Способ предварительного ослабления массива горных пород и устройство для его осуществления

ому сти ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРВ 3 17797, кл. Е 21 С 39/00, 1970Авторское свидетельство СССРФ 842199, кл. Е 21 Г 5/00, 1978.Авторское свидетельство СССРУ 1203449, кл, С 01 Ч 1/135, 1983(54) СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОСЛНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД И УСТРСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) Изобретение относится к годелу. Цель - повышение эффектив ослабления и снижение энергоемкости. ослабляемой зоне в скважине распогают нагруэочный механизм. На опорной плите 12 установлены силовая камера 15 с поршнем 16 и генератор 17 силовых импульсов. В камеру 15 подают рабочую жидкость. Поршень 16 перемешает прижимную плйту 13. Плиты 12 и 13 создают на стенки скважины стационарное сжатие в противоположных направлениях. Усилие сжатия превышает предел прочности массива на растяжение, Генератором 17 воздействуют на массив импульсными нагрузками с частотой собственных колебаний системы нагрузочный механизм - горный массивс до разрушения массива, Изобретение щ реализует резонансный режим приложения импульсных нагрузок в сочетании со стационарной нагрузкой, 2 с.п.ф-лы, С 5 ил,Изобретение относится к областигорного дела и предназначено для снижения прочности горных пород в массивепри его отработке.Цель изобретения - повышение эффек-,тивности ослабления и снижение ееэнергоемкости,На фиг. 1 представлена технологическая схема ведения горных работ попредварительному ослаблению массивагорных пород в условиях подземнойразработки (зона ослабления в плоскости рисунка, воздействие - в плоскости, перпендикулярной рисунку); на 15фиг. 2 - технологическая схема ведения работ по предварительному ослаблению массива при вскрытии его скважиной с поверхности (эона ослабленияперпендикулярна плоскости рисунка); 20на фиг. 3 - схема процесса ослаблениямассива горных пород в окрестностивскрывающей выработки; на фиг. 4 -устройство для предварительного ослабления горного массива в вскрывающей выработке (скважине); на фиг. 5 -разрез А-А на фиг, 4,Схемы включают нагрузочный механизм 1, зону 2 ослабления, массив 3,вскрывающую выработку (скважину) 4, 30откаточный 5 и вентиляционный 6 штреки, дневную поверхность 7, стенки 8скважины, трещины 9 разрыва, систему10 трещин.Устройство для реализации способавключает насосную установку 11, которая может быть .расположена вне горнойвыработки (скважины) 4, и нагрузочный механизм, содержащий опорную 2и прижимную 13 плиты, имеющие между 40собой упругую связь 14, силовую камеру 15, выполненную в виде гидроцилиндра одностороннего действия споршнем 16, размещенным на опорнойплите 12 и упирающегося своим поршнем 16 в прижимную плиту 13, генератор 17 силовых импульсов с приводным двигателем 18, закрепленные наопорной плите 12. Для обеспечения направленности перемещения двух плит 12и 13 относительно друг друга и ихвозвращения в транспортное положениеупругая связь 14 выполнена в виде цилиндрических упругих(резиновых) элементов 19 с центральными отверстиями,размещенных соосно в стаканах 20 корпусов плит 12 и 13, с пропущенными вних шпильками 21 с упорными шайбами22 и гайками 23. Кроме того, одна из плит, например 12, снабжена торцовыми фланцами 24, к которым прикреплены тяги 25 для перемещения механизма 1 по скважине 4.Способ осуществляется следующим образом.Нагрузочный механизм 1 располагают в заданной зоне 2 горного массива 3 во вскрывающей выработке (скважине) 4, соединяющей откаточный 5 и вентиляционный 6 штреки, - при работе в условиях подземной разработки месторождения, либо во вскрывающей скважине 4, соединяющей зону 2 ослабления массива 3 с дневной поверхностью 7, - при работе с поверхности.Создают устойчивый контакт механизма 1 со стенками 8 скважины 4, подвергая горный массив одновременно импульсному воздействию направленными импульсами механических колебаний к стационарному воздействию путем сжатия массива в противоположных направлениях, Сжатие осуществляют по обе стороны от скважины 4 перпендикулярно зонам 2 ослабления, при этом нагрузки сжатия превышают предел прочности пород массива на растяжение, в результате чего в стенках 8 скважины 4 образуются трещины 9 разрыва.В дальнейшем воздействие на массив импульсами механических колебаний приводит к возникновению в зоне 2 усталостных явлений, снижению сил сцепления между отдельностями породы и прорастанию трещин разрыва 9 вглубь массива 3 с образованием системы 10 радиальных и концентрических трещин.При возбуждении в массиве 3 импульсов механических колебаний формируют колебательную систему нагрузочное устройство - горный массив , в которой силовой импульс, задаваемый механизмом 1, используют только в начале единичного колебательного цикла (фаза нагрузки), а для завершения колебательного процесса - реакцию упругого восстановления деформированного указанным импульсом горного массива 3 (фаза разгрузки), Наиболее эффективным является режимпри которомчастота импульсов,возбуждаемых механизмом 1, равна частоте собственных колебаний системы нагруэочное устройство - горный массив, з 4565Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.Нагрузочный механизм 1, например,с помощью лебедки размещают в выра 5ботке (скважине) 4 в заданной зоне2 горного массива 3. После этогопостоянным потоком рабочей жидкостиот насосной установки 11 приводят вдействие силовую камеру 15, выполненную в виде гидроцилиндра одностороннего действия с поршнем 16 и размещенную на опорной плите 12, Поршнем 16, преодолевая сопротивление 15упругой связи 14, перемещает прижимную плиту 13 до контакта со стенками8 выработки (скважины) 4 и деформирует горный массив 3, создавая,колебательную систему нагрузочное устройство - горный массив. Затем, приводяв действие генератор 17 силовых импульсов с приводным двигателем 18,сообщают горному массиву 3 силовойимпульс Р, формирующий начало25единичного колебательного цикла (фазанагрузки) и создающий дополнительную деформацию массива 3. Для завершения единичного колебательного цикла в системе используют реакцию уп- ЗОругого восстановления деформированного этим импульсом массива 3 при фазеразгрузки, под действием которой поршень 16 гидроцилиндра 15 возвращается в исходное положение.При этом горному массиву 3 с помощью плит 12 и 13 передают энергию колебаний одновременно в обе стороны отвскрывающей выработки (скважины) 4 внаправлениях, перпендикулярных зонам 402 ослабления массива 3.После завершения процесса ослабления в пределах выбранной зоны 2 массива 3 приводной двигатель 18 генератора 17 силовых импульсов отключают от внешнего источника энергии,прекращают подачу рабочей жидкостиот насосной установки 11 в силовуюкамеру 15, под действием сил упругойсвязи 14 смыкают плиты 12 и 13 и перемещают механизм 1 в другую зону 2массива 3 для осуществления следующего цикла ослабления,Генератор 17 силовых импульсов сприводным двигателем 18 может иметьразличные виды исполнения:генераторагидравлических импульсов, напримергидропульсатора, связанного с силовой камерой 15, генератора механи 63ческих импульсов, например инерционного вибровозбудителя с приводным двигателем, и др.Способ и устройство позволяют повысить эффективность и снизить энергоемкость процесса ослабления горного массива за счет резонансного согласования возбудителя механических колебаний с массивом горных пород, силового воздействия в направлении, перпендикулярном зонам ослабления, и создания в ослабляемых зонах растягивающих напряжений, превьппающих предел прочности ослабляемой породы на растяжение.Использование способа и устройства позволяет снизить затраты на выемку крепких угольных пластов с помощью ослабления их из скважин, расширить область применения проходческих комплексов, создавая через опережающую скважину в монолитных крепких породах в зоне забоя систему разрывных трещин; осуществлять с помощью направленных трещин сбойку добычных скважин при подземной газификации угля; повысить отдачу нефтедобывающих, водоотливных и дегазационных скважин путем создания вокруг них системы направленных вглубь массива трещин разрыва.Формула изобретения1. Способ предварительного ослабления массива горных пород, включающий импульсное воздействие на массив направленными импульсами механических колебаний и одновременное стационарное воздействие путем сжатия массива в местах импульсного воздействия, при этом сжатие осуществляется в про- ф тивоположных направлениях, а импульсное и стационарное воздействие проводят с помощью одних и тех же нагрузочных устройств, размещенных в горных выработках, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения эффективности ослабления и снижения его энергоемкости, импульсное и стационарное воздействия на массив осуществляют в направлении, перпендикулярном ослаб,пяемым зонам массива, при этом импульсное воздействие осуществляют с частотой собственных колебаний системы нагрузочное устройство - горный массив, а стационарное воздействие проводят в начале ослабления массива нагрузками, превышающими предел проч 14565 бЗности пород массива на растяжение.г2. Устройство для предварительного ослабления массива горных пород, со" держащее насосную установку и нагруэочный механизм, включающий опорную плиту, прижимную плиту, силовую камеру и генератор силовых импульсов, при этом опорная и прижимная плиты выпол иены по форме сечения выработки и соединены меаду собой посредством упругой связи, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что плиты снабжены стаканами, силовая камера выполнена в видегидроцилиндра одностороннего действия и вместе с генератором силовыхимпульсов установлена на опорной плите, а другая связь выполнена в видецилиндрических упругих элементов сцентральными отверстиями, размещенных соосно в стаканах и закрепленных на плитах посредством шпилек.1456563 кон ставитель К. хред М.Ходанич орректор И.Му едактор А. Ворович каз 7470/ Проектная роизводственно-полиграфическое предприят жгород,тираж 4 осударств ам изобре ква, ЖВНИИПИ Г по дел 113035 Мосного к ний и Раушск Подписномитета СССРткрытийя наб., д, 4/