способ предотвращения пучения пород почвы в выработках

Формула изобретения

Способ предотвращения пучения пород почвы в выработках, включающий бурение разгрузочных скважин и образование зоны разрушения за счет камуфлетного взрыва зарядов, располагаемых в торцевой части скважин, отличающийся тем, что в зоне бурения скважин предварительно определяют напряженное состояние массива с учетом глубины разработки и зависимость массы заряда в напряженно-деформированном массиве от глубины ведения горных работ, а массу заряда в скважинах устанавливают из следующей зависимости

m_скв k_отр m(н),

где К_отр 0,5 коэффициент, учитывающий процесс отражения импульсных волн напряжений от границ раздела пласта и вмещающих пород;

m(н) масса зарядов в напряженно-деформированном массиве на глубине ведения горных работ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предотвращения пучения пород почвы горных выработок, проводимых по пласту.

Известен способ предотвращения пучения пород почвы в выработках, который включает бурение основных и дополнительных скважин меньшей длины. После камуфлетного взрыва основных и дополнительных скважин в горном массиве образуются полости, разрушения, между которыми остается охранный целик повышенной несущей способности (Авт. св. СССР N 1395833, кл. Е 21 D 11/14).

Недостатком известного способа является то, что после взрывания зарядов основных и дополнительных скважин между зонами разрушения остается целик повышенной несущей способности. В области целика концентрируются напряжения, величины которых равны ^m_y^ax= K_oH, что не всегда позволяет предотвратить пучение почвы, особенно состоящей из пород низкой прочности. Предотвращение пучения почвы связано в этом случае с дополнительными затратами труда.

Известен также способ предотвращения пучения почвы горных выработок, взятый в качестве прототипа, включающий бурение по пласту основных и дополнительных скважин, образование зоны пониженных напряжений за счет разрушения угольного массива камуфлетным взрывом зарядов, расположенных в торцовой части разгрузочных скважин, при этом длину основных скважин выбирают из следующей зависимости , а длину дополнительных скважин выбирают равной длине забойки основной скважины, что исключает при взрывании зарядов в основных и дополнительных скважинах образование охранного целика повышенной несущей способности (авт. св. N 1691527 от 16.08.89).

Недостатком известного способа является то, что масса зарядов определялась без учета изменения напряженно-деформированного состояния массива в зависимости от глубины ведения горных работ. В связи с этим бурили дополнительные шпуры и взрывали их заряды, что обеспечивало разрушение угольного целика, остающегося между основными скважинами.

В связи с бурением дополнительных скважин затраты труда на бурение возрастают почти в 1,5 раза.

Целью предложенного способа является снижение затрат труда на бурение разгрузочных скважин.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе предотвращения пучения почвы, включающем бурение по пласту разгрузочных скважин, образование зон пониженных напряжений за счет камуфлетного взрыва зарядов, расположенных в торцовой части скважин, в зоне бурения скважин определяют напряженное состояние массива с учетом глубины разработки, а массу заряду в скважинах устанавливают из следующей зависимости:

m_скв K_отрm_(н)

Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет сократить затраты труда на бурение разгрузочных скважин путем отказа от бурения дополнительных скважин.

Достигается это тем, что в известном способе, принятом в качестве прототипа, не более чем через 1,2 м (исходя из ПБ), бурились основные скважины, длины которых выбирались из зависимости , а между ними дополнительные, длина которых принималась равной длине забойки основных скважин. Величину заряда в скважинах брали исходя из "Руководства по ведению буровзрывных работ".

В предложенном же способе бурятся только основные скважины через 1 м каждая. Масса заряда в скважинах выбирается из зависимости:

M_скв K_отрm_(н)

где K_отр 0,6 коэффициент, учитывающий процесс отражения импульсных волн напряжений от грани раздела пласта и вмещающих пород;

m_(н) масса заряда в напряженно-деформированном массиве, определяемая от глубины ведения горных работ.

Построенная и реализованная в виде программного комплекса для ЭВМ методика теоретической оценки динамического разрушения угольного пласта в напряженно-деформированном массиве системой колоночных зарядов ВВ была применена для исследования разрушений в зоне между двумя идентичными одновременно подрываемыми колоночными зарядами.

Расчеты выполнялись при физико-механических параметрах, включающих вмещающие породы и угольные целики, соответствующие условиям Донбасса.

Колоночные заряды были составлены из ВВ типа Т-19 наиболее часто применяемого на буровзрывных работах в шахтах Донбасса. Глубина заложения пласта Н в расчетах варьировалась в пределах от 60 до 1400 м. Расстояние между осями колоночных зарядов колебалось в пределах от 0,4 до 4 м.

Исходя из этого были получены следующие результаты:

Разуплотнение перемычки между скважинами обеспечивается при расстоянии между ними 1 м и при массе зарядов, величина которых, в зависимости от глубины залегания пласта, приведена в таблице.

Установление массы заряда ВВ в разгрузочных скважинах в зависимости от напряженно-деформированного состояния массива обеспечивает разрушение угля и вытеснение небольшой его части в область выработки. Это способствует образованию с обеих сторон выработки полостей, заполненных разрушенным углем, перемещению повышенных напряжений вглубь породного массива и за счет устранения дополнительных шпуров снижению трудоемкости способа.

Предлагаемый способ предотвращения пучения почвы горных выработок по сравнению с прототипом снижает затраты на бурение разгрузочных скважин, а следовательно, снижает и трудоемкость работ, связанных с поддержанием выработок.

Таким образом, отличительные признаки, приведенные в отличительной части формулы изобретения, обуславливают предложенному способу предотвращения пучения почвы выработки новые свойства по сравнению с известными решениями и, следовательно, эти признаки соответствуют критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображена схема расположения разгрузочных скважин для образования разгрузочной полости с обеих сторон выработки, примыкающей при отработке выемочного участка к выработанному пространству лавы, вид в плане; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Для подготовки и отработки обратным порядком выемочного участка лавы 1 первоначально на всю его протяженность проводят вентиляционный 2 и конвейерный 3 штреки, которые крепят металлической податливой крепью 4 постоянного сопротивления. Одновременно с проведением конвейерного штрека 3 с обеих его сторон для образования разгрузочной полости 5 бурят скважины 6, заряды которых взрывают совместно с зарядами забоя штрека. При продвигании очистного забоя лавы 1 в результате образования полости 5, выполненной разрушенным углем, с обеих сторон выработки опорное давление K_o= ^m_y^ax/H перемещается вглубь угольного массива, что создает зону пониженных напряжений со стороны угольного массива. Со стороны выработанного пространства выработок поддерживается жесткими или податливыми ограждающими средствами 7. Следовательно, как в целике, так и за лавой выработка (штрек) 3 оказывается в зоне пониженных напряжений с двух сторон, что предотвращает вытеснение (пучение) пород почвы в выработках.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет за счет совокупности отличительных признаков предотвратить пучение почвы в выработках, значительно сократив при этом затраты труда.

Пример. Необходимо определить массу заряда в разгрузочных скважинах, которые бурятся на глубине 1000 м.

Решение. Массу заряда в напряженно-деформированном массиве m_(н) - берем из таблицы. m_(н) 7,5 кг.

Тогда масса заряда в разгрузочной скважине на глубине 1000 м будет равна:

m_скв 0,5 7,5 3,75 кг

Предлагаемый способ позволяет в шахтных условиях по сравнению с прототипом снизить затраты труда на бурение разгрузочных скважин.