Способ создания разгрузочных щелей в удароопасном горном массиве термообработкой скважин



Способ создания разгрузочных щелей в удароопасном горном массиве термообработкой скважин
Способ создания разгрузочных щелей в удароопасном горном массиве термообработкой скважин

 


Владельцы патента RU 2493368:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" (RU)

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано преимущественно при разработке рудных месторождений для охраны подготовительных и капитальных выработок, приведения в неудароопасное состояние различного вида целиков и других элементов систем разработки в зонах повышенных напряжений горного массива. Техническим результатом является упрощение способа разгрузки горных пород. Способ включает бурение параллельных скважин вдоль создаваемой щели на определенном расстоянии друг от друга, зависящем от напряжения в массиве, и разрушение перемычек между скважинами. По керну скважин оценивают интервал температур, в пределах которого при нагревании происходит снижение прочности и модуля упругости пород, устанавливают разные по степени напряженности зоны на обуренном участке, скважины в зонах повышенных напряжений оборудуют термическими элементами, создающими при работе температуру не ниже средней температуры в установленном интервале, а разрушение перемычек между скважинами производят совместным действием горного давления, давления продуктов горения и разупрочнения пород межскважинных перемычек термообработкой. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано преимущественно при разработке рудных месторождений для охраны подготовительных и капитальных выработок, приведения в неудароопасное состояние различного вида целиков и других элементов систем разработки в зонах повышенных напряжений горного массива.

Известен способ создания разгрузочных щелей с помощью бурения разгрузочных скважин в стенках выработки (Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. Хибинские апатит-нефелиновые месторождения. Горный институт Кольского НЦ РАН, ОАО «АПАТИТ», 2010, с.80-82).

Способ основан на использовании энергии горного давления для разрушения межскважинных целиков. В результате бурения сближенных скважин в пределах области их влияния формируется разгруженная зона, что приводит к перемещению максимума сжимающих напряжений от контура выработки вглубь массива пород и образованию защитной зоны препятствующей проявлению горного удара.

Недостатками способа являются его высокая трудоемкость за счет большого объема буровых работ при действующих нормативных расстояниях между скважинами не более 2d (где d - диаметр скважины), а также ограниченность его применения в сложных горно-геологических условиях вследствии малой способности реагировать на изменение напряженного состояния массива.

Известен «Способ разгрузки контура выработки от напряжений», включающий перераспределение напряжений в окрестности горной выработки с помощью разгрузочных щелей и заполнением их податливым материалом (Авт. св. SU №641109, опубл. 05.01.1979 г.).

Способ осуществляется следующим образом. При проведении выработки в приконтурном массиве нарезают щели в виде периодически расположенных полостей, расширяющихся по мере приближения к контуру выработки и чередующихся с породными перемычками переменного размера. Полости заполняют податливым материалом. С ростом горного давления в окрестности выработки щель постепенно смыкается, обеспечивая плавное перераспределение горного давления вглубь массива.

Недостатком способа является высокая трудоемкость и сложность создания таких полостей в приконтурном массиве, поскольку в процессе создания разгрузочных полостей может произойти самообрушение пород до заполнения полостей податливым материалом.

Известен «Способ охраны подготовительных выработок» (Авт. св. SU №1716145, опубл. 29.02.1992 г.), включающий проведение с опережением ниже охраняемой выработки разгрузочной полости, которую заполняют податливым материалом. Образующаяся вокруг полости зона разгрузки обеспечивает охрану выработки от повышенного горного давления

Недостатком способа являются высокие трудозатраты, связанные с необходимостью проведения дополнительной выработки и ее заполнением податливым материалом.

Известен «Способ разгрузки приконтурного массива горных выработок» (Патент RU №2078927, опубл. 10.05.1997), включающий образование начальной трещины в приконтурном массиве вдоль выработки и последующее нагнетание в трещину жидкости в режиме гидроразрыва.

Недостатком способа сложность технологии, требующая изготовления кумулятивных зарядов, организации взрывных работ и специального оборудования для проведения работ по гидроразрыву пород.

