RU2074321C1 - Method for preventing rock ground in workings from heaving - Google Patents

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: method includes drilling discharge wells over the formation, forming zones of lower stress due to camouflet explosion of charges placed in well face part. Stress state is determined in zone of well drilling. EFFECT: preventing rock ground from heaving. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предотвращения пучения пород почвы горных выработок, проводимых по пласту. The invention relates to the mining industry and can be used to prevent heaving of soil rocks of mine workings carried out in the reservoir.

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). A known method of preventing heaving of soil rocks in the workings, which includes drilling the main and additional wells of shorter length. After a camouflage explosion of the main and additional wells in the mountain massif, cavities are formed, destruction, between which remains a guard pillar of increased bearing capacity (Aut. St. USSR N 1395833, class E 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 σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{max}}{\text{y}}$ = K_oγH, что не всегда позволяет предотвратить пучение почвы, особенно состоящей из пород низкой прочности. Предотвращение пучения почвы связано в этом случае с дополнительными затратами труда.The disadvantage of this method is that after the blasting of the charges of the main and additional wells between the zones of destruction remains the whole of increased bearing capacity. In the region of the pillar, stresses are concentrated whose values are equal to σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{max}}{\text{y}}$ = K _o γH, which does not always prevent the swelling of the soil, especially consisting of rocks of low strength. Prevention of soil heaving is associated in this case with additional labor costs.

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).There is also known a method of preventing soil heaving of mine workings, taken as a prototype, including drilling the main and additional wells in the formation, forming a zone of low stress due to the destruction of the coal mass by a camouflage explosion of charges located in the end part of the discharge wells, the length of the main wells being selected from next dependency

and the length of the additional wells is chosen equal to the stemming length of the main well, which excludes the formation of a security pillar of increased bearing capacity when blasting charges in the main and additional wells (ed. St. N 1691527 of 08.16.89).

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. The disadvantage of this method is that the mass of charges was determined without taking into account changes in the stress-strain state of the array depending on the depth of mining. In this regard, additional holes were drilled and their charges exploded, which ensured the destruction of the coal pillar remaining between the main wells.

В связи с бурением дополнительных скважин затраты труда на бурение возрастают почти в 1,5 раза. In connection with the drilling of additional wells, labor costs for drilling increase by almost 1.5 times.

Целью предложенного способа является снижение затрат труда на бурение разгрузочных скважин. The aim of the proposed method is to reduce labor costs for drilling unloading wells.

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_отр•m_(н)
Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет сократить затраты труда на бурение разгрузочных скважин путем отказа от бурения дополнительных скважин.This goal is achieved by the fact that in the proposed method of preventing soil heaving, including drilling unloading wells in the formation, the formation of low stress zones due to camouflage explosion of charges located in the end part of the wells, the stress state of the array is determined in the drilling zone, taking into account the depth of development, and the mass of the charge in the wells is determined from the following relationship:
m _SLE K _neg • m _(n)
The proposed method in comparison with the prototype can reduce labor costs for drilling unloading wells by refusing to drill additional wells.

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".This is achieved by the fact that in the known method adopted as a prototype, after no more than 1.2 m (based on PB), the main wells were drilled, the lengths of which were selected from the dependence

, and between them additional ones, the length of which was taken equal to the length of the stemming of the main wells. The amount of charge in the wells was taken on the basis of the "Guide to conducting blasting operations."

В предложенном же способе бурятся только основные скважины через 1 м каждая. Масса заряда в скважинах выбирается из зависимости:
M_скв K_отр•m_(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.In the proposed method, only the main wells are drilled after 1 m each. The charge mass in the wells is selected from the dependence:
M _SLE K _neg • m _(n)
where K _OTR 0.6 coefficient taking into account the process of reflection of pulsed stress waves from the interface between the reservoir and the host rocks;
m _(n) mass of charge in a stress-strain array, determined from the depth of mining.

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. The method of theoretical estimation of dynamic fracture of a coal seam in a stress-strain array constructed by a system of explosive core charges was constructed and implemented as a computer software package and was used to study fractures in the zone between two identical columnar charges that are simultaneously undermined.

