Способ создания щелей в горных породах и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОБЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51) Е 21 С ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТОР СКОМУ ДЕТЕЛЬСТВУ Фаа 4 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела(56) Авторское свидетельство СССР Н 9 Ю 67, кл. Е 21 С 37/02, 1978,Авторское свидетельство СССР йф.1312166, кл. Е 21 С 37/Ой, 1985 (5 М) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЩЕЛЕЙ В ГОРНЫХ .ПОРОДАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯЬ 7) Изобретение относится к горной пром-сти и м,б. использовано для борьбы с горными ударами, внезапными выбросами угля, породы и газа, внезап" ными разломами почвы и т.п, Цель повышение эффективности создания свободных от разрушенной породы щелей с учетом напряженного состояния по,ЯО 1583602 род. Для этого вдоль щели бурят параллельные скважины (С) на расстоянии3 1 друг от друга, равном 31 = 0,8 Р //гп (3 + 0,1 Е), м. Затем разрушают перемычки (П) между С усилием Г на стенку одной С в сторону соседней, равнымГ Э 2 Л 1(МВ+ С), Н, где Г - коэффициент крепости пород по классификации проф. М.М. Протодьяконова; М - ,коэф концентрации напряжений в П,учитывающий изменение исходных напряжений в П в результате выбуриваниякомпенсационной и нагружающей С 2;6 - исходные нормальные к плоскостипредполагаемой щели напряжения, Н/м 2;о - угол внутреннего трения пород,град; С - сцепление пород, Н/м 2;0 - диаметр С, в сторону которойнаправлено давление, м; ш - ширинаразрушаемой П, м, Для разрушения Пустанавливают в С 2 устройство, состоящее из трубчатого стержня 5 и расположенных на наружных его поверхностях в плоскости большей оси эллип1583602 1 О са дополнительных элементов 6, напродольных краях которых установленыдавильные пяты 7. Стержень 5 и элементы 6 выполнены из материала сэффектом памяти, термоциклированногос возможностью принятия соответственноФормы поперечного сечения эллиптической и гофрированных пластин при нагревании свыше т-ры мартенситового Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с горными ударами, внезапными выбросами угля, породы и газа, внезапными разломами почвы, для создания разгрузочных полостей, для локализации распространения подвижных тектонических Разломов и трещин, для создания буроотрывных исполнительных органов, для отделения мраморных и гранитных блоков, дроб ления негабарита в карьерах, для статического разрушения горных пород, а также для создания системы разрывных нарушений в нефтеносных и газоносных пластах для увеличения их деби-ЗОта.Целью изобретения является повышение эффективности создания свободных от разрушенной породы щелей с учетом напряженного состояния пород, 35На фиг, 1 показана схема располоения скважин и система напряжений в горных породах; на фиг. 2 и 3 - устройство в скважине соответственно до и после мартенситного превращения, поперечный разрез.Способ осуществляют следующим образом.Известными методами для пород, в которых предполагается образование искусственного нарушения (щели), устанавливают коэффициент крепости Г, угол внутреннего трения, сцепление С, исходные нормальные напряжения "и50Угол внутреннего трения и сцепление горных пород определяют по их паспорту прочности перед осуществлением предлагаемого способа. Под исходными напряжениями действующими В горном массиве, понимают нормальные к участку предполагаемого разрывного нарушения напряжения, имеющие место до бурения скважин (фиг, 1), В частпревращения. При нагревании размещенного в стержне 5 нагревательногоэлемента 8 до номинальной т-ры тепловая энергия преобразуется в механическую, Стержень 5 с элементами 6 изменяют форму и размеры, за счет чего Писпытывает с торца давление, под действием которого происходит ее двухплоскостной сдвиг. 2 з,п, ф-лы, 3 ил. ности, если в горных породах участок предполагаемого нарушения горизонтальный и планируется вдали от концентраторов напряжений (эон опорного давления, целиков и т,д,), то в качестве исходных напряжений можно принять напряжения, равные весу столба вышележащих пород 6 ц уН. Если же участок вертикальный, то 6= Яу Н.При наклонном участке(сов а + 1 эдо)уН где- коэффициент, учитывающиЙтектонические процессы нагружения пород или боковойотпор;средний объемный вес пород;Н - глубина разработки.Когда скважины бурят .в зоне опорного давления, то в качестве Ь необходимо , принимать напряжения, имеющие место в зоне опорного давления, которые определяют известными экспериментальными методами или расчетным путем.Для выбранных значений диаметра Р компенсационной скважины 1, мощности предполагаемого нарушения ш и установленной крепости пород определяют ширину разрушаемой перемычки (расстояние между скважинами) д 1 из зивиси- мости 0 8 П А 1 д --- , м,ш(3+0,1 й)полученной иэ условия очистки щели от разрушаемой породы1 кс 2 пер1 пергде Чк - объем компенсационной скважины;,Чпе - объем пород в перемычке,и экспериментальных данных о взаимосвязи коэффициента раэрыхления с коэффициентом крепости пород Е,в зависимость 3 0,006 6 + 40, С. Усилие давильных элементов на торец перемычки на единицу длины скважины со стороны разрушаемой скважины диаметра й, необходимое для ее сдвига, определяют из условия двухплоскостного среза слоя пород мощностью ш, шириной 31, сжатого по нормали исходными напряжениями Ьд, из зави- симости Га 1 Р 6 а+ С), Н, где р, С - соответственно угол внутреннего трения, град, исцепление, Н/м, пород 0 5(П+й) + 3 1Л 1коэффициент,учитывающий изменение исходных напряжений в перемычке за счет выбуриваемых скважин,НеоЬходимое нормальное напряжение6 на торец перемычки на единицудлины скважины определяют из выражения6 = Р/в,Перед осуществлением способа на жестком стенде при помощи динамомет" ра тарируют нагружающее устройство с давильными элементами, выполненными из сплава титана .