Способ струйного разрушения горных пород

 

Использование: разрушение горных пород . Сущность изобретения: нарезают врубовые щели отрезками струи и разрушают межщелевые целики. На заднем фронте каждого отрезка струи создают всплески давления, превышающего более чем в 1,5 раза, давление в овальной части отрезка струи. Повышенное давление обеспечивает разрушение межщелевых целиков одновременно с нарезкой щелей. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК Ы 1754902 А1 (5пл E 21 С 45/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (" . ".::.,", „ .";, - „ .;;,""(К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750901/03 (22) 17,10.89 (46) 15.08.92.Бюл.N 30 (71) Донецкий политехнический институт (72) B,А.Бугрик (54) СПОСОБ СТРУЙНОГО РАЗРУШЕНИЙ

ГОРНЫХ ПОРОД (57) Использование; разрушение горных пород. Сущность изобретения; нарезают врубовые щели отрезками струи и разрушают межщелевые целики. Йа заднем фронте каждого отрезка струи создают всплески (56) Тимошенко Г.М., Бугрик В,А. Гидроимпульсная отбойка — перспективный способ выемки угля на шахтах с обычной технологией, — Уголь Украины, 1989, N 66, с.13-14, Авторское свидетельство СССР

N. 1469126, кл. Е 21 С 45/00, 1987, давления, превышающего более чем в 1,5 раза, давление в остальной части отрезка струи. Повышенное давление обеспечивает разрушение межщелевых целиков одновременно с нарезкой щелей. 5 ил.

Изобретение относится к разрушению горных пород, в частности к струйным способам, и может быть использовано в горной промышленности, гидротехническом строительстве, энергетике, Известен способ разрушения горных пород струями воды высокого давления, при котором в массиве непрерывными струями нарезают щели определенной глубины и на определенном расстоянии друг от друга, после чего скалывают межщелевые целики.

Недостатком этого способа является невысокая эффективность разрушения, что обусловлено несовершенным взаимодействием непрерывной струи с разрушаемым массивом во время щелеобразования, при котором разрушение производится мелки- ми частицами и в межщелевых целиках не происходит интенсивного трещинообразования, иэ-за чего требуется устанавливать небольшое расстояние между щелями для эффективного скола целиков. мы, формирование отрезков струи и нареза ние ими врубовых щелей, При щелеобразовании импульсной струей большей скважности, когда пауза между импульсами на порядок и более превышает длительность импульса, величина перемещения струеформирующего ствола за время паузы на порядок и более превышает величину перемещения струи за время ее действия на массив. Действие очередного отрезка струи на массив происходит на расстоянии шага отбойки So=.(5-6) do, в несколько раз превышающем диаметр струи бо, от предыдущего места разрушения, При этом процесс разрушения очередным отрезком импульсной струи начинается с образования струей отдельной воронки. По

I достижении ею достаточных размеров под действием усилия, сообщаемого струей, в перемычке между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью образуется система трещин. В дальнейшем под действием усилия от струи и сил гидравлического клина происходит откол с перемычки крупных частиц. После откола части перемычки с этой стороны струя разворачивается в сторону нарезанной щели и снижается усилие ее

Наиболее близок к предлагаемому способ разрешения горных пород, включающий создание импульсов давления большой скважности и близкой к прямоугольной фор 1754902

15

25

35

50

55 воздействия на массив. По мере углубления вновь образованной воронки это усилие вновь возрастает, после чего происходит очередной откол, Такой процессдискретными актами продолжается до окончания действия импульса, В процессе образования щелей межщелевые целики испытывают действие мощных импульсных нагрузок, которые, многократно повторяясь, с частотой следования импульсов вызывают усталостные явления в породе. B результате происходит интенсивное трещинообразавание и самообрушение межщелевых целиков, Данный способ имеет более высокую эффективность разрушения, чем известный благодаря более эффективной передаче энергии струей массиву за счет более полного разворота струи на поверхности разрушения и отколу крупных частиц в результате дискретного приложения к массиву нагрузок. Однако возможности разрушения с помощью импульсного воздействия на массив реализуются здесь не полностью. Это связано с тем, что разрушение осуществляется с недостаточно большим шагом отбойки, когда откол перемычки между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью происходит за йесколько актов и при каждом отколе происходит разворот части струи в сторону уже нарезанной щели, из-за чего теряется часть энергии струи, B результате повышается энергоемкость разрушения и снижается производительность, пропорциональная шагу отбойки, При увеличении же шага отбойки перемь;чка между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью остается неразрушенной, щель вообще не будет нарезаться.

