают одинаковыми при неизменных контактных условиях, Во время приведения массива в неудароопаснос сосгояние осуществляют контроль за BIO H:Iпряженным состоянием, Воздействуя на приконтурную зону 3 горного массива выбрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и по достижении в нем напряжений, не превыша{ощих 0,5 от разрушающих, начина{от нагнетать в шпуры 10 скрепляющий раствор. Таким образом, массив обрабатывается вибрационными нагрузками, что способствует увеличению проницаемости горных пород в приконтурной зоне выработки и повышению эффективности способа.

Воздействие осуществляют в течение времени, определяемого прекращением фильтрации воды из горного массива.

По истечении необходимого времени невэрывные сейсмические источники Bblкл{оча{от и перемещают на новое место, предварительно пробурив для них сква>кины, или Оставг{яют на старом, если сохранятся возможность повторного воздействия на породный массив и достижения в нем необходимого эффекта.

Перед нагнетанием в скважины встав-. ляют анкера.

Сущность изобретения состоит в том, что под воздействием вибрационных нагрузок, порождаемых выхлопами сжатого воздуха под давлением 60 — 300 атм из источника в сказ>кину, заполненную мокрым кварцевым песком с добавками металлических опилок, примерно 3 — 167ь всей запасенной в источнике энергии передает16Р6-31 сг через мокрый песок в массив, т.е„переходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60 — 1500 Гц. Под действием упругой волны в массиве возникают волны сжатия и растяжения, Эти волны вызывают мигра- 5 цию флюидов — жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах горных пород, и содействуют их миграции во много раэ быстрее, чем в отсутствие упругой волны, Кроме того, вибрации содействуют раскрытию тре- 10 щин в массиве на пути распространения упругих волн, Скрепляющий раствор, поступаемый нагретанием под высоким давлением в приконтурные горные породы, выработки, проникает в поры трещины и 15 содействует более полному их заполнению, чем в отсутствие вибрации. После застывания — отверждения приконтурная часть горной выработки представляет собой монолитную среду, прочность которой на 40 20 — 60 g, выше, чем прочность этих же пород в ,совокупности со скрепляющими растворами, нагнетаемыми без вибрации, что проверено методом гидроразрыва.

Преимущества предлагаемого способа 25 состоят в том, что упрочнение пород приконтурной зоны горной выработки позволяет осуществить перераспределение напряжений в горном массиве на пути распространения вибрационных колебаний, 30 свести к минимуму вероятность проявления динамических нагрузок, внезапных выбросов угля, породы и газа, свести поле существующих напряжений к равномерному в период нагнетания скрепляющих растворов 35 — привести массив в неудароопасное состояние, увеличить прочность приконтурной части горной выработки эа счет более полного заполнения пор и трещин пород, а также за счет использования анкерной крепи, 40 создать оптимальные условия возбуждения сейсмических колебаний в диапазоне 60—

1500 Гц и закачки упругой энергии в горные породы в режиме накопления без изменения контактных условий — энергия переда- 45

6 ется в массив через мокрый кварцевый песок или буровую мелочь, увеличить проницаемость горных пород в период нагнетания скрепляющих растворов в приконтурные горные породы выработки, причем диапазон частот выбран с таким расчетом, чтобы содействовать раскрытию трещин с размерами оТ 1 MM и выге.

Использование способа позволит значительно увеличить проницаемость горных пород и повысить эффективность упрочнения горных пород за счет более прочного сцепления приконтурных пород выработки с горным массивом по сравнению с имеющимися способами упрочнения пород, Формула изобретения

Способ упрочнения горных пород, включающий проходку выработки, определение векторов главных напряжений s массиве, бурение скважин на расстоянии 3 — 5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, бурение шпуров, установку в них невэрывных пневматических источников Ко лебаний, оси которых располагают параллельно направлению главного напояжения, и заполнение упруговязким материалом, синхронизацию работы источника и возбуждение в массиве колебаний, увеличение их амплитуды до величины, при которой напряжения в массиве достигнут половины от разрушаюших и поддержание амплитуды на этом уровне и нагнетание в шпуры скрепляющего раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения эа счет увеличения пооницаемости пород, определяют частоту собственных колебаний массива,.а возбуждение в нем колебаний производят поэтапно, вначале в диапазоне частот 60 — 1500 Гц, а затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний массива, при этом источники колебаний располагают параллельно направлению максимальных напряжений.

1696731

Составитель С.Бачурин

Редактор Т.Юрчикова Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 4289 Тираж 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