Способ проходки тоннеля в горных породах


 


Владельцы патента RU 2485319:

Общество с ограниченной ответственностью "Реактивное бурение" (RU)

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования тоннелей и выработок значительного сечения в горных породах. Техническим результатом является эффективное комплексное воздействие на забой с увеличением производительности, снижением трудо- и энергозатрат. Способ проходки тоннеля характеризуется тем, что разрушение пород на забое ведут текучим рабочим агентом под давлением, при этом ведут проходку выработок и скважин по периметру и по фронтальной площади забоя; расстояние между этими выработками выбирают с учетом разрушающего воздействия на породы перегретым газовым или парогазовым рабочим агентом под давлением, который вырабатывают мультимодульной реактивной установкой и ее рабочими аппаратами, а также используют удлиненные эластичные трубчатые элементы, заполненные энергетическим составом, вырабатывающим перегретый агент под высоким давлением, с помощью которого осуществляют проходку указанных выработок и отдельных скважин в массиве горной породы; производят разрушение массива, его дробление. Очистку забоя осуществляют давлением с торца забоя на разрушенные части массива породы рабочей средой в виде перегретых парогазовых фаз под давлением. 5 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к горной промышленности и касается технологий образования тоннелей и выработок значительного сечения для использования их в качестве: транспортных, вентиляционных, для прокладки различных коммуникаций.

В технологии проходки тоннелей известны отдельные и комплексные процессы, включающие основные операции: разработку и разрушение пород на забое, дробление породы, удаление из зоны забоя проходимой выработки; с использованием для этого различных механических проходческих щитов и устройств [Дмитриев А.П. Термическое и комбинированное разрушение горных пород, М., Недра, 1978; Кутузов Б. Н. Разрушение пород взрывом, М., Недра, 1980; SU 822604, E29D 9/00; SU 828761; RU 2207973, 2002; SU 1480391; Величкин Б.А. Строительство тоннелей метрополитенов, М, СИ, 1971; SU 924389, E21D 11/10, 1977; RU 2148699, Е21В 25/00, 1998.]. Последнее из указанных решений является наиболее близким по технологической сущности и достигаемому положительному результату.

Существенными и очевидными недостатками указанного способа проходки выработок являются: значительные трудовые и высокие энергетические затраты на осуществление операций разрушения пород на забое совместно с незначительной производительностью и низкой эффективностью работ.

Технической задачей и технологическим положительным результатом заявляемого способа является более эффективное комплексное воздействие на забой с увеличением производительности, снижением трудо- и энергозатрат на отдельные операции и весь процесс разрушения пород на забое, их удаления и образования ствола проходимого тоннеля.

Указанная задача и технический результат достигаются в способе за счет того, что способ проходки тоннеля в горных породах характеризуется тем, что разрушение пород ведут текучим рабочим агентом, образуя линейные выработки по нормальному контуру тоннеля, также проходят отдельные горизонтальные или наклонные скважины с забойного торца тоннеля, между этими скважинами образуют криволинейные и прямые выработки в различных направлениях площади забоя, импульсным силовым воздействием из полостей пройденных скважин и выработок разрушают монолит забойной части проходимого тоннеля, части, осколки и шлам разрушенной породы отделяют от забоя силовым воздействием текучей рабочей среды и удаляют из ствола проходимого тоннеля.

Способ, также характеризующийся тем, что выработки по контуру тоннеля образуют криволинейными переменного радиуса кривизны и сечения.

Способ, также характеризующийся тем, что в качестве рабочего агента для разрушения пород используют сжатую газовую и парогазовую среду.

Способ, оригинально характеризующийся тем, что в качестве рабочего агента используют перегретые жидкие и газообразные фазы энергоматериалов.

Способ, также характеризующийся тем, что в качестве источников рабочего агента для разрушения породы используют эластичные удлиненные трубчатые элементы, оснащенные перегреваемой рабочей средой.

Способ, также характеризующийся тем, что для выработки рабочего агента, подаваемого на забой, используют мультимодульные реактивные аппараты.

