Способ разрушения горных пород

 

Способ разрушения горных пород струей импульсного действия приложением на массив последовательных импульсных воздействий струи, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой в массиве щели. Наряду с основной формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фазовым составом; аналогичными основной струе,и с диаметром , в 1,5-2,0 раза меньшим диаметра основнойструи . Воздействуют дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии , кратном шагу отбойки. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Е 21 С 45/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

j ;,; ..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I г!

Ф! а!

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4846653/03 (22) 16.04.90 (46) 23.11.92. Бюл. К 43 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.А. Бугрик (56) Тимошенко Г,М, и др. Двухствольный импульсный гидромонитор, Уголь Украины, . N.. 12, 1978, c;23 — 24.

Бугрик В.А. О механизмах взаимодействия импульсной струи с разрушаемым массивом, ДПИ, Донецк, 1988, Деп.в

УкрНИИНТИ, N 1694 — Ук 88. (54} СПОСОБ !оАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к разрушению горных пород, ь частности к струйным способам, и может бить использовано в горной промышленности; гидротехническом и дорожном строительстве, энергетике.

Известен способ разрушения горных пород (преимущественно угля), при котором создают импульсы давления скважностью примерно 2, формируют отрезки струи и нарезают ими врубовые щели (1). Недостатком этого способа является высокая энергоемкость разрушения. Это обусловлено тем, что при щелеобразовании импульсными струями такой скважности. перемещение струеформирующего ствола за время паузы междуимпульсами незначительно отличается от перемещения струи за время ее действия на массив. Вследствие этого разрушение производится при небольшом шаге отбойки и на небольшую глубину. В качестве прототипа принят способ разрушения горных пород, включающий

„„5U„„1776798 Al (57) Способ разрушения горных пород струей импульсного действия приложением на массив последовательных импульсных воздействий струи, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой в массиве щели. Наряду с основной формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фазовым составом, аналогичными основной струе,и с диаметром, в 1,5 — 2,0 раза меньшим диаметра основной струи. Воздействуют дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки, 3 ил. формирование струи импульсного деиствия и приложение последовательных импульсных воздействий указанной струи на массив, распределенных с шагом отбойки-вдоль нарезаемой в массиве щели (2), Очередное воздействие струи на массив при этом происходит на расстоянии шага отбойки Яо = (5 — 6)бо, в несколько раз превышающем диб аметр струи бо, от предыдущего места разрушения. Процесс разрушения каждым импульсным воздействием начинается с растекания струи по неразрушенному массиву, внедрения струи в массив и формирования начальной воронки с наружным диаметром около 1,5do. Внедрение струи в массив производится отрезком струи длиной (50 — 100)бо, и длительностью: z вн, (50—

100)do/чо. где vo — скорость истечения струи. Затраты энергии на внедрение струи (Авн = (50 — 100) Z робо /4Ф(40 — 80)робо ) составляют 15 — 30 энергии импульса оптимальной длительности, в то время как

1776798 величина объема разрушения эа этот период составляет около 17ь от общего. т.е. начальное внедрение струи в массив проходит с энергоемкостью в 15 — 30 раз больше, чем последующий процесс разрушения при сформированной воронке. В дальнейшем происходит увеличение глубины и диаметра воронки, По достижении ею достаточных размеров. под действием усилия, сообщаемого струей, в перемычке между забоем воронки и ранее нарезанной щелью образуется система трещин, и происходит откол с перемычки крупных частиц. Такой процесс продолжается до окончания действия импульса. При образовании щелей межщелевые целики испытывают действие мощных импульсных нагрузок, которые многократно повторяясь с частотой следования импульсов, вызывают усталостные явления в породе. В результате происходит интенсивное трещинообразование и самообрушение целиков.

Данный способ имеет более высокую эффективность разрушения, чем аналог, благодаря тому, что перемещение струи во время ее разрушающего воздействия на массив незначительно, и производится эффективный откол перемычек между соседними импульсными воздействиями. Однако возможности разрушения с помощью импульсных струйных воздействий на массив здесь реализуются не полностью. Недостатком этого способа является повышенная энергоемкость разрушения, что связано с. большими затратами энергии на внедрение струи в массив, имеющими место в начале каждого импульсного воздействия, Цель изобретения — снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в известном способе разрушения горных пород, включающем формирование струи импульсного действия и приложение последовательных импульсных воздействий указанной струи на массив, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой щели, формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фаэовым составом, аналогичными основной струе, и с диаметром,в 1,5-2,0 раза меньшим диаметра основйой струи, и воздействуют укаэанной дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки.