Цель изобретения — повышение производительности разрушения 3а счет увеличения шага отбойки.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что согласно способу разрушения горньгх пород, включающему формирование импульсного давления, создание отрезков струи и нарезание ими врубовых щелей с разрушением межщелевых целиков, на заднем фронте в каждом отрез- ке струи создают всплески давления, более чем в 1,5 раза превышающего давление в остальной части отрезка струи, Создание на заднем фронте в каждом отрезке струи всплесков давления, величиной более чем в 1,5 раза превышающей величину давления в основной части импульса, обеспечивает разрушение горного массива. Основная часть импульса с номинальным давлением образует воронку на всю глубину нарезаемой щели, а следующий в конце импульса всплеск повышенного давления производит откол сразу всей перемычки между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью, При этом нет потерь энергии, обусловленных разворотами части струи в сторону нарезанной щели, как при разрушении перемычки за несколько актов, нарезание щели осуществляется с увеличенным шагом отбойки и повышенной производительностью разрушения.

На фиг.1 приведен график изменения во времени давления перед струеформирующим насадком, на фиг.2, 3 и 4 — схемы разрушения горных пород в различные моменты действия отрезка струи; на фиг.5— принципиальная схема устройства для осуществления способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Создают импульсы давления, имеющие на задних фронтах всплески давления величиной Р>, Кр раэ большей давления Р в основной части импульса (фиг,1), Величину

kp принимают более 1,5, длительность всплеска tB — около 10, от длительности основной части импульса to. Созданные импульсы давления подают в струеформирующий ствол, где формируются отрезки струи

1 (фиг.2), имеющие в хвостовой части участки с повышенной скоростью, Сформированные отрезки струи 1 направляют на разрушаемый горный массив 2, перемещают струеформирующий ствол вдоль массива

2 со скоростью, обеспечивающей попадание очередного отрезка струи 1 на расстоянии S (шаг отбойки) от предыдущего, большем 6,5 do, где do — диаметр струи в начальном сечении. В этом месте струя 1 давлением Р, в течение времени to образует воронку 3 глубиной Н, примерно равной глубине йарезаемой щели 4 (фиг.3). Образующаяся между забоем воронки 3 и ранее нарезанной щелью 4 перемычка 5 подвергается действию усилия от струи 1 и сил гидравлического клина от проникающей в материал жидкости. В результате в ней идет интенсивное трещинообразование, однако вследствие большой толщины, обусловленной увеличенным шагом отбойки S. откола перемычки 5 струей 1 давлением Р, не происходит. После этого следующий за основным участком кратковременный участок струи давлением Р8, превышающим 1,5 Р, производит откол сразу всей ослабленной трещинами перемычки 5, и длина нарезаемой щели 4 увеличивается на величину шага отбойки S (фиг.4). При таком действии струи, имеющей на заднем фронте в каждом отрезке всплески давления, более чем в 1,5 раза превышающего давление в остальной части отрезка. в 1,1 раза и более повышается про1754902 извадительность разрушения и снижается энергоемкость.

Во время нарезания щелей 4 в межщелевых целиках (на схемах не показаны) под действием мощных импульсных нагрузок, 5 которые многократно повторяясь с частотой следования импульсов, вызывают усталостные явления в породе, происходит интенсивное трещинообразование, и они разрушаются. - -: .. 10

Способ может быть осуществлен, например, с помощью двух совместно работающих гидроимпульсаторов-накопителей 6, 7 (фиг.5). Гидроимпульсаторы-накопители 6, 7 включают основные 8, 9 и управляющие 15

10, 11 клапаны, поршни-накопители 12, 13, гидроаккумуляторы 14, 15 и струйные разделители 16, 17 для подключения к подводя. щей- магистрали 18. Заседельные полости .19, 20 клапанов 8,9 соединены с общйм 20 струеформирующим стволом 21, их подклапэнные полости 22, 23 — с полостями 24, 25, в которых размещены поршни-накопители

12, 13, а управляющие полости 26, 27 — с управляющими клапанами 10; 11, Клапаны 25

10, 11 имеют напорные 28, 29, сливные 30, 31 и управляющие 32, 33 полости. Управляющая полость 32 клапана 10 гидроимпульсатора-накопителя 6, предназначенного для формирования основной части импуль- 30 са, соединена с выходом струйного разделителя 16 и полостью 24. Управляющая полость 33 клапана 11 гидроимпульсаторанакопителя 7, предназначенного для формирования всплеска, соединена с выходом 35 струйного разделителя 16 с помощьЮ линии

34. Длина L линии 34 принимается равной с

to,где с — скорость распространения волны в ней. Длительность основной части импульса t в зависимости от свойств разрушаемой 40 горной породы порядка 10-50 мс. Поршнинакопители 12, 13 образуют в своих корпусах 35, 36 полости 24, 25 с рабочими площадями соответственно Я1 и S1, поло/ сти 37, 38 с рабочими площадями Яг и $2, 45 соединенные с гидроаккумуляторами 14, 15, и полости 39, 40 с рабочими площадями Яз и S3 . Полости 35 и 39-поршня-накопителя

12 соединены между собой, Полость 40 поршня-накопителя 13 соединена с управляю- 50 щим клапаном 11, величина ее рабочей площади Яз составляет(р-1) S1 — более 0,5

1 1

S1 . Полости 35, 36 и жидкостные полости

1 ги@роаккумуляторов 14, 15 соединены со вспомогательной магистралью 41, давление 55 в которой примерно. равно Рр, Величина давления Р1 в магистрали 18 на 10-15 превышает Ро.