Способ проходки тоннеля осуществляют следующим образом. С помощью указанных известных технических средств, преимущественно конструкции А.И.Плугина, ведут разработку и разрушение пород на забое, причем выполняют эти технологические операции оригинальными приемами. Первоначально ведут проходку отдельных горизонтальных или слабонаклонных (под углом около 10-15° к горизонту) скважин диаметром 120-150 мм по оси и на расстоянии 2-3-х диаметров скважин одна от другой по системе «ромашка» с помощью мультимодульных реактивных аппаратов; по образующим тоннельного сечения выполняют прямые и криволинейные выработки переменного сечения с кривизной дуги - от радиуса тоннеля до 0.1 этого радиуса; причем все указанные скважины и выработки проходят в местах наименьших напряжений сжатий горного массива в различных направлениях поперечного сечения тоннеля. Это условие выполняют для предупреждения возможных самопроизвольных трещинообразований в этом массиве, которые могли бы привести к неконтролируемым спонтанным разрушениям образованного «скелета» в этом массиве породы. Приборной диагностикой с помощью УЗК-излучателей и приемных детекторов, расположенных в пройденных скважинах и выработках, определяют прочностные данные свода тоннеля и перемычек между выработками и скважинами. По полученным характеристикам прочности перемычек выбирают тип эластичных зарядов по необходимой разрушающей способности, которые формируют в удлиненных трубчатых элементах, оснащенных перегреваемой рабочей средой, в частности используют воду, перекись водорода и термитные мгновенно перегреваемые стержни для мгновенного - взрывного перегрева водной эмульсии, расширение которой в пределах 0.5*103-0.9*103 раз позволяет создать взрывную парогазовую волну для разрушения монолита забойной части и перемычек между скважинами и между самими прямыми и криволинейными выработками. При этом сначала разрушают перемычки в верхней сводообразующей части проходимого тоннеля на расстоянии от свода около 1/3 диаметра (высоты) тоннеля. Затем разрушают перемычки боковых сторон тоннеля одновременно с двух его сторон; далее последовательно разрушают центральные перемычки и у основания тоннеля; образованные разрушением осколки, части массива, шлам отделяют от забоя силовым воздействием текущей рабочей среды и удаляют по пластинчатому транспортеру из зоны забоя и из ствола проходимого тоннеля. В качестве такой рабочей среды используют указанную перегреваемую смесь, заключенную в эластичные удлиненные трубчатые элементы, которые размещают в забойной части в образовавшихся пустотах после разрушения перемычек, как это отражено выше, с помощью перегретых жидких и газообразных фаз, вырабатываемых из энергоматериалов (вода, перекись водорода, термитные стержни с токоподающими элементами: 30÷50 В и 350÷500 А).

Для экспериментальной проверки эффективности данного способа был выбран участок тоннеля в гранитном массиве. При диаметре тоннеля DTH=5.0 м были пройдены скважины dckв=120-135 мм длиной l=2100 мм по оси тоннеля и по системе «ромашка» вокруг этой лидерной скважины на расстоянии 320-340 мм (между стенками, образующими перемычки этой толщины); затем с учетом площади поперечного сечения Fтн тоннеля были пройдены прямые выработки по боковым сторонам с шириной щели 92-100 мм, также были пройдены последними криволинейные выработки у свода тоннеля с радиусом кривизны, равным Rтн, 0.5 Rтн, 0.3 Rтн и 0.1 Rтн шириной щелей 92-110 мм. Разрушение перемычек проводилось с учетом прочности перемычек на сжатие, статические нагрузки на изгиб и скол, начиная от области свода проходимого тоннеля, с помощью импульсно-взрывного давления перегретой газовой и парогазовой среды, формируемой под давлением Р=500-700 кгс/см2 с температурой t=300-400°С в полостях эластичных (упруго-податливых) элементов. После разрушения перемычек с боков, по центру и у подошвы тоннеля все части породы, осколки и шлам отделяют от забоя с помощью аналогичного взрывного давления перегретой среды, выбирая Р=50-200 кгс/см2 при t=200-250°С; далее разрушенную породу откатывают из ствола проходимой выработки и повторяют технологический цикл проходки по технологическим операциям, изложенным выше.

1. Способ проходки тоннеля в горных породах, характеризующийся тем, что разрушение пород ведут текучим рабочим агентом, образуя линейные выработки по нормальному контуру тоннеля, также проходят отдельные горизонтальные или наклонные скважины с забойного торца тоннеля, между этими скважинами образуют криволинейные и прямые выработки в различных направлениях площади забоя, импульсным силовым воздействием из полостей пройденных скважин и выработок разрушают монолит забойной части проходимого тоннеля, части, осколки и шлам разрушенной породы отделяют от забоя силовым воздействием текучей рабочей среды и удаляют из ствола проходимого тоннеля.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что выработки по контуру тоннеля образуют криволинейными переменного радиуса кривизны и сечения.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве рабочего агента для разрушения пород используют сжатую газовую и парогазовую среду.

