Способ разрушения горных пород

/) рОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТРИ ГКНТ СССР ОПИС БРЕТЕНИ И ТЕЛЬСТ. А 8 ТОРСКОУУ деис вател расп наре вной Китехнический институт ноименьуей н механизмах взаимодеист руи с разрушаемым мас Донецк, 1988, Деп.в 694 - Ук 88,РУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПО пер тбо Изобретение относится к разрушению горных пород, з частности к струйным способам, и может бить использовано в горной промышленности; гидротехническом и дорожном строительстве, энергетике,Известен способ разрушения горных пород(преимущественно угля), при котором создают импульсы давления скважностью примерно 2, формируют отрезки струи и нарезают ими врубовье щели (1). Недостатком этого способа является высокая энергоемкость разрушения. Это обусловлено тем, что при щелеобразовании импульсными струями такой скважности перемещение струе- формирующего ствола за время паузы междуимпульсами незначительно отличается от перемещения струи за время ее действия на массив, Вследствие этого разрушение производится при небольшом шаге отбойки и на небольшую глубину.В качестве прототипа принят способ разрушения горных пород, включающий формирование струи импульсного деиствия и приложение последовательных импульсных воздействий указанной струи на массив, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой в массиве щели (2), Очередное воздействие струи на массив при этом происходит на расстоянии шага отбойки Яо = (5 - 6)бо, в несколько раз превышающем диФаметр струи бо, от предыдущего места разрушения, Процесс разрушения каждым импульсным воздействием начинается с растекания струи по неразрушенному массиву, внедрения струи в массив и формирования начальной воронки с наружным диаметром около 1,5 бо, Внедрение струи в массив производится отрезком струи длиной (50 - 100)бо, и длительностью: г вн, (50 - 100)бо/чо, где чо - скорость истечения струи, Затраты энергии на внедрение струи (Авн = (50 100) л робо /4 Ф(40 - 80)робо ) составляют 15 - 30 о энергии импульса оптимальной длительности, в то время как(54) СПОСОБ РАЗ и др. Двухствольныи нитор, Уголь Украины,(57) Способ разруструей импульсногона массив последовоздействий струи,гом отбойки вдольщели. Наряду с оснонительную струю сорами и вещественаналогичными основром, в 1,5 - 2,0 разановной струидополнительной стрменно с основной иянии, кратном шагу о ия горных пород твия приложением ьных импульсных ределенных с шазаемой в массиве формируют дополостными парамет азовым составом струе,и с диаметшим диаметра осВоздействуют а массив одноврееди нее на расстойки, 3 ил.величина объема разрушения эа этот период составляет около 17 ь от общего. т.е. начальное внедрение струи в массив проходит с энергоемкостью в 15 - 30 раз больше, чем последующий процесс разрушения при сформированной воронке, В дальнейшем происходит увеличение глубины и диаметра воронки, По достижении ею достаточных размеров. под действием усилия, сообщаемого струей, в перемычке между забоем воронки и ранее нарезанной щелью образуется система трещин, и происходит откол с перемычки крупных частиц. Такой процесс продолжается до окончания действия импульса. При образовании щелей межщелевые целики испытывают действие мощных импульсных нагрузок, которые многократно повторяясь с частотой следования импульсов, вызывают усталостные явления в породе. В результате происходит интенсивное трещинообразование и само- обрушение целиков.Данный способ имеет более высокую эффективность разрушения, чем аналог, благодаря тому, что перемещение струи во время ее разрушающего воздействия на массив незначительно, и производится эффективный откол перемычек между соседними импульсными воздействиями. Однако возможности разрушения с помощью импульсных струйных воздействий на массив здесь реализуются не полностью. Недостатком этого способа является повышенная энергоемкость разрушения, что связано с. большими затратами энергии на внедрение струи в массив, имеющими место в начале каждого импульсного воздействия,Цель изобретения - снижение энергозатрат.Поставленная цель достигается благодаря тому, что в известном способе разрушения горных пород, включающем формирование струи импульсного действия и приложение последовательных импульсных воздействий указанной струи на массив, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой щели, формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фаэовым составом, аналогичными основной струе, и с диаметром,в 1,5-2,0 раза меньшим диаметра основйой струи, и воздействуют укаэанной дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки.Новизной предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом является формирование дополнительной струи со скоростью и вещественно-фаэовым составом, аиалогичными основной струе, и с диамет 5 10 15202530 35 40 45 50 55 ром в 1,5-2,0 раза меньшим диаметра основной струи, и воздействие ею на массив одновременно с основной и впереди нее нэрасстоянии, кратном шагу отбойки. Такие импульсные воздействия обеспечивают разрушение горного массива, при котором внедрение в массив и образование начальной воронки осуществляется дополнительной струей, имеющей меньшие в 2,25-4,0 раза мощность и в 1,5-2 раза время внедрения, чем основная струя, Основная же струя производит разрушение только при оптимальном по энергоемкости диаметре воронки; (3,5-7,0)бо, .В результате энергия, затрачиваемая на внедрение струи в массив, пропорциональная бо, снижается 8з3,4-8 раз - от 15 - 30 до уровня ниже 5, а общие энергозатраты на разрушение снижаются в 1,1-1,25 раза, Такое решение неизвестно и отвечает критерию"существенные отличия".Сущность предложенного способа разрушения горных пород поясняется схемами разрушения массива в различные моменты импульсного струйного воздействия (фиг, 1,2, 3)Изобретение осуществляется следующим образом.Создают распределенную с шагом отбойки вдоль нарезаемой щели 1 последовательность одновременных импульсных,имеющих большую скважность (порядка 10), воздействий на массив 2 двух струй: основной 3, начальным диаметром бо,и дополнительной 4, начальным диаметром б 1, в 1,5-2 раза меньшим бо, и опережающей основную струю 3 на расстояние п 5, где п - целое число, обычно равное 1. Такая последовательность импульсных воздействий может осуществляться в трех вариантах: 1) создают струи 3 и 4 импульсными большой скважности и перемещают их вдоль нарезаемой щели 1 с постоянной скоростью чя, 2) создают непрерывные струи 3, 4 и перемещают их со скоростью чл, изменяющейся периодически (импульсно) с большей скважностью; 3) импульсные струи 3, 4 перемещают с периодически изменяющейся скоростью чп.При каждом из таких импульсных воздействий на массив,2 процесс разрушения дополнительной струей 4, опережающей основную струю 3 на кратное шагу отбойки расстояние п 5, начинается с растекания струи 4 по неразрушенному массиву 2 (фиг.1). В месте натекания струи 4 происходит фильтрация жидкости под давлением в массив 2, образование трещин и формирование начальной воронки диаметром 1,5 б 1. На этот процесс внедрения струи 4 в массив 2, в течение времени г вн - (50-100) б 1/чо, 1776798характеризующийся повышенной энергоемкостью, затрачивается энергия А = (40- 80)роб 1 . Далее разрушение струей 4 идет при сформированной воронке, и энергоемкость его резко снижается. Процесс разру щения основной струей 3 начинается с попадания ее в уже сформированную ранее струей 4 воронку 5, имеющую диаметр около 3,5 б или (5 - 7)б 1, при котором разрушение осуществляется с минимальной 10 энергоемкостью. Происходит рост диаметра и глубины воронки 5. Образующаяся между забоем воронки 5 и ранее нарезанной щелью 1 перемычка 6 подвергается действию усилия от струи 3 и сил 15 гидравлического клина от проникающей в породу воды. В результате идет интенсивное трещинообразование и откол крупных частиц (фиг. 2). Одновременно с этим продолжается процесс разрушения дополни тельной струей 4 - рост воронки 7,Разрушение струей 3 перемычки 6 продолжается до конца данного импульсного воздействия. При этом производится практически полный откол перемычки 6 и увели чение длины нарезаемой щели 1 на шаг отбойки Я (фиг, 3). Дополнительная струя 4 заканчивает образование воронки 7 диаметром (5-7)о 1 для последующего действия основной струи 3, 30При оптимальной по энергоемкости разрушения длительности импульсного воздействия ( г о = (150 - 500)бо/чо общие энергозатраты струй 3 и 4 на разрушение за один импульс составляют;Ао = ро л (150 - 500)до"/4 + Оо л (150 - 500)б) /4 = (118 - 392)ро(до" + д). Для до = =(1,5 - 2,0)бт Ао = (1062 - 1715 Лос 1 Р, Л относительные энергозатраты на внедрение струи в массив Авн/Ао составля ат не более 5.Во время нарезания щелей 1 в мекщелевых целиках (на схемах не показаны) под действием мощных импульсных нагрузок, которые многократно повторяясь с частотой следования импульсных воздействий,вызывают усталостные явления в породе, происходит интенсивное трещинообразование и они разрушаются. Формула изобретения Способ разрушения горных пород, включающий формирование струи импульсного действия и приложение на массив последовательных импульсных воздействий указанной струи, распределенных с шагом отбойки вдоль нарезаемой в массиве щели, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, формируют дополнительную струю со скоростными параметрами и вещественно-фазовым составом, аналогичным основной струе, и с диаметром, в 1,5 - 2,0 раза меньшим диаметра основной струи, и воздействуют указанной дополнительной струей на массив одновременно с основной и впереди нее на расстоянии, кратном шагу отбойки.1776798 Составитель В.БугрикТехред М,Моргентал орректор М.Петрова актор Заказ 4106 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101