При работе в автоколебэтельном режйме втечение периода зарядки рабочая жидкость под давлением Р1 из магистрали 18 через струйные разделители 16, 17 поступает в рабочие полости 24; 25 и перемещает вверх поршни-Йакопители 12, 13. Соотношение диаметров подающих насадков разделителей 16 и 17 йринимается равным

d1/dg=1/(0,1 / ), что обеспечивает накопление объемов жидкости для формирования основной части импульса и всплеска в требуемом соотношении. При этом, когда соединены между собой соответственно полости 37 и 39, 38 и 40 поршни-накопители

12, 13 вытесняют такие же,объемы жидкости из полостей 37, 38 в гидроаккумуляторы 14, 15, которые осуществляют накопление подводимой энергии. Давление в полостях 24, 25 и соединенных с ними управляющих полостях 32, 33 примерно равно давлению Р, в магистрали 41, при котором управляющие клапаны 10, 11 находятся в нижнем положении, соединяя управляющие полости 26, 27 основных клапанов 8, 9 с напорной магистралью 41, Благодаря этому основные клапаны 8, 9 закрыты и узолируют полости 24, 25 от ствола 21.

При накоплении заданного объема жидкости на формирование основной 1асти им- пульса поршень-накопитель 12 доходит до крайнего верхнего положения и останавливается. Прекращается расход "в полость 24 через струйный разделитель l6, вследствие этого давление на выходе разделителя 16 и в полостях 24, 32 возрастает от Рр к Р1.

Повышение давления в полости 32 приводит к перемещению управляющего клапана 10 в крайнее верхнее положение. Одновременно волна повышенного давления начинает распространяться по линии 34 к полости 33, В результате переклвчения клапайа 10 управляющая полость 26 клапана 8 отсоединяется от напорйой линии 41 и соединяется со сливом. Клапан 8 открывается и соединяет полость 24 со стволом 21, Поршень-накопитель 12 перемещается вниз, вытесняя из полости 24 расход, требуемой для поддержания в стволе 21 высокого давления, гидроаккумулятор 14 отдает накопленную им энергию, Так как полости 37 и 39 по-прежнему соединены между собой, то давление в полости 24 примерно равно Рр, и в стволе

21 формируется основной участок отрезка импульсной струи давлением Р<>. Через время tp(lo=L/с) волна повышенного давления по линии 34 достигает управляющей полости 33 клапана 11, и давление в ней повышается. Вследствие этого управляющий клапан 11 перемещается в крайнее верхнее положение, отсоединяет управляющую полость 27 клапана 9 от напорной линии 41 и соединяет ее со сливом. В результате кла1754902 пан 9 открывается и соединяет полость 25 со стволом 21. При переключении клапана

11 соедйняется также со сливом полость 40 поршня-накопителя 13, Благодаря этому поршень-накопитель 13 перемещается вниз 5 и создает в полости 25 и стволе 21 повышенное в kp pan (kp=Sz /S1 ) давление (без учета сил трения и подпора на сливе) — формиру- ется всплеск повышенного более чем в 1 5 раза давления на заднем фронте отрезка 10 струи давлением Ро, длительность которого

Ь=0,1 ь определяется накопленным в полости 25 объемом жидкости.

Когда поршни-накопителя 12, 13 (фиг.5) соответственно после окончания формиро- 15 вания основной части импульса и всплеска вытеснят накопленные объемы жидкостй йз полостей 24, 25 и остановятся, вытеснейие жидкости из полостей 24, 25 прекращается и давления sних значительно падают,,Пада- 20 ет давление также и в управляю@йх" полостях 32, 33 клапанов 10, 11, под действием чего клапаны 10, 11 перемещаются в крайние нижние положения. Управляющие полости 26, 27 клапанов 8, 9 отсоединяются от слива и соединяются с найорной магистралью 41 и аккумуляторами 14, 15, В результате повышения давления в полостях 26, 27 клапаны 8, 9 закрываются и отсоединяют полостй 24, 25 от ствола 21. Вновь начинается период зарядки, процесс работы повторяется.

Формула изобретения

Способ струйного разрушения горных пород, включающий формированйе импульсов давления, создание отрезков струи и нарезание ими врубовых щелей с разруше нием межщелевых целиков, отл ича юшийся тем, что, с целью повышения производи тельнос т и ра зрушения горных пород за счет увеличения шага отбойки, на заднем фронте каждого отрезка струи создают всплеСки давления, превышающего более чем s 1,5 раза давление в остальной части отрезка струи. -

1754902

Составитель В. Бугрик

Редактор Л. Веселовская Техред М.Моргентал Корректор 3. Салко

Заказ 2875 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