4. Способ по п.1 или 3, характеризующийся тем, что в качестве рабочего агента используют перегретые жидкие и газообразные фазы энергоматериалов.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве источников рабочего агента для разрушения породы используют эластичные удлиненные трубчатые элементы, оснащенные перегреваемой рабочей средой.

6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что для выработки рабочего агента, подаваемого на забой используют мультимодульные реактивные аппараты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству подземных сооружений и может использоваться при сооружении станций глубокого заложения в слабоустойчивых грунтах. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проходки горных выработок. .

Изобретение относится к способам и устройствам для добычи материалов в подземных условиях. .
Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству, в частности к щитовой проходке тоннелей различного назначения с использованием элементов сборной кольцевой обделки.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для строительства тоннелей. .

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитовым агрегатам для проведения горных выработок и тоннелей овального сечения. .

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения горного массива рабочим инструментом проходческо-очистных комбайнов. .

Изобретение относится к вентиляции транспортных тоннелей. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в проходческо-очистных комбайнах для разрушения горных пород рабочим инструментом роторных и планетарно-дисковых исполнительных органов.

Изобретение относится к горной промышленности и железнодорожному строительству, в частности к буровзрывной проходке горных выработок и железнодорожных тоннелей

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проведения и крепления подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проходки выработок в однородных породах

