способ упрочнения горных пород и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ упрочнения горных пород, включающий бурение шпуров в массиве горных пород, их герметизацию, нагнетание в шпуры твердеющего раствора, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода твердеющего раствора и повышения качества упрочнения горных пород за счет блокирования распространения раствора в заданных направлениях в массиве пород, в твердеющий раствор вводят обработанный поверхностно-активными веществами ферромагнитный материал, определяют границу распространения раствора в массиве пород и блокируют его распространение за пределы данной зоны путем воздействия магнитным полем.

2. Устройство для упрочнения горных пород, включающее нагнетательную трубку с герметизатором, соединенную трубопроводами с насосной станцией, отличающееся тем, что нагнетательная трубка снабжена источниками магнитного поля, при этом трубка выполнена в виде экрана от воздействия магнитного поля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и строительству, в частности к технологии упрочнения неустойчивых пород и грунтов на шахтах, рудниках, карьерах, при сооружении фундаментов оснований.

Известен способ упрочнения пород, включающий бурение шпуров, их герметизацию, подачу в шпур твердеющих растворов и устройства для нагнетания твердеющих растворов в породный массив, включающие нагнетательную трубку с укрепленным на внешней поверхности упруго-расширяющимся герметизирующим элементом, соединительные трубопроводы и насосную станцию.

Недостаток данного способа упрочнения пород и устройства для нагнетания твердеющего раствора заключается в том, что процесс распространения твердеющего раствора неуправляемый и определяется фильтрационными свойствами пород. При однородных по трещиноватости породах раствор практически распространяется на одинаковое расстояние от шпура во всех направлениях.

Между тем на практике часто возникает необходимость в блокировании распространения твердеющего раствора в одном или нескольких направлениях.

Необходимость ограничения распространения раствора в направлении перпендикулярном продольной оси нагнетательного шпура возникает при упрочнении неустойчивых пород кровли в очистных забоях. Раствор должен поступать только в породы кровли угольного пласта. При попадании раствора в уголь затрудняется его выемка, неоправданно увеличивается расход материалов на упрочнение заданного объема пород.

Целью предлагаемого технического решения является снижение расхода твердеющего раствора и повышение качества упрочнения горных пород за счет блокирования распространения твердеющего раствора в массиве горных пород в заданном направлении.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения пород, включающему бурение шпуров в массиве горных пород, их герметизацию, подачу в шпуры твердеющего раствора, в твердеющий раствор вводят обработанный поверхностно активными веществами ферромагнитный материал, определяют границу распространения раствора в массиве пород и блокируют его распространение за пределы данной зоны путем воздействия магнитным полем.

Устройство для осуществления способа, включающее нагнетательную трубку с герметизатором, соединенную трубопроводами с насосной станцией, снабжено установленными на нагнетательной трубке источниками магнитного поля, при этом трубка выполнена в виде экрана от воздействия магнитного поля.

Предлагаемый способ упрочнения горных пород и устройство для его осуществления по сравнению с известными позволяет повысить качество работ путем направленного распространения твердеющего раствора в массиве. При этом появляется возможность управления процессом распространения раствора в заданном направлении независимо от фильтрационных свойств массива, изменяя величину воздействия магнитного поля на твердеющий раствор, обладающий магнитными свойствами.

Реализация способа возможна при применении устройства для нагнетания твердеющего раствора, снабженного установленными на нагнетательной трубке, вводимой в шпур, источниками магнитного поля. При этом нагнетательная трубка экранируется от источников магнитного поля.

В зависимости от конкретных условий применения и поставленных задач источники магнитного поля на нагнетательной трубке могут располагаться в различных направлениях и с различной плотностью по длине нагнетательной трубки, кроме того сила магнитных источников может меняться в процессе нагнетания твердеющего раствора.

Поскольку совокупность отличительных признаков неизвестна из аналогичных технических решений и обуславливает достижение новых свойств, заключающихся в повышении качества упрочнения горных пород и снижения расхода твердеющего раствора, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 - изображена принципиальная схема упрочнения горных пород над угольным пластом; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1, участок нагнетательной трубки с источниками магнитного поля.

Предложенный способ упрочнения пород осуществляется следующим образом.

Через пробуренный и загерметизированный шпур в массив неустойчивых горных пород подается твердеющий раствор, в который предварительно вводят ферромагнитный материал. На твердеющий раствор воздействуют магнитным полем, за счет чего блокируют распространение раствора в заданном направлении.

Устройство для осуществления способа состоит из насосной станции 1, соединительных трубопроводов 2, нагнетательной трубки 3 с установленным на ней герметизатором 4, которая размещена в шпуре 5. На нагнетательной трубке со стороны блокирования распространения раствора (угольного пласта 6), установлены источники магнитного поля 7.

Работа устройства заключается в следующем.

В заранее пробуренный шпур вводится нагнетательная трубка 5 с установленными на ней герметизатором 4 и источниками магнитного поля 7. При этом ее ориентируют в шпуре таким образом, чтобы источники магнитного поля располагались со стороны блокирования распространения твердеющего раствора. Герметизатор раскрепляют в шпуре и к нагнетательной трубке присоединяют соединительные трубопроводы 2, идущие от насосной станции 1. Включают привод насоса и твердеющий раствор по соединительным трубопроводам поступает к нагнетательной трубке и далее в породный массив, образуя упрочненную зону 8. В процессе распространения твердеющего раствора на него постоянно действует магнитное поле источников 7, которое препятствует проникновению раствора в направлении угольного пласта 6. Причем, этот раствор представляет собой любой известный твердеющий раствор (полимер), в который вводят мельчайшие частицы твердого магнитного материала (магнетит Fe₂O₃) с размерами зерен несколько микрометров или более крупными зернами. Эти зерна обрабатывают поверхностно активными веществами, образующими на частичках защитный слой, препятствующий их слипанию и служащий для сохранения устойчивости (невыпадение осадка) и однородности раствора. Такой раствор обладает свойством притягиваться к источнику магнитного поля, менять свою вязкость под давлением этого поля и т.д. А так как в процессе нагнетания такого твердеющего раствора в массив горных пород на него постоянно действует магнитное поле источников этого поля, расположенных на нагнетательной трубке, то в том направлении, в котором действуют эти источники магнитного поля, нагнетаемый раствор распространяется на меньшую величину, т.к. он притягивается и удерживается этими источниками от перемещения вглубь массива горных пород.

После завершения нагнетания устройство промывается и по истечении времени потери текучести твердеющего раствора нагнетательная трубка с герметизатором и источниками магнитного поля извлекается из шпура.

Аналогично производится нагнетание твердеющего раствора и через следующий шпур.

Предложенный способ упрочнения пород и устройство для его осуществления обладает техническими преимуществами перед прототипом. Обеспечивается исключение попадания твердеющего раствора в угольный пласт и тем самым повышается качество упрочнения вышележащих неустойчивых пород, примерно на 15-20% снижается расход материалов. Благодаря блокированию попадания твердеющего раствора в угольный пласт не повышаются трудоемкость и затраты на его выемку при добыче.