Способ упрочнения целика

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при системах разработки с оставлением целиков. Цель изобретения - повышение эффективности укрепления за счет более полного заполнения трещин и снижения расхода скрепляющего раствора. Способ основан на нагнетании в целик скрепляющего раствора из твердеющих составов. В целик на нижней и верхней границах зон одноосного и неодноосного сжатия бурят рабочие скважины. На равном расстоянии от границ этих зон бурят контрольные скважины, причем контрольная скважина расположена с соответствующими ей рабочими скважинами в одной плоскости , совпадающей с направлением действия максимального напряжения. Все скважины бурят параллельно малой оси эллипса , вписывающегося в поперечное сечение целика. Нагнетание твердеющих составов производят через рабочие скважины до появления раствора в соответствующих контрольных скважинах. 1 ил., 1 табл, Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (siis Е 21 С 41/16

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4694551/03 (22) 22.05.89 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (71) Карагандинский политехнический институт (72) Х,Ж.Халманов, У.С.Коянбаев и Б.Хамимолдднов (53) 622.274(088.8) (56) Патент США

М 3971122, кл. 61 — 15В. 1976.

Давыдов В.В. и др. Химический способ укрепления горных пород. М.: Недра, 1977, с.139. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЦЕЛИКА (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при системах разработки с оставлением целиков. Цель изобретения — повышение эффективности укрепИзобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно при системах разработки мощных рудных залежей с оставлением столбчатых цел иков.

Известен способ упрочнения целиков с помощью напряженной анкерной крепи, включающий бурение сквозных скважин в целике. размещение в скважинах крепежных элементов, натяжение и фиксирование их.

Наиболее близким к предлагаемому является способ упрочнения горного массива, основанный на нагнетании в массив физико-химических составов, и который может быть использован для упрочнения целика.

Способ заключается в бурении рабочих и.. Ы,, 1705566 А1 ления эа счет более полного заполнения трещин и снижения расхода скрепляющего раствора. Способ основан на нагнетании в целик скрепляющего раствора из твердеющих составов. В целик на нижней и верхней границах зон одноосного и неодноосного сжатия бурят рабочие скважины. На равном расстоянии от границ этих зон бурят контрольные скважины, причем контрольная скважина расположена с соответствующими ей рабочими скважинами в одной плоскости, совпадающей с направлением действия максимального напряжения. Все скважины бурят параллельно малой оси эллипса, вписывающегося в поперечное сечение целика. Нагнетание твердеющих составов производят через рабочие скважины до появления раствора в соответствующих контрольных скважинах. 1 ил„1 табл, контрольных скважин и подаче через них скрепляющих растворов.

Недостатком известных способов упрочнения целика является их низкая эффективность, так как не учитывается напряженно-деформированное состояние целика.

Известно, что в целике распределение напряжений йеодинаково как в поперечном его сечении, так и по высоте. Следовательно, имеются участки в целике как с благоприятными условиями для движения и твердения скрепляющего раствора, так и с неблагоприятными условиями.

Неблагоприятные условия для нагнетания раствора имеются на участках целика, в которых породы находятся в объемном на1705566

55 пряженном состоянии (зоны неодноосного сжатия). Образование и рост техногенных трещин в этих зонах происходит только после завершения роста трещин в зоне одноосного сжатия, т.е. после завершения режима разупрочнения целика.

Участки целика в зонах неодноосного сжатия "не работают", пока не завершится рост трещин в зоне одноосного сжатия и поэтому проводить упрочнение пород в "неработающих" зонах нецелесообразно, Более того, из-за отсутствия развитой сети техногенных трещин в зонах неодноосного

-сжатия требуется высокое давление нагнетания, что приводит к отжиму (отслоению) отдельных кусков пород с поверхности целика. Это вызывает уменьшение размеров поперечного сечения целика, а значит, и уменьшение его несущей способности и устойчивости.

Цель изобретения — повышение эффективности способа упрочнения целика за счет нагнетания скрепляющего раствора в зону с развитой техногенной трещиноватостью.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения целика, заключающемуся в бурении рабочих и контрольных скважин в целик и нагнетании через них скрепляющих растворов, рабочие скважины бурят на границе зон одноосного и неодноосного сжатия, а контрольные скважины бурят на равном удалении от верхней и нижней границ зон одноосного и иеодноосного сжатия, причем и контрольные и рабочие скважины бурят параллельно малой оси эллипса, который вписывается в поперечное сечение целика.

Согласно предлагаемому способу рабочие скважины бурят на границе зон одноосного и неодноосного сжатия и скважины бурят параллельно малой оси эллипса.

На чертеже представлен столбчатый целик, подготовленный к упрочнению по предлагаемому способу.