Расчеты выполнялись при физико-механических параметрах, включающих вмещающие породы и угольные целики, соответствующие условиям Донбасса. The calculations were performed with physicomechanical parameters, including the host rocks and coal pillars, corresponding to the conditions of the Donbass.

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. Column charges were composed of T-19 type explosives most commonly used in blasting operations in the mines of Donbass. The depth of the formation N in the calculations ranged from 60 to 1400 m. The distance between the axes of the column charges ranged from 0.4 to 4 m.

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.Based on this, the following results were obtained:
The decompression of the bridge between the wells is provided at a distance of 1 m between them and with a mass of charges, the magnitude of which, depending on the depth of the formation, is shown in the table.

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. Establishing the mass of explosive charge in discharge wells depending on the stress-strain state of the array ensures the destruction of coal and the displacement of a small part of it into the production area. This contributes to the formation on both sides of the development of cavities filled with destroyed coal, the movement of increased stresses deep into the rock mass and by eliminating additional holes to reduce the complexity of the method.

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. The proposed method of preventing heaving of the soil of mine openings in comparison with the prototype reduces the cost of drilling unloading wells, and therefore reduces the complexity of the work associated with maintaining the workings.

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". Thus, the distinguishing features shown in the characterizing part of the claims of the invention determine the proposed method for preventing soil heaving from producing new properties compared to known solutions and, therefore, these characteristics meet the criterion of "significant differences".

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. Figure 1 shows the layout of the discharge wells for the formation of the discharge cavity on both sides of the excavation adjacent to the mined out space of the lava during mining of the excavation, plan view; figure 2 section aa in figure 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= σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{max}}{\text{y}}$ /γH 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.To prepare and work out the excavation section of the lava 1 in the reverse order, initially, ventilation 2 and conveyor 3 drifts are carried out over its entire length, which are fixed with a ductile metal support 4 of constant resistance. Simultaneously with the conveyor drift 3 from both sides, for the formation of the discharge cavity 5, wells 6 are drilled, the charges of which explode together with the charges of the bottom of the drift. With the advancement of the face of the lava 1 as a result of the formation of the cavity 5, made of destroyed coal, on both sides of the working support pressure K _o = σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{max}}{\text{y}}$ / γH moves deep into the coal mass, which creates a zone of reduced stresses from the side of the coal mass. From the side of the worked-out space, the workings are supported by rigid or pliable enclosing means 7. Therefore, both in the whole and behind the lava, the working (drift) 3 is in the zone of low stress on both sides, which prevents the displacement (swelling) of soil rocks in the workings.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет за счет совокупности отличительных признаков предотвратить пучение почвы в выработках, значительно сократив при этом затраты труда. The proposed method in comparison with the prototype allows due to the combination of distinctive features to prevent the accumulation of soil in the workings, significantly reducing labor costs.

Пример. Необходимо определить массу заряда в разгрузочных скважинах, которые бурятся на глубине 1000 м. Example. It is necessary to determine the mass of charge in discharge wells that are drilled at a depth of 1000 m.

Решение. Массу заряда в напряженно-деформированном массиве m_(н) - берем из таблицы. m_(н) 7,5 кг.Decision. The mass of the charge in the stress-strain array m _(n) - we take from the table. m _(n) 7.5 kg

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.Then the mass of charge in the discharge well at a depth of 1000 m will be equal to:
m _SLE 0.5 7.5 3.75 kg
The proposed method allows in mine conditions compared with the prototype to reduce labor costs for drilling unloading wells.

Claims (1)

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_с к в k_о т р • m(н),
где К_о т р 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.A method of preventing heaving of soil rocks in workings, including drilling unloading wells and the formation of a fracture zone due to a camouflage explosion of charges located at the end of the wells, characterized in that the stress state of the array is preliminarily determined in the drilling zone taking into account the depth of development and the dependence of the charge mass in stress-strain array on the depth of mining, and the mass of charge in the wells is determined from the following relationship
m _{with k in a} k _{p m} • m (n)
where K _{about t r} 0,5 coefficient taking into account the process of reflection of pulsed stress waves from the interface between the reservoir and the host rocks;
m (n) mass of charges in a stress-strain array at a depth of mining.

Images