Способ определения горного давления на горные выработки

 

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к способам определения горного давления на элементы горных выработок - кровлю, стенки и подошву. Задачей изобретения является повышение точности определения горного давления и определение динамики нарастания горного давления при увеличении линейных размеров горной выработки. Способ заключается в бурении в горной выработке измерительной скважины, установке в измерительной скважине датчика горного давления и образовании щели по обе стороны от скважины. Щель образуют посредством бурения ряда разгрузочных скважин. Разгрузочные скважины располагают попарно-симметрично от измерительной скважины по одной линии, образуя постепенно удлиняющуюся щель. По мере нарастания длины щели и прогиба ее стенок замеряют горное давление, определяя динамику нарастания горного давления на все элементы горной выработки, после чего строят тарировочный график зависимости горного давления от длины щели, и по нему определяют горное давление при любых условиях расположения горной выработки и изменениях ее линейных размеров - стенки, кровли или подошвы. 4 ил.

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для определения горного давления на кровлю (потолочину), стенки и подошву выработок перед их проектированием и проходкой (перспективное проектирование).

Известны способы определения естественного напряжения в массиве горных пород, в которых оценка параметров горного давления производится по определению усилия подачи бурового инструмента на забой скважины, процента выхода и фракционного состава штыба и буровой мелочи, степени выхода и вида разрушения керна и пр. [1].

Недостатками данных способов является низкая точность и количественная и качественная оценка горного давления, заключающаяся в выходе штыба, усилии подачи бурового инструмента и т.п.

Известен способ определения абсолютных значений напряжений методом разгрузки, основанный на измерении упругих деформаций некоторого элемента породного массива при разгрузке этого элемента от действовавших в нем напряжений, заключающийся в бурении из горной выработки скважины в заданном направлении и установке в ней датчиков давления [2].

Недостатками данного способа является то, что среда (порода) изначально принимается как упругая, значения напряжений определяются косвенным путем, т.е. математическими преобразованиями, при этом необходимо знать модуль продольной упругости и коэффициент поперечных деформации, которые, как правило, сами являются грубо (с большой погрешностью) определяемыми величинами. Кроме того, данным способом невозможно определить перспективы нарастания давления на стенки, кровлю и подошву выработки в период ее проходки, а также определения динамики нарастания давления при увеличении ширины потолка, подошвы и стенок выработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения горного давления на горную выработку, заключающийся в бурении в горной выработке измерительной скважины, установке в измерительной скважине датчика горного давления и образовании щели по обе стороны от скважины [3].

Недостатки данного способа заключаются в том, что значения напряжений определяются с большой погрешностью, невозможно определить перспективы нарастания давления на стенки, кровлю и подошву выработки в период ее проходки, а также невозможно определить динамику нарастания давления при изменении размеров кровли, стенок или подошвы выработки.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения горного давления и определение динамики нарастания горного давления при увеличении линейных параметров горной выработки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ определения горного давления на горную выработку, заключающемся в бурении в горной выработке измерительной скважины, установке в измерительной скважине датчика горного давления и образовании щели по обе стороны от скважины, щель образуют посредством бурения ряда разгрузочных скважин, которые располагают попарно-симметрично от измерительной скважины по одной линии, образуя постепенно удлиняющуюся щель, и по мере нарастания длины щели и прогиба ее стенок замеряют горное давление, определяя динамику нарастания горного давления на все элементы горной выработки, после чего строят тарировочный график зависимости горного давления от длины щели и по нему определяют горное давление при любых условиях расположения горной выработки и изменения ее линейных размеров - стенки, кровли или подошвы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1-3 показано расположение измерительной и разгрузочных скважин в груди забоя; на фиг.4 показан тарировочный график для любого сечения выработки.

На чертежах показаны грудь забоя 1, потолочина (кровля) 2, стенки 3, подошва 4, измерительная скважина 5, в которой устанавливается датчик горного давления (на чертеже не показан), разгрузочные скважины 6, образующие щель.

Способ реализуется следующим образом: В груди забоя горной выработки бурят измерительную скважину 5 и устанавливают в ней датчик горного давления, далее от нее попарно симметрично и по одной линии бурят разгрузочные скважины 6, образуя щель, которая, постепенно удлиняясь, создает условия, позволяющие определить динамику нарастания горного давления на тот элемент горной выработки (кровлю, стенки или подошву), который в данный момент определяется, и по мере нарастания длины щели и прогиба ее стенок замеряют горное давление на данный элемент и прогнозируют его поведение в тех или иных условиях.

После получения данных строят график (фиг.4) зависимости (тарировочный график) давления Р от длины щели L, и по значениям L определяют значения Р для данных пород на перспективу, поскольку при длине щели L, равной глубине заложения горной выработки Н, давление Р будет равно: Р=γ Н; где Р - давление; γ - объемный вес; Н - глубина заложения горной выработки.

По построенному графику определяют горное давление при любых условиях расположения выработки и изменениях ее линейных размеров (кровли, стенок или подошвы), т.к. даже при проходке одной только выработки ее линейные элементы могут колебаться на значительную величину в ту или другую сторону.

Использованная литература: 1. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В., Основы механики горных пород, Ленинград, "Недра" (Ленинградское отделение), 1989, с. 101.

2. Там же, с. 101-102.

3. А.С. СССР (SU), 829934 А, кл. Е 21 С 39/00, опубл. 1981.

Формула изобретения

Способ определения горного давления на горную выработку, заключающийся в бурении в горной выработке измерительной скважины, установке в измерительной скважине датчика горного давления и образовании щели по обе стороны от скважины, отличающийся тем, что щель образуют посредством бурения ряда разгрузочных скважин, которые располагают попарно-симметрично от измерительной скважины по одной линии, образуя постепенно удлиняющуюся щель, и по мере нарастания длины щели и прогиба ее стенок замеряют горное давление, определяя динамику нарастания горного давления на все элементы горной выработки, после чего строят тарировочный график зависимости горного давления от длины щели, и по нему определяют горное давление при любых условиях расположения горной выработки и изменениях ее линейных размеров - стенки, кровли или подошвы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4