Известен «Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых (варианты) (Патент RU №2201508, опубл. 26.03.2003), включающий бурение скважин первой и второй очереди в тектонически нарушенных породах до пересечения опасной зоны на расстоянии друг от друга, обеспечивающем гидравлическую связь между скважинами отбор и анализ керна, установку пакеров и нагнетание в массив через скважины поочередно дезинтегрирующего раствора и с определенным отставанием по времени антифрикционного раствора. Этим достигается повышается надежность предотвращения динамических явлений в опасных тектонических зонах

Недостатком способа является сложность технологии обработки массива, требующей специального оборудования, высоких трудозатрат и необходимость выдержки интервалов времени между нагнетаниями разных растворов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является «Способ создания щелей в горных породах и устройство для его осуществления (Авт. св. SU №1583602, опубл. 07.08.1990 г.), принятый за прототип, который включает бурение параллельных скважин вдоль создаваемой щели на определенном расстоянии друг от друга, зависящем от прочностных характеристик пород и концентрации напряжений в массиве, и разрушение перемычек между скважинами с помощью давильного устройства, размещаемого между скважинами, элементы которого выполнены из материала, имеющего эффект памяти. При нагревании элементов давильного усройства эффект памяти реализуется в виде изменения их формы и размеров, за счет чего перемычка испытывает давление, под действием которого происходит ее разрушение.

Существенными недостатками способа является низкая производительность технологии создания щелей, связанная с необходимостью постоянной переустановки оборудования, отсутствие контроля и регулирования уровня давления, создаваемым устройством на межскважинные целики в зависимости от напряженности и нарушенности горного массива и возможность утраты устройства при разрушении перемычек между скважинами.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа разгрузки горных пород, за счет термообработки скважин, дифференцированного подхода к разупрочнению различных по напряженности зон на участке и повышение надежности способа, за счет контроля температуры и возможности дополнительного проведения термообработки скважин.

Технический результат достигается тем, что в способе, включающем бурение параллельных скважин вдоль создаваемой щели на определенном расстоянии друг от друга, зависящем от напряжения в массиве, по керну скважин оценивают интервал температур, в пределах которого при нагревании происходит снижение прочности и модуля упругости пород, устанавливают разные по степени напряженности зоны на обуренном участке, скважины в зонах повышенных напряжений оборудуют термическими элементами, обеспечивающими при работе температуру не ниже средней температуры в установленном интервале, а разрушение перемычек между скважинами производят совместным действием горного давления, давления продуктов горения и разупрочнения пород межскважинных перемычек термообработкой.

По керну скважин дополнительно оценивают степень нарушенности горного массива, а степень его термообработки производят пропорционально степени нарушенности.

Сущность изобретения заключается в повышении эффективности разгрузочных щелей в горном массиве за счет дополнительной его разгрузки термообработкой разгрузочных скважин в зонах повышенных напряжений и надежности разгрузки за счет возможности проведения повторной термообработки.

Такой способ температурного воздействия на межскважинные целики основан на том, что с ростом температуры в диапазоне [0÷+1000°С] у большинства пород наблюдается значительное снижение коэффициента крепости по М.М. Протодьяконову (f) и модуля упругости (Дмитриев А.П., Кузяев Л.С., Протасов Ю.И., Ямщиков B.C. Физические свойства горных пород при высоких температурах. М., Недра, 1969, 160 с.).

Способ осуществляют следующим образом.

Для разгрузки выработок или целиков с признаками удароопасности для профилактики горных ударов в приконтурном массиве выработок и в целиках бурят ряды разгрузочных шпуров или скважин 1 с интервалом l, установленным действующим на руднике нормативным документом по борьбе с горными ударами (например, «Указания по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Октябрьском месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. Норильск - Санкт-Петербург. 2007 г.). По керну скважин определяют интервалы температур, при которых в наибольшей степени происходит снижение прочности и модуля упругости пород, залегающих по трассе выработки или длине целика. По данным соответствующих служб рудника устанавливают участки пород (фиг.1, а, б, в), в пределах которых породы обладают повышенной способностью к накоплению потенциальной энергии упругого сжатия и характеризуются повышенной концентрацией напряжений 2, например, на участках менее нарушенных и более прочных пород по сравнению с соседними участками вблизи тектонических нарушений (Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках / Под ред. И.М. Петухова, A.M. Ильина, К.Н. Трубецкого - М.: Изд. АГН, 1997, с.131-135.), контактов различных по термомеханическим свойствам пород и др., где требуется дополнительная разгрузка пород. В разгрузочных скважинах 3 в пределах этих участков размещают термические элементы и инициируют процесс термообработки пород вокруг скважин (электрическим, ударным или огневым способом). В процессе термообработки скважин происходит дополнительное разупрочнение межскважинных перемычек 4, что позволяет снять повышенные концентрации напряжений в приконтурном массиве выработок или целиках. В результате это позволяет исключить затраты на дополнительные меры по профилактике горных ударов (бурение дополнительных разгрузочных шпуров или скважин, камуфлетное взрывание и др.)

