Способ упрочнения горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ О 9) (13) РЕСПУБЛИК 5 ц 5 Е 21 Р 5/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ьщдютщТВУ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССР йя 1320435, кл. Е 21 Г 5/00, 1980;Авторское свидетельство СССР М 1587199, кл. Е 21 Е 5/00, 20.5,88,(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить эффективность управления за счет увеличения проницаемости пород, Вокруг выработки в Изобретение относится к горному делуи может быть использовано для решениягорно- и геотехнологических задач, в частности для упрочнения горных пород в приконтурной зоне выработки.Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет увеличения проницаемости горных пород,На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 - горный массив, 2 -горная выработка, 3 - приконтурная эонанарушенных пород, 4 - скважины с размещенными в них невзрывными источниками5, в которые встроены тенэодатчики 6, 7 -компрессор высокого давления (ЭУилиЭУ), 8 - . электронный.пульт управления, 9- приборы для контроля за горным давлением, 10 - веер шпуров для нагнетания окрепляющих растворов в приконтурную зону,01 и 02 - векторы максимального и минискваинах размецают невзрывные пневматические источники колебаний, оси которых ориентируют параллельно направлению главных максимальных напряжений, Скважины располагают на расстоянии 3 - 5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, Скважины заполняют упругойластическим материалом. Воздействуют на массив сначала частотой 60 - 1500 Гц, а затем частотой собственных колебаний массива, Амплитуду увеличивают до величины, при которой напряжения в массиве достигают половины от разрушающих, Достигнув этого уровня, нагнетают в массив скрепляющий раствор через веер шпуров. 1 ил. мального главных напряжений в горном массиве,Способ осуществляют следующим образом.С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определяют поле напряжений и главные векторы в породном массиве, в котором следует ослабить напряжения. В выработке, отстоящей от основной выработки 2, в которой необходимо осуществить упрочнение пород, на расстоянии 3 - 5 длин волн основной получаемой частоты, излучаемой в массив, бурят скважины 4 ф 500 - 700 мм и глубиной 5 - 7 м и размещают в них не- взрывные пневматические источники колебаний в один ряд,.причем направление воздействия совпадает с одним из главных напряжений в дородном массиве выработки 2, т,е, источники устанавливают в полости, 1696731проходящей через линл) максимального главного напряжения.МЗКСИМс)ЛЬНЫЙ ДИЯМет 1 Э СКвсЖИНЫ 4 И ее глубины Для размещения источников ВыбираОт исхОДя из Оптимальных ус;)Овий ВОВ- буждения сейсмических колебанлй на частотах 60 - 1500 Гц, при которых имеет место оптимзльная максимальная закачка упругой энег)гии В т 8 ло г)рикОнту)най зоны 3 горной выработки, составляющая 3 - 1 бсь энергии, поступаОщей В источник от компрессора 7 высокого давленля,-до 300 атм, Глубина сквакины 4 оптимальна величине дявлегия, ОдеспечиВаемой весом упруга- Вязкого тела, например Воды или мокрой буровой мелочи, или мокрого Варцевого песка с добавкой металлических опилок, Опредэленнол экспериментально В морской ,"ЕйСМОРЗЗВВДК 8 Нз сЭКВЯТОРИ 5)Х И СОСТЯВЛЯК)- Всей для диапазона 60 1500 Гц примерно 5 -7 при добавлении столба давления в .:Важие 7 - 10 атм, Скважины 4 бу 1)ят нз р;":ссгаянии 2 - 3 Длин Волн Основной чзстО- гы, излучаемой в массив, исходя из условий "05 сО ВО ГО ПадобИя, При СКОООСТИ В МЗССИВЕ 2000 - 5000 хмс, при частотах 60 - 1500 Гц., при длинах ВОлн 30 - 80 и 2 - 4 5 л, ня удялс ние 3 -5 длин Волн это составляет примерно 300 м, Это обусловлено тем, что на таких ,;г 1 ялениях от источнлка поге упругих напряКении От истОчникя Ояспаеделено аавнс" черно, в та время как на удаление длинь зал ы ОнО неравнаерНО,Время воздсйствия синхронной работы : руппы источников для приведения массива з и еударооп а с ное состоя ние. регул и руе мое -Осредством обратной связи пульта Б упэавления с компрессором 7. завысит от обэодненности пород в массиве, степени трещиноватости - проницаемости массива и геомеханических условий залегания горОгс массива, причем импугьс давления :жятаго воздуха, подаваемого ат кампрес:.Орз 7 в источник, преобразуется с электрический импульс тензодатчиком 6 и падаетс" нз вход электронного пульта управления. т.е. осуществляется синхронизация работь; группы источников колебаний, При синхронной работе группы источников амплиту,у колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, Определяемого уров 5 ем дастлженил нагряжений в пород,ам массиве, равном 0,5 от раэруша)оших, с аким условием, чтобы не вьэвзТь динамических проявлений горного давления. Колебания Вьзывают в горном массиве относительнуо падвихку структурных эле;яеТов, перераспределение няпрякений нз )ути распрастраненля колебаний и уменьшение динамлки горноо давения, Эти яв 10 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 ления имеют место как в случае работы одиночного источника, так и в случае работы группь источников,Работу группы источников контролиру 5 ат геомеханическими и геофизическими методами исследований, а именно методом разгрузки с использованием тензодатчиков, ультразвуковыми методами, с использованием методов сейсмоакустической и электромагнитной эмиссий.