Тепловолногасительное устройство многократного действия

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для защиты каналов горных выработок при действии воздушных ударных волн (УВВ). Техническим результатом изобретения является повышение эффективности поглощения энергии УВВ для обеспечения живучести горных выработок. Тепловолногасительное устройство многократного действия состоит из канала горной выработки с выполненными в нем секциями скважин. При этом каждая скважина секции снабжена коноидальным отверстием на входе в горную породу, а в конце скважины - камерами разрушенной горной породы, удаленными друг от друга и от продольной оси канала. При этом каждая секция скважин канала выполнена с пилообразной поверхностью. Выступы которой направлены против предполагаемого направления УВВ. Во впадинах секций расположены коноидальные отверстия, от которых скважины расположены под острым углом ±(10-70°) к направлению УВВ. 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к вопросу обеспечения защиты горных выработок при многократном действии воздушных ударных волн (УВВ).

Известны конструктивные решения по защите горных выработок при действии воздушных ударных волн. Они содержат породные перемычки, траверсы, клиновидные перемычки, расширительные камеры, самозакрывающиеся устройства и другие, создаваемые совместно с контуром канала [1, 2].

Недостатками этих устройств являются: разрушение конструктивных элементов этих устройств; увеличение длины каналов; заполнение каналов блоками (таким образом ликвидируются проходы в охраняемую горную выработку); недостаточная надежность защиты горной выработки при многократном действии воздушных ударных волн.

Известно устройство, приведенное в [3]. Оно выполнено в канале в форме породной перемычки, созданной в разрушенной шпуровыми зарядами горной породы целика между двумя дучками, пройденными на высоту 3-5 м.

Недостатками аналога являются: быстрая разрушаемость вследствие действия пульсаций давлений воздушной ударной волны на откосы перемычки из раздробленной взрывами горной породы; образование ослабленной взрывами шпуровых зарядов выработки горной породы; отсутствие надежной защиты горной выработки при действии многократных взрывов в горизонтальных (наклонных) каналах; создание препятствий на транспортных связях с охраняемой горной выработкой; увеличение капитальных и эксплуатационных затрат при многократной работе устройства.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению - прототипом является тепловолногасительное устройство многократного действия [4], состоящее из канала горной выработки с выполненными в нем секциями скважин, при этом каждая скважина секции снабжена коноидальным отверстием на входе в горную породу, а в конце скважины - камерами разрушенной горной породы, удаленными друг от друга и от продольной оси канала.

Недостатком прототипа является низкая эффективность гашения УВВ, особенно в продольном направлении.

Указанные недостатки ставят задачу повышения эффективности гашения УВВ в горной выработке при многократном действии воздушных ударных волн от взрывов зарядов.

Решение данной задачи достигается тем, что в тепловолногасительном устройстве многократного действия, состоящем из канала горной выработки с выполненными в нем секциями скважин; каждая скважина секции снабжена коноидальным отверстием на входе в горную породу, а в конце скважины - камерами разрушенной горной породы, удаленными друг от друга и от продольной оси канала, причем каждая секция скважин канала выполнена с пилообразной поверхностью, выступы которой направлены против предполагаемого направления УВВ, а в впадинах выступов распложены коноидальные отверстия, от которых скважины расположены под острым углом ±(10-70)° к направлению УВВ.

Выполнение каждой секции скважин канала с пилообразной поверхностью, выступы которой направлены против предполагаемого направления УВВ, необходимы для захвата пристенных участков УВВ для ее большего гашения, а также создания во впадинах выступов скачков давления (для их дальнейшего гашения).

Расположение в впадинах выступов коноидальных отверстий необходимо для того, чтобы использовать скачки повышенного давления пристенных участков УВВ (во впадинах) и их последующего направления в скважины.

Расположение скважин под острым углом ±(10-70)° к направлению УВВ необходимо для того, чтобы направить максимальное количество энергии, захваченной УВВ в камеры разрушенной горной породы. Так, при прямом или тупом угле сопряжения скважин с каналом к направлению УВВ в коноидальных отверстиях за кратковременным повышением давления будет в большей степени создаваться разрежение, которое способствует гашению УВВ в камерах разрушенной породы.

Длина скважин и размеры камер разрушенной горной породы выбираются таким образом, чтобы обеспечивалась защита канала горной выработки и не наблюдалось ослабления прочности приконтурного массива горной породы.