Новизной предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом является формирование дополнительной струи со скоростью и вещественно-фаэовым составом, аиалогичными основной струе, и с диамет5

55 имеющих большую скважность (порядка 10), воздействий на массив 2 двух струй: основной 3, начальным диаметром dp,и дополнительной 4, начальным диаметром б1, в 1,5-2 раза меньшим бо, и опережающей основную струю 3 на расстояние nS, где п — целое число, обычно равное 1. Такая последовательность импульсных воздействий может осуществляться в трех вариантах: 1) создают струи 3 и 4 импульсными большой скважности и перемещают их вдоль нарезаемой щели 1 с постоянной скоростью v>,2) создают непрерывные струи 3, 4 и перемещают их со скоростью чп, изменяющейся периодически (импульсно) с большей скважностью; 3) импульсные струи 3, 4 перемещают с периодически изменяющейся скоростью vn.

При каждом из таких импульсных воздействий на массив.2 процесс разрушения дополнительной струей 4, опережающей основную струю 3 на кратное шагу отбойки расстояние nS, начинается с растекания струи 4 по неразрушенному массиву 2 (фиг.

1). В месте натекания струи 4 происходит фильтрация жидкости под давлением в массив 2, образование трещин и формирование начальной воронки диаметром 1,5о1. На этот процесс внедрения струи 4 в массив 2, в течение времени t Вн - (50-100) d>/vo, ром B 1,5-2,0 раза меньшим диаметра основной струи, и воздействие ею на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки. Такие импульсные воздействия обеспечивают разрушение горного массива, при котором внедрение в массив и образование начальной воронки осуществляется дополнительной струей, имеющей меньшие в 2,25-4,0 раза мощность и в 1,5-2 раза время внедрения, чем основная струя. Основная же струя производит разрушение только при оптимальном по энергоемкости диаметре воронки; (3,5-7,0)d<..В результате энергия, затрачиваемая на внедрение струи в массив, пропорциональная dp . снижается в з

3,4-8 раз — от 15 — 30 до уровня ниже 5, а общие энергозатраты на разрушение снижаются в 1,1-1,25 раза, Такое решение неизвестно и отвечает критерию

"существенные отличия".

Сущность предложенного способа разрушения горных пород поясняется схемами разрушения массива в различные моменты импульсного струйного воздействия (фиг. 1, 2. 3)

Изобретение осуществляется следующим образом.

Создают распределенную с шагом отбойки вдоль нарезаемой щели 1 последовательность одновременных импульсных, 1776798 характеризующийся повышенной энергоемкостью, затрачивается энергия А„ = (4080)pod< . Далее разрушение струей 4 идет при сформированной воронке, и энергоемкость его резко снижается. Процесс разру- 5 шения основной струей 3 начинается с попадания ее в уже сформированную ранее струей 4 воронку 5, имеющую диаметр около 3,5 d или (5 — 7)d<, при котором разрушение осуществляется с минимальной 10 энергоемкостью. Происходит рост диаметра и глубины воронки 5. Образующаяся между забоем воронки 5 и ранее нарезанной щелью 1 перемычка 6 подвергается действию усилия от струи 3 и сил 15 гидравлического клина от проникающей в породу воды. В результате идет интенсивное трещинообразавание и откол крупных частиц (фиг. 2). Одновременно с этим продолжается процесс разрушения дополни- 20 тельной струей 4 — рост воронки 7, Разрушение струей 3 перемычки 6 продолжается до конца данного импульсного воздействия. При этом производится практически полный откол перемычки 6 и увели- 25 чение длины нарезаемой щели 1 на шаг отбойки S(фиг,,3). Дополнительная струя 4 заканчивает образование воронки 7 диаметром (5-7)d< для последующего действия основной струи 3, 30

При оптимальной по энергоемкости разрушения длительности импульсного воздействия (r o = (150 — 500)do/ч,> общие энергозатраты струй 3 и 4 нз разрушение за один импульс составляют;

Ao = po л (150 — 500)do /4 + оо л (150—

500)d> /4 = (118 — 392)po(do" + Л! ). Для do =

=(1,5-2,0)d g Ао = (1062-1715Л>-.d, A относительные энергозатраты на внедрение струи в массив Ao /Ao составляют не более 5 .

Во время нарезания щелей 1 в ме>кщелевых целиках (на схемах не показаны} под действием мощных импульсных нагрузок, которые многократно повторяясь с частотой

l следования импульсных воздействий,вызывают усталостные явления в породе, происходит интенсивное трещинообразование и они разрушаются.

Формула изобретения

Способ разрушения горных пород, включающий формирование струи импульсного действия и приложение на массив последовательных импульсных воздействий указанной струи, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой B массиве щели, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фазовым составом, аналогичным основной струе, и с диаметром, в 1,5 — 2,0 раза меньшим диаметра основной струи, и воздействуют указанной дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки.

1776798

Составитель В.Бугрик

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор М.Петрова

Редактор

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

Заказ 4106 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5