Способ струйного разрушения горных пород

(72) В,А.Бугрик зрушение горных поения: нарезают вруструи и разрушают Йа заднем Фронте и создают всплески его более чем в 1,5 льной части отрезка вление обеспечивает ых целиков одноврей 5 ил ческий институт ее ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Тимошенко Г.М., Бугрик В,А, Гидроимпульсная отбойка - перспективный способ выемки угля на шахтах с обычной технологией, - Уголь Украины, 1989, М 6, с.13-14,Авторское свидетельство СССР М 1469126, кл. Е 21 С 45/00, 1987,Изобретение относится к разрушениюгорных пород, в частности к струйным способам, и может быть использовано в горнойпромышленности, гидротехническом строительстве, энергетике,Известен способ разрушения горныхпород струями воды высокого давления, прикотором в массиве непрерывными струяминарезают щели определенной глубины и наопределенном расстоянии друг от друга, после чего скалывают межщелевые целики.Недостатком этого способа является невысокая эффективность разрушения, чтообусловлено несовершенным взаимодействием непрерывной струи с разрушаемыммассивом во время щелеобразования, прикотором разрушение производится мелки-ми частицами и в межщелевых целиках непроисходит интенсивного трещинообразо-вания, из-за чего требуется устанавливатьнебольшое расстояние между щелями дляэффективного скола целиков,Наиболее близок к предлагаемому способ разрешения горных пород, включающий создание импульсов давления большойскважности и близкой к прямоугольной фор(54) СПОСОБ СТРУЙНГОРНЫХ ПОРОД(57) Использование; рэ род. Сущность изобрет бовые щели отрезками межщелевые целики. каждого отрезка стру давления, превышающ раза, давление в оста струи. Повышенное да разрушение межщелев менно с нарезкой щеле мы, формирование отрезков струи и нарезание ими врубовых щелей,При щелеобразовании импульсной струей большей скважности, когда пауза между импульсами на порядок и более превышает длительность импульса, величина перемещения струеформирующего ствола за время паузы на порядок и более превышает величину перемещения струи за время ее действия на массив. Действие очередного отрезка струи на массив происходит на расстоянии шага отбойки 30=.(5-6) б 0, в несколько раз превышающем диаметр струи 00, от предыдущего места разрушения, При этом процесс разрушения очередным отрезком импульсной струи начинается с образования струей отдельной воронки. По достижении ею достаточных размеров под действием усилия, сообщаемого струей, в перемычке между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью образуется система трещин. В дальнейшем под действием усилия от струи и сил гидравлического клина происходит откол с перемычки крупных частиц, После откола части перемычки с этой стороны струя разворачивается в сторону нарезанной щели и снижается усилие10 15 20 25 30 35 40 55 воздействия на массив. По мере углубления вновь образованной воронки это усилие вновь возрастает, после чего происходит очередной откол, Такой процессдискретными актами продолжается до окончания действия импульса, В процессе образования щелей межщелевые целики испытывают действие мощных импульсных нагрузок, которые, многократно повторяясь, с частотой следования импульсов вызывают усталостные явления в породе. В результате происходит интенсивное трещинообразавание и самообрушение межщелевых целиков,Данный способ имеет более высокую эффективность разрушения, чем известный благодаря более эффективной передаче энергии струей массиву за счет более полного разворота струи на поверхности разрущения и отколу крупных частиц в результате дискретного приложения к массиву нагрузок. Однако возможности разрушения с помощью импульсного воздействия на массив реализуются здесь не полностью. Это связано с тем, что разрушение осуществляется с недостаточно большим шагом отбойки, когда откол перемычки между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью происходит за йесколько актов и при каждом отколе происходит разворот части струи в сторону уже нарезанной щели,из-за чего теряется часть энергии струи, В результате повышается энергоемкость разрушения и снижается производительность, пропорциональная шагу отбойки, При увеличении же шага отбойки перемь;чка между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью остается неразрушенной, щель вообще не будет нарезаться.Цель изобретения - повышение производительности разрушения за счет увеличения шага отбойки.Поставленная цель достигается благодаря тому, что согласно способу разрушения горньгх пород, включающему формирование импульсного давления, со здание.