На чертеже показан разрез фрагмента (вид сверху) тепловолногасительного устройства многократного действия для защиты горных выработок. Тепловолногасительное устройство многократного действия состоит из канала 1 горной выработки с выполненными в нем секциями 2 (расширенными участками транспортного канала 1) скважин 3, при этом каждая скважина секции снабжена коноидальным отверстием 4 на входе в горную породу, а в конце скважины - камерами 5 разрушенной горной породы, удаленными друг от друга и от продольной оси канала 1, при этом каждая секция 2 скважин 3 канала 1 выполнена с пилообразной поверхностью 6, выступы которой направлены против предполагаемого направления УВВ 7; в впадинах выступов распложены коноидальные отверстия 4, от которых скважины 3 расположены под углом ±(10-70)° к направлению УВВ 7.

Устройство работает следующим образом.

При распространении воздушной ударной волны 7 по каналу 1 происходит ее затекание во впадины между выступами 6 секции 2, где газ дополнительно сжимается и поступает в коноидальные уширения 4, а затем в скважины 2. Благодаря тому что начальные участки скважин 3 в виде коноидальных уширений 4 выполнены по направлению движения ударной волны, достигается максимальный коэффициент скорости. Далее, высокоскоростной поток газа затекает из скважины 3 в расширительную камеру 5 без отражения и изменения параметров. За счет смешения высокотемпературного газа с воздухом, находящимся в камере 5, и взаимодействия с элементами горной породы, находящейся в этой же камере, наблюдается снижение температуры затекающего потока газа. Учитывая, что скважины выполнены с шагом около 1-2 м, а их диаметр составляет 0,1-0,3 м, то в целом на расширенном участке 1 канала может быть устроено несколько скважин 2, что в целом приводит к тепловолногасительному эффекту для распространения воздушной ударной волны по каналу выработки. Повышение эффективности тепловолногасящего устройства достигается путем более полного захвата пристеночных участков УВВ выступами 6 секций 2, дополнительным сжатием УВВ во впадинах секций 2 и направлению УВВ с минимальными потерями по скважинам 3 в расширительную камеру.

Таким образом, предлагаемое устройство, выполняя тепловолногасительные функции, обеспечивает защиту горных выработок и каналов от многократного действия воздушных ударных волн, возникающих и при шпуровых взрывах.

В результате создания предлагаемого устройства повышается эффективность защиты горной выработки при многократном действии воздушной ударной волны и при взрывах шпуровых зарядов; уменьшаются капитальные и эксплуатационные затраты.

Осуществление временной защитной породной перемычки в совокупности с признаками формулы изобретения является новым для общеизвестных устройств защиты каналов горной выработки от УВВ и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Совокупность признаков формулы изобретения не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных устройств защиты от УВВ, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".

Реализация предложенного тепловолногасительного устройства многократного действия может быть осуществлена известными и применяемыми методами, технологиями и оборудованием. Так, технологии возведения (изготовления) в горных выработках зубчатых (пилообразных) поверхностей скважин, коноидальных отверстий, камер с разрушенной горной породой способствуют широкому применению в горном деле (горной промышленности). Таким образом, конструктивная реализация заявляемой временной защитной породной перемычки с указанной совокупностью признаков формулы изобретения не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей для ее применения, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Юрманов Ю.А. Защита от действия ударной воздушной волны. - Зап.ЛТИ им. Г.В.Плеханова, т. 52, вып.1, 1966.

2. Турин А.А., Назаренко В.Н., Бущук Н.И. Гашение ударных воздушных волн бетонными перемычками. Металлургическая и горнорудная промышленность. 1977, N 4, с.48-51.

3. Турин А.А., Малый П.С., Савенко С.К. Ударные воздушные волны в горных выработках. - М.: Недра, 1983, с.220.

4. Прототип - Патент РФ №2112143, кл. Е 21 F 5/00, 17/00, от 27.05.1998 г.

Тепловолногасительное устройство многократного действия, состоящее из канала горной выработки с выполненными в нем секциями скважин, при этом каждая скважина секции снабжена коноидальным отверстием на входе в горную породу, а в конце скважины - камерами разрушенной горной породы, удаленными друг от друга и от продольной оси канала, отличающееся тем, что каждая секция скважин канала выполнена с пилообразной поверхностью, выступы которой направлены против предполагаемого направления ударных воздушных волн (УВВ), во впадинах выступов расположены коноидальные отверстия, от которых скважины расположены под углом ±(10÷70°) к предполагаемому направлению УВВ.