Воздействия на горный массив осуществляют поэтапьс, Внячяле приводят массив в колебательное состояние в диапазоне частот 60 - 1500 Гц, а затем переходят на частоту воздействия, равнуа частоте собстВенных колебаний горного массива в совокупности с нагретанием скрепляющих растворов.Параметры вибровоэдействия в скважинах задают для всех источников идентичными, а именно частоту, длительность и интенсивность колебаний поддерживают одинаковыми при неизменных контактных У СЛ ОВ И 5 Х,Во время приведения массива в неудароопаснос сосгояние осуществляют контроль за его напряженным состоянием,Воздействуя на приконтурную зону 3 горного массива выбрационными нагрузками, измеряя)т его напряженно-деформированное состояние и по достижении в нем напряжений, не превышаоших 0,5 от разрушающих, начина)от нагнетать в шпуры 10 скрепляющий раствор, Таким образом, массив обрабатывается вибрацианными нагрузками, что способствует увеличению проницаемости гарных пород в прикантурной зоне выработки и повышению эффективности способа,Воздействие осуществляют в течение времени, определяемого прекращением фильтрации воды из горного массива,По истеченил необходимого времени невэрывные сейсмические источники выклОчаот и перемещают на новое место, предварительно пробурив для них сквакины, или оставгяют на старом, если сохранятся возможность повторного воздействия на породный массив и достижения В нем необходимого эффекта.Перед нагнетанием в скважины встав-. ляют анкера.Сущность изобретения состоит в том, что под воздействием вибрацлонных нагрузок, порождаемых выхлопами сжатого Воздуха под давлением 60 - 300 атм из источника в скважину, заполненную мокрым кварцевым песком с добавками металлических опилок, примерна 3 - 16 всей запасенной в источнике энергии передает16 Р 6-31 сг через мокрый песок в массив, т.епереходит в сейсмическую энергию в диапазоне частот 60 - 1500 Гц, Под действием упругой волны в массиве возникают волны сжатия и растяжения, Эти волны вызывают мигра цию флюидов - жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах горных пород, и содействуют их миграции во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волн ьь Кроме того, вибрации содействуют раскрытию тре щин в массиве на пути распространения упругих волн, Скрепляющий раствор, поступаемый нагретанием под высоким давлением в приконтурные горные породы , выработки, проникает в поры трещины и 15 содействует более полному их заполнению, чем в отсутствие вибрации. После застывания - отверждения приконтурная часть горной выработки представляет собой монолитную среду, прочность которой на 40 20 - 60 , выше, чем прочность этих же пород в ,совокупности со скрепляющими оастворами, нагнетаемыми без вибрации, что проверено методом гидроразрыва.Преимущества предлагаемого способа 25 состоят в том, что упрочнение пород приконтурной зоны горной выработки позволяет осуществить перераспределение напряжений в горном массиве на пути распространения вибрационных колебаний, 30 свести к минимуму вероятность проявления динамических нагрузок, внезапных выбросов угля, породы и газа, свести поле существующих напряжений к равномерному в период нагнетания скрепляющих растворов 35 - привести массив в неудароопасное состояние, увеличить прочность приконтурной части горной выработки эа счет более полного заполнения пор и трещин пород, а также за счет использования анкерной крепи, 40 создать оптимальные условия возбуждения сейсмических колебаний в диапазоне 60 - 1500 Гц и закачки упругой энергии в горныепороды в режиме накопления без изменения контактных условий - энергия переда 6ется в массив через мокрый кварцевый песок или буровую мелочь, увеличить проницаемость горных пород в период нагнетания скрепляющих растворов в приконтурные горные породы выработки, причем диапазон частот выбран с таким расчетом, чтобы содействовать раскрытию трещин с размерами от 1 мм и выц е,Использование способа позволит значительно увеличить проницаемость горных пород и повысить эффективность упрочнения горных пород за счет более прочного сцепления приконтурных пород выработки с горным массивом по сравнению с имеющимися способами упрочнения пород,Формула изобретения Способ упрочнения горных пород, включающий проходку выработки, определение векторов главных напряжений в массиве, бурение скважин на расстоянии 3 - 5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, бурение шпуров, установку в них невэрывных пневматических источников колебаний, оси которых располагают параллельно направлению главного напояжения, и заполнение упруговязким материалом, синхронизацию работы источника и возбуждение в массиве колебаний, увеличение их амплитуды до величины, при которой напряжения в, массиве достигнут половины от разрушаюших и поддержание амплитуды на этом уровне и нагнетание в шпуры скрепляющего раствора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения эа счет увеличения пооницаемости пород, определяют частоту собственных колебаний массива,.а возбуждение в нем колебаний производят поэтапно, вначале в диапазоне частот 60 - 1500 Гц, а затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний массива, при этом источники колебаний располагают параллельно направлению максимальных напряжений.1696731Составитель С.Бачуриндактор Т.Юрчикова Техред М.Моргентал Корректор Т.Пали Заказ 4289 Тиоаж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откРытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагари