Способ разрушения горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 691522 А 1 ЯО 37/О ЕНИ разрушения гор ганом 3, управля удалении от проравном 3-5 длин в которых устана ле виброисточн пневмоисточник заны с компресс и электронным синхронизации ников., Способ осущ я к горному делу о при проведении редварительн ого ых горных пород нижение энергоных пород с по- разрушающего ие относит спользован оток для и разрушаем ретения - ушения гор ошечного разо ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Кузнецов Ю.В. Предварительное увлажнение угольных пластов. М.: Госгортехиздат, 1960, с, 28-30.Авторское свидетельство СССР М 1157901, кл. Е 21 С 37/00, 1982.(54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при проходке подземных горных выработок (ГВ) для предварительного разупрочнения разрушаемых горных пород. Цель - снижение энергоемкости разрушения пород с помощью шарошечного разрушающего органа. В горном массиве (ГМ) на расстоянии от проводимой ГВ не более 5 длин волн излучаемых ГМ виброисточником (ВИ) бурят группу скважин, В последних в упруговязком веществе размещаются.ВИ, которые устанавливают в Изобретен и может быть и горных выраб разупрочнени Цель изоб емкости разр мощью шар органа. На чертеж ложения выра ния в горном м В горном выработку 2, е представлена схема распоботок, скважин и оборудоваассиве.массиве 1 проходят горную Последнюю проходят путем плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения. С помощью ВИ возбуждают в ГМ колебания с частотой 60 - 1500 Гц и с амплитудой, обеспечивающей напряжение в ГМ, равное половине от разрушающих напряжений в этом ГМ. Одновременно с возбуждением колебаний в ГМ нагнетают технологический раствор с поверхностно активным веществом, После изменения в ГМ забоя горной выработки деформации сжатия на деформацию растяжения возбуждение колебаний с помощью ВИ в скважинах прекращают. В технологический раствор добавляют 10/ кварцевого песка с размером частиц 0,05 - 2,0 мм. Кроме того, технологический раствор перед нагнетанием нагревают до +800 С. Параметры возбуждения колебания ВИ во всех скважинах принимают одинаковыми, При разрушении ГМ в забое ГВ в направлении проходки производят вибровоздействие на ГМ с частотой; равной частоте вращения разрушающего шарошечного органа. 3 з.п.ф-лы, 1 ил,еей алых пород шарошечным оремым по радиоканалу 4. На водимой горной выработки, ам волн, бурят скважины 5, вливают в упруговязком теики колебаний (например, и). Виброисточники 6 свяором 7 высокого давления пультом 8 управления для работы группы виброисточествляется следующим об 1691522С помощью датчиков давления горныхпород, устанавливаемых в контрольнойскважине, определяют поле напряжений иглавные векторы в породном массиве, в котором требуется ослабить напряжения посредством мощных вибрационньхколебаний,В параллельной выработке, находящейся на том же горизонте, где проходят основную выработку 2, бурят скважины 5глубиной 7-12 м и размещают в них невзрывные пневматические источники водин ряд, причем направление воздействиядолжно совпадать с одним из главных напряжений в породном массиве основнойвыработки, т.е. источники устанавливают вплоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения.Максимальный диаметр скважин 5 и ихглубину для размещения невзрывных пневматических источников выбирают, исходяиз оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 50-1500Гц, при которых имеет место максимальная"закачка" упругой энергии в тело горной выработки 2 и составляющая от 3 до 9 Я всейзаписанной в источни 6 от компрессора 7высокого давления - до 300 атм, Глубинаскважины 5 оптимальна величине давления,обеспечиваемого упруговяэким телом, в качестве которого применяют; воду, буровуюмокрую мелочь, кварцевый мокрый песок идругие компоненты,Скважины 5 бурят на расстоянии 3 - 5длин волн основной частоты, излучаемойвиброисточником в горный массив.Время воздействия - время синхроннойработы группы источников до приведениямассива в состояние, когда деформациисжатия горных пород во время вибровоэдействия перейдут на деформации растяжения, регулируемое посредствомэлектронного пульта 8 управления, зависитот обводненности массива и напряженногосостоя н ия породного масси ва.При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают отминимального до максимального уровня,определяемого уровнем достижения напряжений в горном массиве, равном 0,5 от разрушающих с таким условием, чтобы невызвать динамических проявлений горногодавления. Колебания вызывают в породноммассиве относительную поддержку структурных элементов, перераспределения напряжений на пути распространенияколебаний и уменьшения проявления динамики горного давления,.Эти явления имеютместа как в случае работы группы источников, так и при работе одиночного источника. Работу группы источников контролируют геомеханическими методами исследований, а именно: методом разгрузки с использованием тензодатчиков; ультразвуковыми методами; с использованием методов сейсмоакустической иэлектромагнитной эмиссии,Воздействуя на массив вибрационныминагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем напряжений 0,5 от разрушающих нагнетают в горные породы технологические растворы с добавками поверхностно- активных веществ и 10 ь кварцевого песка, 15 причем технологический раствор нагреваютдо+80 С. Обработку массива производят до момента смены деформации сжатия горных пород на деформацию растяжения, после чего вибровоэдействие осуществляют с час татой усилий резания горных пород с использованием разрушающего шарошечного органа.