отрезков струи и нарезание ими врубовых щелей с разрушением межщелевых целиков, на заднем фронте в каждом отрез- ке струи создают всплески давления, более чем в 1,5 раза превышающего давление в остальной части отрезка струи,Создание на заднем фронте в каждом отрезке струи всплесков давления, величиной более чем в 1,5 раза превышающей величину давления в основной части импульса, обеспечивает разрушение горного массива, Основная часть импульса с номинальным давлением образует воронку на всю глубину нарезаемой щели, а следующий в конце импульса всплеск повышенного давления производит откол сразу всей перемычки между забоем воронки и второй обнаженной поверхностью, При этом нет потерь энергии, обусловленных разворотами части струи в сторону нарезанной щели, как при разрушении перемычки за несколько актов, нарезание щели осуществляется с увеличенным шагом отбойки и повышенной производительностью разрушения.На фиг.1 приведен график изменения вовремени давления перед струеформирующим насадком, на фиг.2, 3 и 4 - схемы разрушения горных пород в различные моменты действия отрезка струи; на фиг.5 -принципиальная схема устройства для осуществления способа,Способ осуществляется следующим образом.Создают импульсы давления, имеющие на задних фронтах всплески давления величиной Рв, Кр раэ большей давления Р в основной части импульса (фиг,1), Величину Е принимают более 1,5, длительность всплеска тв - около 10 , от длительностиосновной части импульса ь. Созданные импульсы давления подают в струеформирующий ствол, где формируются отрезки струи 1 фиг.2), имеющие в хвостовой части участки с повышенной скоростью, Сформированные отрезки струи 1 направляют наразрушаемый горный массив 2, перемещают струеформирующий ствол вдоль массива 2 со скоростью, обеспечивающей попадание очередного отрезка струи 1 на расстоянии Я (шаг отбойки) от предыдущего,большем 6,5 бо, где б - диаметр струи в начальном сечении, В этом месте струя 1давлением Р, в течение времени 1 образует воронку 3 глубиной Н, примерно равной глубине йарезаемой щели 4 (фиг.З). Образующаяся между забоемворонки 3 и ранее нарезанной щелью 4 перемычка 5 подвергается действию усилия от струи 1 и сил гидравлического клина от проникающей вматериал жидкости. В результате в ней идетинтенсивное трещинообразование, однаковследствие большой толщины, обусловленной увеличенным шагом отбойки 5, отколаперемычки 5 струей 1 давлением Ро не происходит. После этого следующий за основным участком кратковременный участок струи давлением Рв, превышающим 1,5 Ро, производит откол сразу всей ослабленной трещинами перемычки 5, и длина нарезаемой щели 4 увеличивается на величину шагаотбойки Я (фиг.4). При таком действии струи, имеющей на заднем фронте в каждом отрезке всплески давления, более чем в 1,5 раза превышающего давление в остальной частиотрезка. в 1,1 раза и более повышается произвадительность разрушения и снижается энергоемкость.Во время нарезания щелей 4 в межщелевых целиках (на схемах не показаны) под действием мощных импульсных нагрузок, 5 которые многократно повторяясь с частотой следования импульсов, вызывают усталостные явления в породе, происходит йнтенсивное трещинообразование; и они разрушаются. -:10Способ может быть осуществлен, например, с помощью двух совместно работающих гидроимпульсаторов-накопителей 6, 7(фиг.5). Гидроимпульсаторы-накопители 6, 7 включают основные 8, 9 и управляющие 15 10, 11 клапаны, поршни-накопители 12, 13, гидроаккумуляторы 14, 15 и струйные разделители 16, 17 для подключения к подводя.щей-магистрэли 18. Заседельные полости .19, 20 клапанов 8,9 соединены с общим 20 струеформирующим стволом 21, их подклапэнные полости 22, 23 - с полостями 24, 25, в которых размещены поршни-накопители 12, 13, а управляющие полости 26, 27 - с управляющими клапанами 10; 11, Клапаны 25 10, 11 имеют напорные 28, 29, сливные 30, 31 и управляющие 32, 33 полости. Управляющая полость 32 клапана 10 гидроимпульсатора-накопителя 6, предназначенного для формирования основной части импуль са, соединена с выходом струйного разделителя 16 и полостью 24. Управляющая полость 33.клапана 11 гидроимпульсаторанакопителя 7, предназначенного для формирования всплеска, соединена с выходом 35 струйного разделителя 16 с помощью линии 34. Длина . линии 34 принимается равной с Ь,где с - скорость распространения волны в ней, Длительность основной части импульса 1 о в зависимости от свойств разрушаемой 40 горной породы порядка 10-50 мс. Поршни- накопители 12, 13 образуют в своих корпусах 35, 36 полости 24, 25 с рабочими площадями соответственно Я 1 и Я 1, поло/ сти 37, 38 с рабочими площадями Я 2 и Я 2, 45 соединенные с гидроаккумуляторами 14, 15, и полости 39, 40 с рабочими площадями Яз и Яз . Полости 35 и 39 поршня-накопителя 12 соединены между собой, Полость 40 поршня-накопителя 13 соединена с управляю щим клапаном 11, величина ее рабочей площади Яз составляет(Кр) Я 1 - более 0,5 Я 1 . Полости 35, 36 и жидкостные полости гидроаккумуляторов 14, 15 соединены совспомогательной магистралью 41, давлениев которой примерно равно Р Величинадавления Р 1 в магистрали 18 на 10-15;4 превышает Ро.