Столбчатый целик содержит зону 2 одноосного сжатия, зону 3 неодноосного сжатия, границу 4 между зонами 2 и 3, рабочие скважины в верхней части 5 целика, в нижней части 6, контрольные скважины 7. Кроме того, приняты следующие обозначения:

2а и 2в соответственно большая и малая оси эллипса, который можно вписать в поперечное сечение целика; сг — вектор действия максимального напряжения, 2h высота целика.

Способ реализуют следующим обра.зом.

В столбчатом целике 1 высотой 2h определяют направление осей эллипса, который можно вписать в поперечное сечение целика, а также размеры зон одноосного 2 и неодноосного 3 сжатия. На границе 4 этих зон бурят рабочие скважины 5 в верхней части целика и в нижней 6. На равном расстоянии от границ этих зон бурят контрольные скважины 7. Скважины 5, 6 и 7 бурят параллельно малой оси эллипса 2в, причем каждая контрольная скважина 7 расположена относительно соответствующих ей скважин 5 и 6 в одной плоскости, совпадающей с направлением действия максимального напряжения о; образуя комплект скважин

5-6 — 7.

Расстояние между одноименными скважинами соседних комплектов определяется исходя из радиуса распространения раствора вокруг скважин 5 или 6 по известным формулам.

Зона 2 одноосного сжатия расположена в центральной части целика 1. В зоне 2 прявляются деформации сжатия — растяжения.

Поэтому в процессе деформации целика в этой зоне образуются трещины Х, направленные вдоль вектора действия максимального напряжения о и параллельно большей оси эллипса 2а (в случае целика с прямоугольным поперечным сечением трещины параллельны большей поверхности целика).

В этом случае пробуренные скважины 5, 6 и

7 оказываются нормальными к плоскости трещин (не показаны).

YcTGHoBëåHèå границы между зонами 2 и 3 инструментальными методами является трудоемким и неточным процессом, поэтому для этого используются зависимости размеров зон 2 и 3 от формы и геометрических размеров целика.

Для удобства работы эти зависимости представлены в таблице, где е — эксцентриситет эллипса; h — половина высоты целика;

r — расстояние от кровли (почвы) целика до границы зон одноосного 2 и неодноосного 3 сжатия.

После бурения скважин 5, 6 и 7 в скважины 5 и 6 нагнетают скрепляющий раствор до тех пор, пока в соответствующей им контрольной скважине 7 <е появится раствор.

Это свидетельствует о прохождении скрепляющим раствором участка целика между скважинами 5(6) и следовательно об окончании укрепления участка целика в районе одного комплекта скважин 5-6-7, Затем приступают к нагнетанию раствора в следующий комплект скважин.

1705566

Данный способ повышает эффективность упрочнения целика по следующим причинам.

Нагнетание упрочняющего раствора производится в той части целика, которая в 5 процессе его эксплуатации наиболее подвержена разрушению(расслоению) и в которой образуется система трещин ориентирования. Трещины, как показывают расчет и эксперимент, имеют длину в пределах ши- 10 рины зоны одноосного сжатия. Пробуренные скважины пересекают плоскости трещин под углом, близким к прямому, т.е. каждая скважина пересекает несколько плоскостей трещин. Такое расположение 15 скважин относительно трещин облегчает процесс движения нагнетаемого раствора по трещинам. Поэтому давление нагнетания небольшое, расход скрепляющего раствора минимален и он целиком расходуется 20 по основному назначению — заполнять трещины.

Устраняется опасность отжима пород с поверхности целика давлением нагнетаемого раствора, поэтому не уменьшаются 25 размеры поперечного сечения целика. Это способствует сохранению несущей способности целика и его устойчивости.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет испольэовать меньшее давление для нагнетания, уменьшить расход скрепляющего раствора и исключить отслоение пород с поверхности целика. Этим достигается повышение эффективности упрочнения целика.

Формула изобретения

Способ упрочнения целика, включающий бурение рабочих и контрольных скважин в целик, нагнетание в рабочие скважины скрепляющего раствора до его появления в контрольных скважинах, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности укрепления за счет более полного заполнения трещин при снижении расхода скрепляющего раствора, предварительно определяют верхнюю и нижнюю границы зон одноосного и неодноосного сжатия, рабочие скважины бурят на границах зон одноосного и неодноосного сжатия, контрольные скважины бурят на равном удалении от указанных границ, причем скважины бурят параллельно малой оси эллипса, вписывающегося в поперечное сечение целика.

1705566

Составитель H.×åðòîåý

Техред М,Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор А.Долинич

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

Заказ 181 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-36, Раушская наб., 4/5