Способ борьбы с горными ударами

(5 н 5 Е 21 Е 5/00 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам Ибй.:,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;ьътв 1.пкн. р,Г,Г;)1 и 11 я(57) Использование: при подземной разработке месторождений угля. Предварительно определяют вектор действия максимального напряжения. Осуществляют вибровоэдействие на массив в укаэанном направлении. При этом на первом этапе воздействуют с частотой 60-1500 Гц, а на втором 60 - 400 Гц. Одновременно с вибровоздействием в скважины нагнетают воду, поверхностно-активные вещества и смолы. О Ф О О Изобретение относится к горному делуи может быть использовано для разгрузкигорного массива от напряжений при отработке месторождений открытым или подземным способом.Известен способ борьбы с горными ударами, включающий бурение скважин, нагнетание в них под давлением синтетическихсмол и пластификаторов одновременно(авт,св. СССР Р 1357588),Однако этот способ неэффективен, локален, обладает малой производительностью, трудоемок, нетехнологичен. требуетзначительного времени для приведения локального участка массива в неудароопасноесостояние.Известен также способ борьбы с горными ударами, включающий бурение скважинв пласте. определение вектора действиямаксимального главного напряжения, установление в скважинах на глубине 3 - 5 м вибраторов с ориентированием осейвибратаров по линии действия максимального главного напряжения, вибровоэдействие на массив одновременно в несколькихскважинах поэтапно с использованием на первом этапе диапазона частот от 60 до 1500 Гц и одновременным нагнетанием в скважины воды и поверхностно-активных веществ, смол до момента достижения уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих напряжений.Однако этот способ не учитывает структурные особенности горного массива, не позволяет эффективно управлять состоянием и свойствами пород в массиве, длителен по времени воздействия.Цель изобретения - повышение эффективности снижения удароопасности пластов путем ускорения процесса снижения напряжений.Поставленная цель достигается тем, что в способе вибровоздействие на массив на втором этапе производят на частоте 60-400 Гц, а нагнетание ПАВ и смол производят после достижения уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих напряжений,На чертеже приведена схема реализации опыта, на которой показаны горный массив 1, горная выработка 2, скважины 3 для размещения в них виброисточников, виброисточники 4, компрессор 5 высокогодавления, электронный пульт 6 управления для синхронизации работы группы виброисточников, нагнетательные скважины 7.Способ осуществляют следующил образом.С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального главных напряжений в породном массиве, где требуется снизить напряжения.В выработке 2, находящейся на том же горизонте на расстоянии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив 1, бурят скважины 3 диаметром 300-700 мм и глубиной 3-5 м и размещают в них невэрывные пневматические источники 4 в один ряд, причем направление их воздействия совпадает с направлением действия одного иэ главных напряжений, действующих в горном массиве,Максимальный диаметр скважин 3 для размещения виброисточников 4 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения глощных вибрационных колебаний на частотах 60-400 Гц, при которых имеег место максимальная "закачка" упругой энергии в тело горной выработки 2, составляющая от 3 до 9; всей энергии, поступающей в источник 4 от компрессора 5 высокого давления ЭУили ЭУ) - 60 - 300 атм и более, Глубина скважины 3 оптимальна величине столба воды в совокупности со штыбом или буровой мелочью, которымг заполняют скважину 3 после размещения в ней виброисточника 4, и составляет 3-5 м для диапазона частот 60-400 Гц.Скважины 3 бурят на удалении друг от друга 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, Исходя из условий волнового подобия при скорости Р-волн, равной в массиве 3000 м/с, длины волн на частотах 60-400 Гц составляют от 8 до 50 м, что на удалении 3-5 длин волн составляет примерно 150 м. Это обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений, излучаемое источником, распределено равномерно, в то время как при удалениях, меньших этих расстояний, оно распределено неравномерно и в этом случае практически невозможно осуществить синхронизацию работы группы виброисточников.Время воздействия - время синхронной работы группы источников до приведения горного массива в неудароопасное состояние зависит от обводненности пород и горного давления, обусловленного весом вышележащих пород, и регулируется по 55 достижения положительного эффектаСущность способа состоит в том, чтопод воздействием мощных вибрационныхнагрузок на пути распространения упругойволны образуются волны сжатия и растяжения, действующие как тектонический насос средством электронного пульта 6 управления посредством тенэодэтчиков, встроенных в виброисточники 4 и преобразующихимпульс сжатого воздуха от компрессора 55 в электрический сигнал. При синхронной работе группы виброисточников амплитуду ихколебаний медленно поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения напряжений,"0 действующих в породном массиве, равным0,7 от величины разрушающих напряжений,с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления. Колебания вызывают в массиве относительную15 подвижку структурных элементов горногомассива. что вызывает перераспределениенапряжений на пути распространения мощных вибрационных колебаний и частичнуюдегазацию горного массива, Эти явления20 имеют место как при работе группы источников, так и в случае работы одного источника,Работу группы источников контролируют геомеханическими и геофизическими ме 25 тодами исследований;методом разгрузки с использованиемтензодатчиков;ультразвуковыми летодами;методами с использованием сейсмоаку 30 стической и электромагнитной эмиссии.Воздействуя на массив мощными вибрэционными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние ипри достижении в нем напряжений, не пре 35 вышающих 0,7 от разрушающих, начинаютнагнетать в породы технологический раствор с добавками ПАВ и синтетические смолы. Для повышения эффективности приприведении горного массива в колебатель 40 ное состояние вибровоздействия осуществляют направленными импульсами начастоте собственных колебаний горногомассива, Таким образом, массив обрабатывается всеми видали сжимающих и растяги 45 вающих нагрузок в диапазоне от 60 до 400Гц, что способствует повышению эффективности способа за счет управления состоянием и свойствами горных пород.По истечении необходимого времени50 источники выключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив дляних новые скважины. или оставляют на старом месте, если сохраняется повторная воэможность воздействия на массив и45 50 и способствующие перемещению-миграции флюидов-жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах горного массива, во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны, Это вызвано тем, что при распространении упругой волны в горном массиве энергия волны переходит из одних участков массива в другие и на пути распространения волны создается знакопеременное давление, которое описывается выражением Р - Ро + А с р жоз( ил - и х/1), (1) где Ро - геостатическое давление горного массива; А - амплитуда смещения волны; с - скорость волны; в г /Т - круговая частота; х - текущая координата; 1 - время; рплотность; Р - знакопеременное; Ас ри) - амплитуда звукового давления,Вибрации, вернее давление, в знакопеременной волне при достижении величины, равной или большей геостатического, обеспечивают повышение гидро- и аэродинамических связей горного массива и увеличивают проницаемость пород. Давление в первой полуволне от источника определяют из выраженияАнпи - 0,015(Р/)/й 12) где Р - давление сжатого воздуха в источнике, кг/см;Ч- объем камеры давления в источнике, дм;Я - глубина размещения источника в скважине, м.Массив предварительно приводят в возбужденное состояние в диапазоне 60- 400 Гц, затем при достижении уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих, переходят на частоту собственных колебаний горного массива и нагнетают в скважины ПАВ и синтетические смолы, причем под воздействием вибрации заполнение пор и трещин осуществляют в несколько раз быстрее. В результате прочность обделки и массива повышается на 40 - 60;, что было проверено методом гидроразрыва до и после вибровоздействия.Преимуществами способа является то, что размещение виброисточников по предлагаемому способу позволяет:1. Перераспределить поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов: 5 10 15 20 25 30 35 40 2, Свести к минимуму проявления гор ного давления;3. Создать оптимальные условия для закачки упругой энергии в тело горной выработки в режиме накопления при неизменных контактных условиях в выбран ном диапазоне частот;4, Осуществить частичную дегазацию горного массива;5, Повысить эффективность способа, Использование предлагаемого изобретения позволяет значительно повысить эффективность способа за счет управления состоянием и свойствами горных пород в массиве с использованием упруого миграционного геоэффекта. имеющего место практически в любых диапазонах частот от Гц до мГц, снизить проявления горноо давления и увеличить безремонтный срок службы горных выработок по сравнению с известными классическими способами, не использующими упругий миграционный геоэффект,Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения составляет 23 т.руб, в год,Формула изобретения Способ борьбы с горными ударами, включающий бурение в пласте скважин, определение вектора действия максимального главного напряжения, установление в скважинах на глубине 3 - 5 м вибраторов с ориентированием осей вибраторов по линии действия максимального главного напряжения, вибровоздействие на массив одновременно в нескольких скважинах поэтапно с использованием на первом этапе диапазона частот 60-1500 Гц и одновременным нагнетанием в скважины воды и поверхностно-активных веществ и смол до момента достижения уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих напряжений,о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью повышения эффективности снижения удароопасности пластов путем ускорения процесса снижения напряжений, вибровоздеиствие на массив на втором этапе производят на частоте 60-400 Гц, а нагнетание поверхностно-активных веществ и смол производят после достижения уровня напряжений, равного 0,7 от разрушающих.