Способ предварительного ослабления массива горных пород и устройство для его осуществления

Способ предварительного ослабления массива горных пород и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение эффективности ослабления и снижение энергоемкости. В ослабляемой зоне в скважине располагают нагрузочный 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 перемещает прижимную плиту 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 массив до разрушения массива. Изобретение реализует резонансный режим приложения импульсных нагрузок в сочетании со стационарной нагрузкой. 2 с.п.ф-лы 5 ил. кепешн 1у ucmofHUKy знерваи (Л с 4 СП сь ел о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4255452/23-03 (22) 02.06,87 (46) 07.02,89.Бюл . № 5 (71) Институт горного дела им. А.А.Скочинского (72) Н.Ф.Кусов, И.К.Доронин, А.С.Панин, Ю.А,Никитин, Н.И.Корзубов и

И.П.Богданов (53) 622.283(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 3 17797, кл. Е 21 С 39/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР

¹ 842199, кл. Е 21 F 5/00, 1978.

Авторское Lâèäåòåëüñòâo СССР

¹- 1203449, кл. С 01 V 1/135, 1983. (54) СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОСЛАБЛЕНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) Изобретение относится к горному делу. Цель — повышение эффективности (51) 4 Е 21 С 39/00 //Е 21 F 5/00 ослабления и снижение энергоемкости.

В ослабляемой зоне в скважине располагают 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 L частотой собственных колебаний системы нагрузочный механизм — горный массив до разрушения массива. Изобретение реализует резонансный режим приложения импульсных нагрузок в сочетании со стационарной нагрузкой. 2 с.п.ф-лы, 5 ил, 1. 1456563 2

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для снижения прочности горных пород в массиве при его отработке.

Цель изобретения — повышение эффек-, тивности ослабления и снижение ее энергоемкости.

На фиг. 1 представлена технологическая схема ведения горных работ по предварительному ослаблению массива горных пород в условиях подземной разработки (зона ослабления в плоскости рисунка, воздействие — в плоскости, перпендикулярной рисунку); на 15 фиг. 2 — технологическая схема ведения работ по предварительному ослаблению массива при вскрытии его скважиной с поверхности (эона ослабления перпендикулярна плоскости рисунка); 20 на фиг. 3 — схема процесса ослабления массива горных пород в окрестности вскрывающей выработки; на фиг. 4— устройство для предварительного ослабления горного массива в вскрываю- 25 щей 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, 30 откаточный 5 и вентиляционный 6 штреки, дневную поверхность 7, стенки 8 скважины, трещины 9 разрыва, систему

10 трещин.

Устройство для реализации способа включает насосную установку 11, которая может быть .расположена вне горной выработки (скважины) 4, и нагрузочный механизм, содержащий опорную 12 и прижимную 13 плиты, имеющие между 40 собой упругую связь 14, силовую камеру 15, выполненную в виде гидроцилиндра одностороннего действия с поршнем 16, размещенным на опорной плите 12 и упирающегося своим пор- 45 шнем 16 в прижимную плиту 13, генератор 17 силовых импульсов с приводным двигателем 18, закрепленные на опорной плите 12. Для обеспечения направленности перемещения двух плит 12 и 13 относительно друг друга и их возвращения в транспортное положение упругая 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 в них шпильками 21 с упорными шайбами

22 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 режим,,при котором ° частота импульсов,возбуждаемых механизмом 1, равна частоте собственных колебаний системы нагруэочное устройство — горный массив, 3 !4565

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

Нагрузочный механизм 1, например, с помощью лебедки размещают в выра5 ботке (скважине) 4 в заданной зоне

2 горного массива 3. После этого постоянным потоком рабочей жидкости от насосной установки 11 приводят в действие силовую камеру 15, выполненную в виде гидроцилиндра одностороннего действия с поршнем 16 и размещенную на опорной плите 12. Поршнем 16, преодолевая сопротивление упругой связи 14, перемещает прижимную плиту 13 до контакта со стенками

8 выработки (скважины) 4 и деформирует горный массив 3, создавая,колебательную систему нагрузочное устрой- 20 ство — горный массив. Затем, приводя в действие генератор 17 силовых импульсов с приводным двигателем 18, сообщают горному массиву 3 силовой импульс P(t), формирующий начало 25 единичного колебательного цикла (фаза:нагрузки) и создающий дополнительную деформацию массива 3. Для завершения единичного колебательного цикла в системе используют реакцию уп- 30 ругого восстановления деформированного этим импульсом массива 3 при фазе разгрузки, 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 от вскрывающей выработки (скважины) 4 в направлениях, перпендикулярных зонам 40

2 ослабления массива 3.

После завершения процесса ослабления в пределах выбранной зоны 2 массива 3 приводной двигатель 18 генератора 17 силовых импульсов отключа- 45 ют от внешнего источника энергии, прекращают подачу рабочей жидкости от насосной установки 11 в силовую камеру 15, под действием сил упругой связи 14 смыкают плиты 12 и 13 и перемещают механизм 1 в другую зону 2 массива 3 для осуществления следующего цикла ослабления.

Генератор 17 силовых импульсов с приводным двигателем 18 может иметь различные виды исполнения:генератора гидравлических импульсов, например гидропульсатора, связанного с силовой камерой 15, генератора механи63 ческих импульсов, например инерционного вибровозбудителя с приводным двигателем, и др.

Способ и устройство позволяют повысить эффективность и снизить энергоемкость процесса ослабления горного массива sa 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 изобретения

1. 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 противоположных направлениях, а импульсное и стационарное воздействие проводят с помощью одних и тех же нагрузочных устройств, размещенных в горных выработках, отличающийся 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 проч1456563 ности пород массива на растя жение.

2. 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->р иены по форме сечения выработки и соединены мелду собой посредством упругой связи, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что плиты снабжены стаканами, силовая камера выполнена в виде гидроцилиндра одностороннего действия и вместе с генератором силовых импульсов установлена на опорной плите, а другая связь выполнена в виде цилиндрических упругих элементов с центральными отверстиями, размещенных соосно в стаканах и закрепленных на плитах посредством шпилек.

1456563

1456563

g3gg. 5

Составитель К. Лыков

Редактор А. Ворович Техред М.Ходанич Корректор И.Иуска а

Заказ 7470/27 Тираж .449. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4