При работе в автоколебэтельном режйме втечение периода зарядки рабочая жидкость под давлениемР 1 из магистрали 18 через струйные разделители 16, 17 поступает в рабочие полости 24; 25 и перемещает вверх поршни-Йакопители 12, 13. Соотношение диаметров подающих насадков разделителей 16 и 17 йринимается равным О 1/0=1/(0,1 Я, что обеспечивает накопление объемов жидкости для формирования основной части импульса и всплеска в требуемом соотношении. Приэтом, когда соединены между собой соответственно полости 37 и 39, 38 и 40 поршни-накопители 12, 13 вытесняют такие же,объемы жидкости из полостей 37, 38 в гидроаккумуляторы 14, 15, которые осуществляют накопление подводимой энергии. Давление в полостях 24, 25 и соединенных с ними управляющих полостях 32, 33 примерно равно давлению Ро в магистрали 41, при котором управляющие клапаны 10, 11 находятся в нижнем положении, соединяя управляющие полости 26, 27 основных клапанов 8, 9 с напорноймагистралью 41, Благодаря этому основные клапаны 8, 9 закрыты и узолируют полости 24, 25 от ствола 21,При накоплении заданного объема жидкости на формированиеосновной асти им- пульса поршень-накопитель 12 доходит до крайнего верхнего положения и останавливается, Прекращается расход "в полость 24 через струйный разделитель 16, вследствие этого давление на выходе разделителя 16 и в полостях 24, 32 возрастает от Ро к Р 1. Повышение давления в полости 32 приводит к перемещению управляющего клапана 10 в крайнее верхнее положение. Одновременно волна повышенного давления начинает распространяться по линии 34 к полости 33, В результате переклвчения клапайа 10 управляющая полость 26 клапана 8 отсоединяется от напорной линии 41 и соединяется со сливом. Клапан 8 открывается и соединяет полость 24 со стволом 21, Поршень-накопитель 12 перемещается вниз, вытесняя из полости 24 расход, требуемой для поддержания в стволе 21 высокого давления, гидроаккумулятор 14 отдает накопленную им энергию, Так как полости 37 и 39 по-прежнему соединены между собой,то давление в полости 24 примерно равно Ро, и в стволе 21 формируется основной участок отрезка импульсной струи давлением Ро. Через время 1 о(то=/с) волна повышенного давления по линии 34 достигает управляющей полости 33 клапана 11, и давление в ней повышается. Вследствие этого управляющий клапан 11 перемещается в крайнее верхнее положение, отсоединяет управляющую полость 27 клапана 9 от напорной линии 41 и соединяет ее со сливом. В результате клапан 9 открывается и соединяет полость 25 со стволом 21. При переключении клапана 11 соедйняется также со сливом полость 40 поршня-накопителя 13, Благодаря этому поршень-накопитель 13 перемещается вниз 5 и создает в полости 25 и стволе 21 повышенное в кр раз (Мр=Я 2 /1 ) давление(без учета сил трения и подпора на сливе) - формиру-ется всплеск повышенного более чем в 1,5 раза давления на заднем фронте отрезка 10струидавлением Ро, длительность которого си=0,1 то определяется накопленным в поло-сти 25 объемом жидкости.Когда поршни-накопителя 12, 13(фиг.5) соответственно после окончания формиро вания основной частиимпульса и всплеска вытеснят накопленные объемы жидкостййз полостей 24, 25 и остановятся, вытеснейие жидкости из полостей 24, 25 прекращается и давления в них значительно падают, Пада ет давление также и в управляюХцйх"полостях 32, 33 клапанов 10, 11, под действием чего клапаны 10, 11 перемещаются в крайние нижние положения. Управляющие полости 26, 27 клапанов 8, 9 отсоединяются от слива и соединяются с найорной магистралью 41 и аккумуляторами 14, 15, В результате повышения давления в полостях 26, 27 клапаны 8, 9 закрываются и отсоединяют полостй 24, 25 от ствола 21. Вновь начинается период зарядки, процесс работы повторяется. Формула изобретения Способ струйного разрушения горных пород, включающий формированйе импульсов давления, создание отрезков струи и нарезание ими врубовых щелей с разрушением межщелевых целиков, отл ича ющ и й с я тем, что, с целью повышения производйтельности разрушения горных пород за счет увеличения шага отбойки, на заднем фронте каждого отрезка струи создают всплески давления, превышающего более чем в 1,5 раза давление в остальной части отрезка струи.Составитель В. Буг ехред М.Моргента актор Л. Веселовская Тл Корректор 3. Салк Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 аэ 2875 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5