Способ вибрационного воздействия на горные породы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (11981622 (6т) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 190980 (21) 2983260/22-03 с присоединением заявки Ио— (23) Прноритет—

Опубликовано 15.1282 Бюллетень М 46

Дата опубликования описания 15.12.82 (31)М Кп з

E 21 F 5/00

Е 21 С 39/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

)$3) УДЯ622. 832 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.И. Креймер и М.В. Курленя

Институт горного дела Сибирского отделения AH СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

HA ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Изобретение относится к горному делу, касается способа вибрационного воздействия на горные породы и может быть использовано преимущест. венно на глубоких рудниках и угольных шахтах, отрабатывающих пласты высокой прочности и малой трещиноватости.

Известен способ предварительного ослабления угольных пластов камуфлетно-сотрясательным взрыванием, включающий бурение глубоких скважин, размещение в них зарядов ВВ, взрывание, при этом выемка угля производится по методу сотрясательного взрывания 313.

Недостатком способа является ограниченная область распространения импульса вследствие отсутствия направленности и значительная трудоемкость при, бурении большого числа скважин,для;производства камуфлетносотрясательного взрывания.

Наиболее близким к изобретению является способ вибрационного воздействия на горные породы, включающий бурение ниш и скважин, установку в них источников колебаний вращательного или возвратно-поступательного действия и возбуждение в массиве пород колебаний С23.

Недостатком способа является отсутствие оптимальных условий расположения источников колебаний и создаваемых ими усилий относительно направления главных напряжений в горных породах, что требует повьааенного расхода энергии и времени работы источников колебаний.

Цель изобретения - снижение удароопасности горных пород эа счет ослабления напряжений в массиве.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу внбрационного воздействия, включающему буре. ние ниш и скважин, установку в них источников колебаний вращательного или возвратно-поступательного действия и возбуждение в массиве пород колебаний, производят определение векторов максимального и минимального главных напряжений, в выработках одного горизонта устанавливают источники колебаний в один ряд, в выработках разных горизонтов устанавливают источники колебаний группами на разных уровнях, а оси источников колебаний располагают в плоскости, проходящей чегез прямую, па981622

10 раллельную оси выработки, и линию действия минимального главного напряжения горного массива, при этом оси источников колебаний вращательного действия располагают перпенди кулярно направлению минимального 5 главного напряжения, а оси источников колебаний возвратно-поступательного действия — параллельно направлению минимального главного напряжения.

На фиг. 1 представлена часть горного массива, горизонтальное сечение; на фиг, 2а, 6, ь,, — возможные схемы расположения вибровоэбудителей. 15

На фиг. 1 обозначены штрек 1, выработка 2, породный целик 3, в котором требуется ослабить напряжение, продольный целик 4, на котором перераспределяются напряжения, источники колебаний, 5, 6„ и 6 — векторы максимального и минимального главного напряжения.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы в целине, в котором требуется ослабить напряжения для устранения его выбросоопасности.

Бурят ниши или скважины и устанавливают в них источники колебаний с учетом горно-технологической ситуации: в выработках одного гориэон- 35 та — в один ряд, в выработках разных горизонтов — группами на разных горизонтах, например, так как приведено на фиг. 2 при наличии в группе трех вибровоэбудителей, из которых 40 два расположены в одной выработке, на одном горизонте, а третий — выше, при этом оси источников колебаний устанавливаются в плоскости, проходящей через линию действия макси- 45 мального главного напряжения.

Вибровозбудители возвратно-поступательного действия вводят в ниши в почве выработки, а вращательного действия — в скважины, перпендикулярные оси выработки, прочно закрепляют в них и включают.

Размеры скважин для вибровозбудителей вращательного действия определяются следующим.

Максимальный диаметр скважин, обеспечиваемый современным буровым оборудованием, составляет 300-320 мм.

В этом диаметре должны быть размещены трубчатый корпус вибровозбудителя и приспособления для его крепления в скважине. Глубина скважины равна той величине, на которую нужно вводить в массив вибровозбудитель.

Эта величина соответствует зоне массива, примыкающей к подготови- 65 тельной выработке, которая опасна

zo динамическим проявлениям и составляет 3-5 м.

Размер ниши для размещения вибровоэбудителя возвратно-поступательного действия составляет примерно

1 мз.

При работе вибровоэбудителя вызывают колебания части массива, что влечет за собой относительную подвижку структурных элементов горного массива, перераспределение напряжений в породном массиве и уменьшение опасности динамических проявлений горного давления. Эти явления имеют место как при работе одиночного вибровозбудителя, так и при расположении вибровозбудителей в ряд по фиг. 1 или группами по фиг. 2.

Если одновременно работают несколько вибровозбудителей, то можно получить дополнительные эффекты при фиксированных фазовых соотношениях.

Например, при расположении по фиг. 1 вибровоэбудители могут вращаться синфаэно или через один антифазно и т.д. В последнем случае попеременно возникают сжимающие и растягивающие напряжения, что может способствовать повышению эффективности способа.

Иначе взаимодействуют силы при расположении вибровоэбудителей по фиг. 2, когда вибровоэбудители вращаются с одной и той же скоростью и со сдвигом фаэ дебалансов 120

На фиг. 2 изображены векторы вынуждающих сил на протяжении одного оборота дебалансных валов через четверть оборота. Стрелки изображают вынуждающие усилия, создаваемые вибровозбудителями при работе. На фиг. 2а видно положение сил в момент времени, принятый за начальный.

Усилия направлены к центру обрабатываемого участка и вызывают сжимающие напряжения. Укаэанный сдвиг фаз в треть окружности обеспечивается средствами автоматики или кинематически. Через четверть оборота валов силы занимают положение, представленное на фиг. 2 Ь . Они вызывают сдвиговые напряжения в .породе.

Еще через четверть оборота (фиг. 2 э) силы создают растягивающие напряжения, а затем снова сдвиговые фиг. 2ъ). Таким образом, массив обрабатывается всеми основными видами напряжений, что способствует повышению эффективности способа.

По истечении необходимого времени вибровозбудители выключают и перемещают на новое место или оставляют на старом, если сохраняется опасность повторного возникновения горного удара.

Преимущества способа заключаются в том, что расположение источников колебаний по предлагаемому способу позволяет уменьшить расход энергии за счет уменьшения вынуждающей силы и времени работы, поскольку усилия, создаваемые вибрацией, прикладываются в том направлении, где горные напряжения минимальны. Все это приводит к равномерному снижению напряжений обрабатываемого массива до величин, при которых значительно снижается его удароопасность.

Формула изобретения

Способ вибрационного воздействия на горные породы, включающий бурение ниш и скважин, установку в них источников колебаний вращательного или возвратно-поступательного действия и возбуждение в массиве пород колебаний, отличающийся тем, что, с целью снижения удароопасности горных пород за счет ослабления напряжений в массиве, производят определение векторов максимального и минимального главных напряжений, в выработках одного го981622 ризонта устанавливают источники колебаний в один ряд, в выработках разных горизонтов устанавливают источники колебаний группами на раз5 ных уровнях, а оси источников колебаний располагают в плоскости, проходящей через прямую, параллельную оси выработки, и линию действия минимального главного напряжения горного массива, при этом оси нсточ10 ников колебаний вращательного действия располагают перпендикулярно направлению минимального главного напряжения, а оси источников колебаний возвратно-поступательного

15 действия — параллельно направлению минимального главного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Единые технические положения

2О по разработке угольных пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа. Разд. б. Комуфлетно-сотрясательное взрывание. ИГД им. А.A. Скочинского. И., 1973, с. 407.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 317797, кл. Е 21 С 39/00, 1971 (прототип). ие.

981622

Заказ 9666/50

Тираж 470 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r . Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Г, Васючкова

Редактор Г. Гербер Техред И.Гайду, Корректор A- Дзятко