Изобретение относится к проходческим комплексам для проведения и крепления горных выработок. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности крепильщика, снижении погрешностей при возведении постоянного крепления, в повышении мобильности и увеличении области применения как с минимальным, так и в максимальном сечениях горных выработок. Проходческий комплекс включает проходческий комбайн с рабочим органом, с закрепленным на нем крепильщиком с распорной балкой и цилиндрами распора; поворотный вал на балке распорной с устройством поворота на конвейере комбайна; манипуляторы со средствами бурения и анкерования с постоянным анкерным креплением. Распорная балка снабжена выдвижными телескопами, манипуляторы со средствами постоянного крепления закреплены на выдвижных телескопах распорной балки. Поворотный вал выполнен в виде грузоподъемной телескопической стрелы с подъемно-распорными цилиндрами. Распорная балка в транспортном положении не выступает за габариты комбайна. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проведения выработок в неустойчивых породах при строительстве метрополитенов с обеспечением сохранности поверхностных сооружений. Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью в слабоустойчивых породах содержит рабочий орган в виде съемной планшайбы с резцами по всей ее поверхности, выполненной с окнами для предварительного ослабления забоя, снабженной удерживающими ее выдвижными стопорами с гидроцилиндрами и закрепленной на поворотном рычаге, установленном на несущей раме тюбингоукладчика, причем на одном из концов поворотного рычага расположен захват для тюбинга, выполненный с возможностью замены его породоразрушающим инструментом, а также механизм перемещения тюбингоукдадчика. Планшайба снабжена механизмом подачи, выполненным в виде двух гидроцилиндров, соединенных с тележкой гидропривода вращения поворотного рычага, четырьмя удерживающими ее выдвижными стопорами, установленными в гидроцилиндрах, и четырьмя окнами-сегментами в средней части, закрытыми раздвижными крышками. При этом крепление планшайбы с поворотным рычагом выполнено в виде быстросъемного соединения «ласточкин хвост», в котором выступы на поворотном рычаге, жестко связанные с ним, заведены в пазы, расположенные на внутренней стороне планшайбы. Поворотный рычаг выполнен телескопическим, а на раме тюбингоукладчика установлены телескопические стрелы с закрепленными на них выдвижными козырьками с возможностью их возвратно-поступательного движения. С забойной стороны планшайба может быть дополнительно снабжена радиальными щелями, расположенными по ее окружности, в которых жестко закреплены пластинчатые резцы. Комплекс может быть дополнительно снабжен четырьмя ковшами, направляющей течкой, связанной с приемным лотком и ленточным конвейером, установленным на раме тюбингоукладчика, при этом ковши установлены диаметрально по окружности планшайбы, а их задняя стенка выполнена в виде отбойного листа, с отверстием в его верхней части, совмещенным с направляющей течкой. Планшайба может быть закреплена на поворотном рычаге с эксцентриситетом относительно оси его вращения. Техническим результатом изобретения является увеличение скорости проходки выработок, повышение безопасности ведения работ, снижение затрат времени на предварительное крепление, более точное профилирование выработки. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства. Гидроаккумулирующая электростанция содержит бассейн, расположенный на поверхности земли, водозаборное сооружение, вертикальную шахту напорного водовода, коммуникационную шахту, аэрационные шахты, вертикальную шахту выдачи мощности, машинный зал с агрегатными блоками, нижний бассейн с основными камерами и наклонный транспортный туннель. Нижний бассейн дополнительно имеет короткие туннели, соединительные галереи, камеру переключения, напорные соединительные водоводы и распределительную камеру. Основные камеры нижнего бассейна выполнены в виде спирально расположенных туннелей в плане круглого сечения и соединены друг с другом с помощью соединительных галерей. Агрегатные блоки станционного узла посредством отсасывающих труб и коротких туннелей соединены с распределительной камерой, которая в свою очередь соединена с основными камерами нижнего бассейна с помощью напорных соединительных водоводов. Способ проходки нижнего бассейна включает проходку основного наклонного транспортного туннеля от поверхности к подземным сооружениям с помощью туннелепроходческого механизированного комплекса и сооружение основных камер нижнего бассейна. При проходке основных камер нижнего бассейна сооружают камеру переключения для перераспределения выдачи породы во время проходки и сокращения длины выдачи породы по конвейеру. Обеспечивается возможность размещения высоконапорных ГАЭС на равнинных территориях, на больших глубинах от 300 м до 2000 м, оптимизация производства работ и максимальная механизация проходки подземных выработок путем широкого использования производительных туннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК). 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к проходческим комбайнам для проведения горных выработок для проведения горных выработок с переменным углом наклона. Техническим результатом является увеличение области применения проходческих комбайнов с гусеничным ходом передвижки по углам наклона выработки, а также повышение надежности работы комбайна и его мобильности и компактности. Предложенный проходческий комбайн содержит раму с закрепленными на ней гусеничными тележками, лотком, исполнительным органом с телескопом, конвейером, буферными устройствами, пультом управления. При этом в раму комбайна введено телескопическое толкающее устройство с силовым цилиндром и буфером с опорным цилиндром и кронштейнами для крепления опорных балок с отверстиями под анкерные болты и местом установки распорных стоек в кровлю горной выработки. Величина раздвижности выдвижной части толкающего устройства кратна величине телескопа исполнительного органа и шагу крепления горной выработки. Пульт управления телескопического толкающего устройства совмещен с пультом управления комбайна и сблокирован с работой комбайна. Кроме того, буферные устройства комбайна могут быть снабжены телескопической частью и совмещены по оси рамы комбайна в корпусе толкателя с осевой перегородкой. Телескопическое толкающее устройство может быть выполнено в виде телескопических цилиндров, с применением опорных балок с отверстиями для анкерования в почву выработки, компенсируя расхождение плоскостей в местах опоры гусеничных тележек комбайна и его опорных балок к почве горной выработки. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к проходке туннелей или выработок в рыхлых горных породах. Техническим результатом является улучшение санитарно-гигиенических условий работы в секции экрана при одновременном снижении металлоемкости процесса. Способ создания защитного экрана при проходке туннеля под насыпью заключается в ступенчатом продавливании трубных секций и выемке породы из них. Причем перед продавливанием очередной секции производят вырезку сектора в предыдущей секции из ее внутренней полости на величину ступени продавливания и устанавливают продавливаемую секцию в упомянутый вырез. При этом каждую секцию выполняют в виде труб с вырезанными секторами в пределах 9÷120 градусов и соединенных друг с другом по краям вырезанных секторов. 7 ил.

Изобретение относится к системам автоматизированного управления в горной промышленности и может быть использовано в системе управления проходческим щитом. Техническим результатом является повышение точности и надежности управления передвижением щита тоннелепроходческого комплекса. Способ управления щитом тоннелепроходческого комплекса заключается в том, что управление щитом осуществляют в двух плоскостях посредством систем управления по вертикали и по горизонтали. При этом с помощью измерительной техники определяют углы наклона исполнительного органа относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей, сигналы по скорости изменения угла наклона относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей, линейные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и скорости изменения линейного перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Вышеперечисленные сигналы подают на блок управления по четырем координатам, где их сравнивают с заданием, после чего на основании сигналов рассогласования формируют релейный закон управления исполнительным органом. Предложена также следящая система управления щитом тоннелепроходческого комплекса, которая содержит последовательно соединенные оптический задатчик направления, блок отклонения луча, диафрагму, фотоэлектрическое приемное устройство и блок управления по четырем координатам, вход которого соединен с блоком измерения углов наклона. При этом устройство дополнительно содержит блок наблюдателя состояния, который своим входом соединен с блоком измерения углов наклона, а выходом - с блоком управления. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх