Способ крепления горных выработок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 11587199 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ невзрывны компрессор под давлен ления для точников.Способ зом. бра существляется следую ния - повышение устой ра бото к.риведена схема реализарных сквагла в- кото- вмеящеийдена ны 6 азмееские ричем тке, находгде про ят скважи 5 - 7 м и р пневматич ин ряд, п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫ - РАБОТОК(57) Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить устойчивость горных выработок. На удалении от закрепляемой выработки равном 3 - 5 длинам волн основной излучаемой частоты, из параллельной выработки бурят скважины и определяют векторы максимального и минимального напряжений в массиве. Скважины заполняют водой и устанавливают в них невзрывные пневматические источники колеИзобретение относится к подземному строительству, касается способа вибрационного воздействия на горные породы и может быть использовано для повышения устойчивости горных выработок различного назначения.Цель изобретечивости горных вьНа чертеже пции способа,На чертеже введены следующие обозначения; 1 - горная выработка, подлежащая креплению, 2 - опалубка, имитирующая форму и размеры выработки, 3 скрепляющий раствор для заполнения заопалубочного пространства, 4 - веер шпуров или скважины для размещения в них анкеров, 5 - анкеры, 6 - скважины диаметром 500 - 700 мм для размещения в них Е 21 Р 11 00, Е 2 Г 5/00 баний, Оси источников колебаний располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению. Работу группы источников синхронизируют, возбуждают в массиве колебания и приводят его в неудароопасное состояние. В выработке устанавливают опалубку, Амплитуду колебаний массива регулируют путем увеличения подачи сжатого воздуха в источники от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в массиве достигнут половины от разрушающих. Поддерживая амплитуду на достигнутом уровне, нагнетают за опалубку под высоким давлением скрепляющий раствор. Перед установкой опалубки возможны бурение шпуров и установка в них анкеров. Колебания в массиве осуществляют д на частоте 60 - 20 Гц, Во время проведе-ния массива в неудароопасное состояние осуществляют контроль за его напряженным состоянием. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. х пневматических источников, 7 - р для питания источников сжатым ием воздухом, 8 - пульт управинхронизации работы группы ис- ф С помо пород, уста жине, опре ные вектор ром требуе щающем в В пара ся на том основная Ф 500 в 7 щают в н источникищью датчиков давления г навливаемых в контрольной деляют поле напряжений и ы в породном массиве, в тся вызвать колебания и ыработку .ллельной вырабоже горизонтевыработка, бурмм и глубинойих невзрывныеколебаний в однаправление воздействия совпадает с одним из главных напряжений в породном массиве основной выработки, т. е. источники устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения.Максимальный диаметр и глубину скважины 6 для размещения невзрывных источников выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60 - 120 Гц, при которых имеет место максимальная закачка упругой энергии в тело горной выработки 1 и составляющая от 3 до 9 О энергии, поступающей в источник от компрессора 7 высокого давления - до 230 атмосфер. Глубина скважины 6 оптимальна величине давления, обеспечиваемого столбом воды, заполняющей скважину, и определенной ранее экспериментально в морской сейсморазведке на акваториях и составляющей для диапазона частот 60 - 120 Гц примерно 5 - 7 м. Скважины 6 бурят на расстоянии 3 - 5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив. Исходя из условий волнового подобия: если при скорости в массиве 1000 - 2000 м/с; при частоте =60 в 1 Гц, длина волны равна Х= 1000 в 20/60 в 120= =20 вм, то на удалении 3 - 5 длин волн это составит 100 - 150 м. Это обусловлено тем что на таких удалениях от источника поле упругих напряжений от источника распределено равномерно, в то время как на удалении, равном длине волны, оно неравно- верно.Время воздействия - время синхронной работы группы источников до проведения массива в неудароопасное состояние, регулируемое посредством электронного пульта 8 управления, зависит от обводненности массива и напряженного состояния породного массиваПри синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения напряжений в породном массиве, равном 0,5 от разрушающих с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления. Колебания вызывают в породном массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределения напряжений на пути распространения колебаний и уменьшения проявлений динамики горного давления. Эти явления имеют место как в случае работы одиночного источника, так и при работе группы источников.Работу группы источников контролируют геомеханическими методами исследований, а именно методом разгрузки с использованием тензодатчиков; ультразвуковыми методами с использованием методов сейсмоакустической и электромагнитной эмиссии. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Воздействуя на породный массив вибрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем напряжений, не превышающих 0,5 от разрушающих, начинают подавать скрепляющий раствор 3 нагнетанием в незаполненное пространство между опалубкой 2 и кровлей выработки 1. Таким образом, массив обрабатывается вибрационными нагрузками, что способствует повышению устойчивости горных выработок и эффективности способа.По истечении необходимого времени не- взрывные сейсмические источники выключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив для них скважины или оставляют на старом, если сохраняется возможность повторного воздействия на породный массив и достижения необходимого эффекта.Возможна дополнительная установка анкеров 5 в предварительно пробуренные шпуры 4 до установки опалубки,Сущность изобретения состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок, порождаемых выхлопами сжатого под давлением воздуха от 60 до 230 атмосфер, из источника в скважину, заполненную водой, примерно от 3 до 9 Я всей запасенной в источнике энергии передается через нее в массив, т. е. переходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60 в 1 Гц. Под действием упругой волны в массиве возникают волны сжатия и растяжения. Эти волны вызывают миграцию флюидов - жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах пород, и содействуют их миграции во много раз быстрее, чем в отсутствие волн. Кроме того, вибрации содействуют раскрытию трещин в массиве на пути распространения волн. Раствор, поступаемый нагнетанием под высоким давлением в незаполненное пространство между стендом и кровлей основной выработки под воздействием вибраций, порождаемых источниками, проникает в поры и трещины и содействует более полному их заполнению, чем в отсутствии вибрации. После застывания обделка представляет с массивом монолитную среду, прочность которой на 30 - 60 Я больше, чем прочность среды в совокупности с заполнением их раствором в отсутствие вибрации, что было проверено методом гидроразрыва.Преимущества способа заключаются в том,что размещение источников по предлагаемому способу позволяет: перераспределить поля напряжений, свести к минимуму вероятность проявления динамических проявлений горного давления; свести существующее поле напряжений к равномерному в период подачи раствора между опалубкой и кровлей выработки; увеличить прочность пород и обделки за счет заполнения раствором пор и трещин, а также за счет исполь1587199 Формула изобретения ь С. Баччук тавнтел инКорректор М. КучеряваяПодписноеткрытиям при ГКНТ СССРаб., д. 4 5жород, ул. Гагарина. О Редактор В. Бугренк Заказ 2405 НИИПИ Государстве 303 Производственно-издва Техред Тираж ного комитета Москва, Ж ательский комбА. 83 В го из - 35, нат ретсниях дх нскан дтент, г. зования анкерной крепи; создать оптимальные условия возбуждения сейсмических волн в диапазоне 60 - 120 Гц и закачки упругой энергии в породный массив в режиме накопления без изменения контактных условий - энергия передается в массив через воду. 1. Способ крепления горных выработок, включающий проходку выработки, бурение скважин, определение векторов максимального и минимального напряжений в породном массиве, установку в скважине источников колебаний, оси которых располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению, синхронизацию работы группы источников, возбуждение в массиве колебаний и приведение его в неудароопасное состояние, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки, в ней устанавливают опалубку, а скважины заполняют водой и в качестве источников колебаний используют невзрывные пневматические источники, которые располагают на удалении от выработки, равном 5 3 - 5 длин волн основной получаемой час.тоты, при этом амплитуду их колебаний регулируют путем увеличения подачи сжатого воздуха от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в Массиве достигнут половины от разрушающих, а затем, поддерживая амплитуду на достигнутом уровне, нагнетают за опалубку скрепляющий раствор.2. Способ по п. 1, отличающийся тем,что перед установкой опалубки бурят шпу ры и устанавливают в них анкеры.3. Способ по и. 1, отличающийся тем,что колебания массива осуществляют на частоте 60 - 20 Гц.4. Способ по п. 1, отличающийся тем,что во время приведения массива в неудароопасное состояние осуществляют контроль за его напрявкенным состоянием.