Следует учесть также, что руды и породы обычно содержат минералы с различными термомеханическими свойствами. Поэтому при термообработке скважин достаточно иногда воздействовать на наиболее чувствительный к температуре породный элемент, чтобы достичь необходимого разупрочнения межскважинного целика. В серосодержащих и большинстве сульфидных руд прочность резко снижается при термообработке скважин за пределом температуры плавления серы.

При выборе термических элементов исходят из того, чтобы интенсивность их термоизлучения обеспечивала температуру, необходимую для снижения прочности и модуля упругости пород в межскважинных целиках 4.

На фиг.2 представлена одна из конструкций скважинного термоизлучателя в виде термогазогенератора (ТГГ) (См. А.С. Тишкинов, А.А. Таюрский, Е.В. Гончаров, А.Т. Карманский «Упрочнение неустойчивых массивов горных пород на основе термического и газотермохимического воздействия «Вестник Кузбасского государственного технического университета». Научно-технический журнал, №1, 2006 г., стр.74-76). ТГГ обеспечивает создание зоны интенсивного тепловыделения с температурой в зоне реакции до 2500°С. В состав ТГГ входит сгораемый корпус, например на основе полипропиленовой трубы, внутри которого находится термитный состав с инициатором. Основной частью ТГГ является набор шашек термитного состава 2, в полипропиленовом корпусе 6. Нижний торец корпуса представлен дном 4, на который навинчен направляющий конус 3. На верхнем торце расположен гермоввод 5 с инициатором 1. Дно, шашки и гермоввод закреплены на стержне 7 гайкой 9. Дно и гермоввод герметизируются уплотнительными резиновыми прокладками 8 и 10. Запуск ТГГ осуществляется подачей напряжения постоянного тока на инициатор, который запускает экзотермическую реакцию разложения термитного состава с выделением тепла и газа. ТГГ является изделием одноразового применения.

Пример применения способа. На руднике Октябрьский ОАО «ГМК» Норильский никель» отработку целика («разделительного массива») между шахтами №1 и №2 шириной 120 м, представленного сплошными сульфидными рудами, проводили с применением опережающей разгрузки целика скважинами диаметром от 105 до 165 мм и расстоянием между стенками скважин 0,7 м. В целике при этом установлено наличие разрывных тектонических нарушений I и II порядка.

В ходе отработки целика по результатам инструментальных и визуальных наблюдений, проводимых участком прогнозирования и предупреждения горных ударов (УППГУ) на некоторых участках по длине целика установлена необходимость дополнительной разгрузки. Они, как правило, были приурочены к залеганию прочных слабонарушенных руд и пород. Здесь были отмечены признаки повышенных напряжений в виде шелушения руды на стенках выработки. При этом на других участках целика, чаще всего вблизи тектонических нарушений, при тех же параметрах разгрузочных скважин и прочих равных условиях происходило интенсивное деформирование скважин вплоть до полного их разрушения с запечатыванием породами разрушенных межскважинных перемычек.

В этих условиях, используя предлагаемый способ, на участках повышенной напряженности скважины оборудуют термическими элементами и, с учетом высокого содержания серы в сплошной сульфидной руде, производят термообработку скважин с температурой, превышающей температуру плавления серы (>96,5°С).

В общем случае степень термообработки скважин (время термообработки, температура излучения термоэлементов, количество сеансов термообработки) определяется степенью естественной нарушенности горного массива, которую по керну скважин для условий рудников ОАО «ГМК» Норильский никель» оценивают соответствующей формулой (Методические указания по управлению горным давлением при сплошных системах разработки с твердеющей закладкой на рудниках Норильского ГМК. - Л. ВНИМИ, 1987. - с.14-15.).