и никеля, обладающего эффектом памяти формы и ди апазоном температуры мартенситных превращений от 40 до 70 С.1В процессе тарировки давильного элемента установлена зависимость возникающих при нагреве реактивных напряжений от температуры, исходя из кото" рой ииз расчетной формулы для Р устанавливают необходимую температуру нагрева давильных элементов для сдвига перемычки между скважинами шириной Л 1 и мощностью в двухплоскостным срезом путем подстановки значения 6 = После установления исходных параметров компенсационные скважины 1 и разрушаемые скважины 2 (фиг. 1) бурят по оси 3 предполагаемого нару.шения 4. В разрушаемых скважинах 2 свободно размещают давильное устройство (фиг. 2) в исходном состЬянии. Устройство включает трубчатый стержень 5 из материала с эФфектом памяти, ,термоциклированный с воэможностью принятия эллиптической формы поперечного сечения при нагревании свыше температуры мартенситного превращения. Нанаружных поверхностях стержня 5 вплоскости большей оси эллипса расположены дополнительные элементы 6 изматериала с эффектом памяти формы сформой поперечного сечения в виде гофрированных пластин, термоциклированных с возможностью выпрямления принагревании свыше температуры мартенситного превращения. На продольныхкраях элементов 6 установлены давильные пяты 7. В стержне установлен нагревательный элемент 8. Устройствоориентируют в скважине так (фиг. 2),чтоЬы ось, вдоль которой расположеныэлементы 6, была направлена по оси 3предполагаемого нарушения 4 (плоскости воздействия устройства и перемычки должны совпадать). При нагревании стержня и элемента8 до номинальной температуры проис 25 ходит преобразование тепловой энергии в механическую. Они изменяют впоперечном сечении форму и размеры.За счет этогоперемычка между скважинами испытывает с торца давление инЗ 0 тенсивностью й, под воздействием которого происходит ее двухплоскостнойсдвиг,Если намеченной программой разрушения предусмотрен только двухплоскостной сдвиг. пород перемычки, тодавильные элементы охлаждением приводят в исходное состояние и вынимают их из скважин.Для получения разгружающего эфто фекта производят дальнейший нагревэлементов от 60 до 70 С. На этомэтапе элементы 6 распрямляются. 9результате породы перемычки выталки: ваются в компенсационную скважину.Новая Форма стержня 5 представляет собой эллипс,В скважине такой давильный элементпри нагреве получает возможность из-.менить первоначальную форму. В ре 50 зультате фиксированного увеличенияразмера давильного элемента, жесткость которого намного превосходитжесткость разрушаемых пород, породыперемычки испытывают со стороны да 55 вильной пяты давление интенсивностьюЬ . В неопасных по взрыву (газа, пыли, и т.п,) условиях в качестве нагрева теля могут Ьыть использованы электронагревательные элементы, в частностиможет быть применена электропроводная резина.В условиях, опасных по взрыву (газа, пыли и др,), в качестве теплоносителей могут быть использованы геотермвльные воды, тепловые отбросы промышленных установок (нагретая вода или воздух), пар.Нагрев осуществляют пропусканием электрического тока по электронагревательным элементам, подключенным к пускателю, или путем пропускания теплоносителя внутри трубчатых давильных элементов. 15Формула изобретения1. Способ создания щелей в горных породах, включающий бурение вдоль щели параллельных скважин и разрушение перемыцек между скважинами усилием на стенку одной скважины в сторону соседней, о т л и ч а ю- Щ и й с я тем, что, с целью повыше ния эффективности создания свободных от разрушений породы щелей с учетомнапряженного состояния пород, скважины бурят на расстоянии Д 1 одно от другой, равном ЗОО 8)тп(3+О, 11)фа величину усилия принимают равной261(ИЬ 1 + С), Кргде Р - диаметр скважины, в сторонукоторой направлено давление,м;щ - ширина разрушаемой перемычки м 40р Фкоэффициент крепости породпо классификации проф,М.И. Протодьяконова; У - коэффициент концентрациинапряжений в перемычке, учитывающий изменение исходныхнапряжений в перемычке в результате выбуривания компенсационной и нагружающейскважины,О 5(Р+с 1)+131ИА 1 исходные нормальные к плоскости предполагаемой щели напряжения, Н/м 2;угол внутреннего трения пород, градсцепление пород, Н/м 2; диаметр скважины, из которой передается давление, м,2. Устройство для создания щелей в горных породах, включающее стержень из материала с эффектом памяти формы, термоциклированный с воэможностью принятия эллиптической формы поперечного сечения при нагревании свыше температуры мартенситного превращения. и нагреватель стержня, о т л и ц аю щ е е с я тем, цто, с целью повышения эффективности создания свободных от разрушенной породы щелей с учетом напряженного состояния пород, оно снабжено давильными пятами и дополнительными элементами иэ материала с эффектом памяти Формы, продольно установленными на наружной поверхности стержня в плоскости большей оси эллипса и связывающими давильные пяти со стержнем, при этом дополнительные элементы в поперечном сечении имеют Форму гофрированных пластин и термоциклированы с возможностью их выпрямления при нагревании свыше температуры мартенситного превращения,1583602 7р 1гф)с 4 И О Фаг 1 оставитель О, Поп Техред Л.Сердшкова ксимишине орректор актор С. Пекар изводственно-издат Гагарина, 1 ьский комбинат "Патент", г.Ужгор Ул Заказ 2239 Тираж 39ВНЙИПИ Государственного комитета113035, Москва, Ж Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб., д. 4/5