По истечении необходимого времени,обусловленного изменением напряженно деформированного состояния горного массива под воздействием техногенных факторов - веса пород, тектонических и избыточных напряжений, порождаемых процессом проходки выработок, изменяют 30 режим работы группы невзрывных источников или переносят их на новое место, предварительно пробурив для них скважины, или оставляют на старом, если сохраняется возможность дальнейшего повторного воздей ствия на угольный пласт или горные породыи достижения в них необходимого эффекта.Сущность изобретения состоит в том,что под воздействием мощных вибрационных нагрузок, порождаемых выхлопами 40 сжатого под давлением воздуха от 60 до 300атм., из виброисточника в скважину, заполненную упруговязким телом например, водой), примерно от 3 до 90 всей запасенной в виброисточнике энергии передается через 45 нее в горный массив, т.е. переходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60 - 1500 Гц, Под действием упругой волны в горном массиве возникают волны сжатия и растяжения, Эти волны вызывают мигра цию флюидов -жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах, и содействуют их миграции в десятки раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны, Технологический раствор с добавками ПАВ способствует уве личению пластичности горных пород, заполнению пор и трещин водными растворами и истечению газов из горных пород, т.е. ослаблению связей между горными породами и снижению их механической прочности, Нагнетание с раствором 10 ь чистого кварце 16 Э 1522вого песка в совокупности с нагреванием технологического раствора способствует раскрытию новых трещин, так как попадание песка в образующиеся трещины не дает возможности им закрываться, т.е. песчинки, попадая в трещины, служат концентраторами новых трещин и способствуют увеличению трещиноватости разрабатываемых углей и горных пород. Указанные явления имеют место если частота собственных колебаний жидкости и водных растворов, содержащихся в порах и трещинах пород в массиве, близка к частоте зондирующих импульсов (к области резонанса) - резкое увеличение гидро- и аэродинамических связей в горном массиве возникает в том случае, если направление рспространения волны совпадает с направлением пор и трещин и при условии, что длина волны и размер трещин сопоставимы. Именно этим обстоятельством объясняется тот факт, что при приведении предварительного горного массива в колебательное состояние используют столь широкий частотный диапазон. 60 - 1500 Гц. При распространении энергии волна из одних участков переходит в другие и на пути распространения волны образуются эоны разрежения и сжатия. Под воздействием мощных вибрационных колебаний при прохождении волны через участок нагретых выше 30 С пород имеют место кавитационные явления, т,е. в зоне разрежения волны возникают кавитационные пузырьки, заполненные паром и газом и схлопывающиеся в зоне сжатия волны, и в этой области возникают мощные гидродинамические возмущения в виде импульсов микро- и макроударных волн и потоков флюидов, порождаемых пульсирующими пузырьками, вследствие чего также резко возрастает проницаемость горных пород и изменения прочностных свойств последних. Это в конечном итоге приводит к тому, что усилие резания снижается примерно на 40-60 оь, так как прочность пород уменьшается почти вдвое.При воздействии на горный массив вибрационными колебаниями с частотой, равной частоте вращения разрушающего шарошечного органа, повышается до 40 оь производительность труда, примерно на 60 уменьшаются затраты на поддержание выработанного пространства и управление горным давлением Земли, а также на нет 5 10 15 20 25 30 35 40 сводятся проявления динамики горного давления, что также дает значительную экономию средств, учитывая, что каждый внезапный выброс требует до 50 тыс.руб. затрат для его ликвидации,Формула изобретения 1. Способ разрушения горных пород, включающий бурение группы скважин, размещение в них в упруговязком теле виброисточников колебаний, возбуждение в горном массиве колебаний с одновременным нагнетанием в горный массив технологического раствора с поверхностно-активным веществом и последующее разрушение горного массива в забое горной выработки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения энергоемкости разрушения горных пород с помощью шарашечного разрушающего органа, возбуждение колебаний в горном массиве осуществляют на расстоянии от места разрушения не более пяти длин волн, излучаемых в горный массив в группе скважин, пробуренных в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения, при этом нагнетание технологического раствора в горный массив осуществляют при возбуждении колебаний в последнем с частотой 60-1500 Гц и с амплитудой для обеспечения напряжения в горном массиве, равного половине разрушающих напряжений в этом горном массиве, причем после изменения в горном массиве забоя горной выработки деформаций сжатия на деформацию растяжения возбуждение колебаний с помощью виброисточников в скважинах прекращают, а при разрушении горного массива в забое горной выработки в направлении проходки производят вибровоздействие на горный массив с частотой, равной частоте вращения шарошечного разрушающего органа. 2. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в технологический раствор добавляют 1 кварцевого песка с размером частиц 0,05-2,0 мм.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что технологический раствор при его нагнетании нагревают до 80 С.4, Способ по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что параметры возбуждения колебаний виброисточников во всех скважинах принимают одинаковыми,1691522Составитель А, Ванюшкиндактор М. Бандура Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик Заказ 3913 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10У