1. Способ создания разгрузочных щелей в удароопасном горном массиве термообработкой скважин, включающий бурение параллельных скважин вдоль создаваемой щели на определенном расстоянии друг от друга, зависящем от напряжения в массиве, и разрушение перемычек между скважинами, отличающийся тем, что по керну скважин оценивают интервал температур, в пределах которого при нагревании происходит снижение прочности и модуля упругости пород, устанавливают разные по степени напряженности зоны на обуренном участке, оборудуют скважины в зонах повышенных напряжений термическими элементами, обеспечивающими при их работе температуру не ниже средней температуры в установленном интервале, а разрушение перемычек между скважинами производят совместным действием горного давления, давления продуктов горения и разупрочнения пород межскважинных перемычек термообработкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по керну скважин дополнительно оценивают степень нарушенности горного массива, а степень его термообработки производят пропорционально степени нарушенности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления выработок на сопряжении очистных забоев с прилегающими выработками. .

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

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при закладке выработок плавно или аварийно затопленных рудников. .
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 тюбинговой крепи стволов подземных выработок, проходимых кессонным способом при строительстве метрополитенов. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для охраны подготовительных горных выработок. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для перехода горных выработок механизированным комплексом при разработке угольных пластов.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для поддержания повторно используемых подготовительных выработок. .

Изобретение относится к горному делу и направлено на совершенствование конструкции ограждения горной выработки. .

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и используется преимущественно для проведения горизонтальных и наклонных горных выработок. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение эффективности и безопасности крепления подготовительных выработок. Способ крепления горных выработок осуществляют в закрепленной части выработки на настил, установленный на рабочем полке (5) на прогонах (6), укладывают пневмобаллоны (8 и 9), на которых размещают верхняк (3) и затяжки (4). Далее выдвигают прогоны к забою выработки и устанавливают индивидуальную стойку (11). Подают в пневмобаллоны (8) сжатый воздух и поднимают верхняки с затяжкой до уровня верхняков постоянной крепи и заводят затяжку на раму постоянной крепи. Затем создают распор между верхняками крепи и кровлей выработки, одновременной подачи сжатого воздуха в пневмобаллоны (8 и 9). К верхнякам крепят стойки и укладывают затяжку по периметру выработки. После чего пневмабаллоны разгружают, снимают стойку, а прогоны с рабочим полком, настилом и пневмобаллонами перемещают в закрепленное пространство выработки. 6 ил.

Изобретение относится к области строительства горных выработок в сложных инженерно-геологических условиях с повышенными смещениями массива или со значительным горным давлением, а также тоннелей различного назначения в аналогичных условиях. Технический результат направлен на повышение устойчивости выработки за счет снижения действия смещений массива и горного давления на крепь, а также равномерного распределения нагрузки. Способ комбинированной забутовки включает заполнение пространства между крепью и вмещающими горную выработку породами сыпучими и твердеющими материалами. После проходки и крепления выработок производят забутовку пустот сыпучими материалами. По мере заполнения пустот в закрепное пространство устанавливают перфорированные трубки на расстоянии 1-2 метра друг от друга, так чтобы их свободный конец выступал в пространство выработки. Через установленные трубки в закрепное пространство нагнетают вспенивающуюся податливую пену для связи элементов сыпучей забутовки и заполнения пустот между ними. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к строительству подземных сооружений, в частности к созданию крепи горных выработок в трещиноватых породах. Технический результат направлен на уменьшение стоимости упрочнения породного массива вокруг выработки за счет уменьшения объема тампонажа дорогих быстротвердеющих смол, возможность извлечения и повторного использования герметизаторов (пакеров) шпуров, упрощения инъекционного оборудования. Способ заключается в тампонировании быстротвердеющими смолами, например полиуретаном, приконтурного слоя породы через шпуры глубиной 0,4-0,5 м. Нагнетание смолы в шпур прекращают после выдавливания ее на поверхность породы на расстояние 0,7-0,8 расстояния между соседними шпурами в пределах заходки создания породной крепи. Бурение дополнительных шпуров расчетной глубины для тампонажа породного массива подвижными твердеющими смесями. 1 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 горнодобывающей промышленности и может быть использовано для крепления горных выработок в сейсмоопасных районах или при ведении горных работ на удароопасных месторождениях. Техническим результатом является повышение сейсмоустойчивости бетонной крепи. Способ возведения сейсмостойкой бетонной крепи включает проходку выработки, монтаж опалубки и возведение бетонной обделки. При этом в выработке предварительно устанавливают анкерную крепь, на которой последовательно производят монтаж прилегающего к породному контуру выработки покрытия из низкомодульного материала, выполняющего функцию антисейсмического экрана. Далее осуществляют крепление каркаса разборно-переставной щитовой опалубки для возведения бетонной крепи. Причем для исключения жесткого контакта концов анкерных штанг с бетонной обделкой при сейсмоподвижках, на концы штанг надевают резиновые обоймы. 2 ил.

Предложенное изобретение относится к области горного дела и позволит обеспечить качественное и быстрое возведение крепей в наклонных и горизонтальных стволах горных выработок различного назначения. Технический результат направлен на повышение качества сооружения горизонтальных горных выработок за счет повышения точности расположения опалубки и соответственно за счет качества нанесения бетона на поверхность ствола. Предложенный способ возведения обделки наклонного или горизонтального ствола предусматривает сооружение в наклонном или горизонтальном стволе горной выработки опорного каркаса с подмостями для ведения работ, образующего, по меньшей мере, две части, соответствующие поверхности свода. В ходе выполнения работ выполняется установка анкеров, фиксирующих каркас в стволе горной выработки, крепление на подмостях и в верхней части палубы свода совокупности винтовых талрепов, задающих проектное положение свода, крепление на подмостях и в нижней части палубы свода совокупности домкратов, задающих проектное положение свода. Выполняется крепление на опорном каркасе листовой палубы свода, подвеска щитовой палубы лотка на подвижных балках опорного каркаса, укладка бетонной смеси, распалубливание и перемещение опорного каркаса в наклонном или горизонтальном стволе горной выработки. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к горной промышленности, а именно к укреплению подземных горных выработок. Технический результат заключается в повышении безопасности работ при закреплении выработок и упрощении конструкции устройства и способа монтажа защитного материала. Способ крепления горных выработок включает закрепление на своде выработки анкеров и монтаж на них сетчатого защитного материала. На ряд закрепленных на своде выработки анкеров подвешивают устройства, каждое из которых представляет собой двуплечий рычаг, плечи которого в рабочем положении образуют тупой угол. Каждый рычаг поворачивают за одно плечо вокруг точки подвеса, прижимая сетчатый защитный материал другим плечом к своду выработки, после чего производят закрепление анкеров под защищенным участком свода выработки. Устройство для крепления горных выработок содержит штангу, на конце которой выполнен элемент для подвешивания к закрепленному на своде выработки анкеру, пару упорных пальцев, подвижно соединенных с тем же концом штанги с возможностью фиксации относительно штанги с образованием двуплечего рычага. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к способу установки защитных сеток на стены или потолки тоннелей. Технический результат направлен на упрощение и ускорение выполнения операций и повышение безопасности персонала, выполняющего работы. Способ установки защитных сеток на стены или потолки тоннелей, при котором защитную сетку в форме ленты разматывают с рулона. Для разматывания защитной сетки управляют вращением рулона с помощью нажимного ролика, контактирующего с поверхностью рулона. При этом нажимной ролик приводят во вращение с помощью управляющего устройства и перемещают к рулону в радиальном направлении. Рулон механически перемещают вдоль стен или потолка тоннеля. Устройство для осуществления способа снабжено держателем, предназначенным для крепления вала, на котором расположен рулон с защитной сеткой, с возможностью управления вращением вокруг вала с помощью средств. Защитную сетку, разматываемую на каждом этапе, предпочтительно натягивают и крепят механическим путем. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям крепи вертикальных стволов, и может быть использовано в стволах угольных шахт и рудников, а также вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Целью изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей существенно снизить трудоемкость возведения, стоимость, повысить несущую способность и надежность крепи с управляемым режимом работы. Указанный технический результат достигают тем, что внутренний водонепроницаемый слой собирают из чугунных тюбингов, внешний грузонесущий слой изготавливают из твердеющей смеси с активированными хвостами обогащения в качестве вяжущего и классифицированными отходами горного производства в качестве крупного и мелкого заполнителя, а внешний грузонесущий слой связывают с породным массивом системой анкеров. 2ил.
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам крепления вертикальных стволов, и может быть использовано в стволах угольных шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Целью изобретения является создание способа крепления стволов, позволяющего повысить конечную прочность бетона и увеличить скорость набора им прочности. Указанный технический результат достигают тем, что цементный раствор подвергают механической активации в аппаратах типа дезинтегратора, цементно-песчаный раствор готовят на проходческом полке, щебень и цементно-песчаный раствор в пределах одной заходки по креплению укладывают послойно.
Наверх