Спосіб керування станом масиву над покинутими шахтами

Спосіб керування станом масиву над покинутими шахтами, що включає виймання вугілля та обрушення порід покрівлі, який відрізняється тим, що штучне збільшення тріщинуватості та порожності обрушених порід створюють енергією порохових газів у попередньо пробурених свердловинах з поверхні, штучну дезорієнтацію блоків порід, що обрушаються, здійснюють вибухом рідкої вибухової речовини, а закріплення порід, які ще не обрушились, здійснюють синтетичним компаундом СКАТ. (19) (21) u200712188 (22) 05.11.2007 (24) 25.01.2008 (72) КИСЕЛЬОВ МИКОЛА МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ПОНОМАРЕНКО ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ, UA, КАНІН ВОЛОДИМИР ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA, ДУБРОВА НАТАЛЯ ОЛЕКСАНДРІВНА, UA (73) ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "НАУКОВОТЕХНІЧНИЙ ЦЕНТР ОХОРОНИ НАДР І СПОРУД ПРИ УКРНДМІ НАН УКРАЇНИ", UA 3 хом рідкої вибухової речовини, а закріплення порід, які ще не обрушились, здійснюють синтетичним компаундом СКАТ, чим досягається технічний результат - зменшення шкідливого впливу гірничих робіт на земну поверхню до допустимих значень. Поставлене завдання розв'язується тим, що в способі управління станом масиву над покинутими шахтами, що включає виймання вугілля та обрушення порід крівлі, відповідно до корисної моделі, штучне збільшення тріщинуватості та порожності обрушених порід створюють енергією порохових газів у попередньо пробурених свердловинах з поверхні, штучну дезорієнтацію блоків порід, що обрушаються, здійснюють вибухом рідкої вибухової речовини, а закріплення порід, які ще не обрушились, здійснюють синтетичним компаундом СКАТ. У прототипі бурять свердловини для розриву масиву та розміщення невибухових пневматичних джерел низькочастотних коливань із непогашеної гірничої виробки, розрив масиву гірських порід здійснюється нагнітанням інертного газу з агентами, котрі розклинюють, обробку масиву ведуть розчинами, що роззміцнюють та скріплюють. У способі, що заявляється, розрив масиву гірських порід здійснюється енергією порохових газів у попередньо пробурених свердловинах з поверхні, штучну дезорієнтацію блоків порід, що обрушаються, здійснюють вибухом рідкої вибухової речовини, а закріплення порід, які ще не обрушились, здійснюють синтетичним компаундом СКАТ. Спосіб оснований на новій геометрії Б. Мандельброта [4] та використанні фрактального аналізу для описання явищ та процесів у механіці гірничих порід и масивів. Гірничі породи над старими гірничими виробками складені із блоків та окремостей з різними властивостями, які представляють собою масив, що розбитий системою стохастично або підпорядковано розподілених тріщин з різними фізико-механічними властивостями над зводом обрушення. У залежності від інтенсивності напружень впливання на автомодельні (самоподібні) по структурі породи гірничого масиву при можливому утворенні провалів земної поверхні над старими гірничими виробками виникає виборчий механізм включення у роботу окремих неоднорідностей та локальних структур. Тривалі зрушення й руйнування породного масиву над покинутою шахтою є типовим лінійним термодинамічним процесом [5], який характеризується дисипативною функцією (швидкістю необоротного процесу руйнувань) та прирощенням ентропії з часом до максимального значення. В граничному випадку цей стан завершується провалом товщини порідного масиву. Цьому, теоретичною основою способу є збільшення питомої поверхні тріщин та довговічності порід масиву, створення штучної дезорієнтації його блоків при обрушенні, що веде до збільшення ентропії та, як наслідок, до самопідпору й самопідтримання подробленого масиву. Кінцевим позитивним результатом буде стійкий стан поверхні над покинутою шахтою. Порівняльний аналіз рішення, що заявляється, з прототипом дозволяє зробити висновок, що спосіб, який заявляється, відрізняється від відомого 29888 4 наступними операціями: розрив масиву гірських порід здійснюється енергією порохових газів у попередньо пробурених свердловинах з поверхні, штучну дезорієнтацію блоків порід, що обрушаються, здійснюють вибухом рідкої вибухової речовини, а закріплення порід, які ще не обрушились, здійснюють синтетичним компаундом СКАТ. Вібровплив на масив низькочастотними коливаннями, його розрив нагнітанням інертного газу з агентами, котрі розклинюють, обробка масиву розчинами, що роззміцнюють не виконується. Таким чином, спосіб, що заявляється, відповідає критерію «новизна». Спосіб управління станом масиву над покинутими шахтами здійснюють наступним чином. Геофізичними методами на гірничому відводі покинутої шахти виявляють ділянки, що потенційно небезпечні по провалам земної поверхні. Буровою установкою шляхом вибурювання на глибину Н свердловин діаметром d по контуру ділянки можливого провалоутворення з кроком х0 створюють мережу вибухових свердловин, у яких розміщують порохові заряди. Параметри мережі вибухових свердловин, порядок та інтервали вибухання зарядів в кожній окремій свердловині визначаються паспортом буро-вибухових робіт та спеціальним розрахунком, що спрямований на максимальне збільшення коефіцієнту розпушення та поверхні тріщин масиву гірських порід. Під час вибуху порохових зарядів під впливом високих тиків (до 100 МПа) та температур (до 3000°С) у масиві гірських порід відбувається розширення та формування нових тріщин. Після штучного збільшення тріщинуватості та порожності обрушених порід переходять до штучного дезорієнтування блоків порід, що обрушаються, яке здійснюють у тій самій мережі вибухових свердловин з використанням рідкої вибухової речовини. Зарядження свердловин при ведінні вибухових робіт здійснюється за патентом України на корисну модель № 24311. Особливістю даної операції є створення у масиві гірських порід хаотично розташованих блоків, їх крупних кусків й уламків, що призводить до збільшення коефіцієнту розпушення та зменшенню зсуву поверхні за рахунок самопідпору породного масиву, що підроблено. Штучна дезорієнтація блоків при їх руйнуванні дозволяє збільшити коефіцієнт розпушення в 1,5-1,9 рази. Вибір інтервалу закріплення та радіусу зміцнення гірничих порід у масиві компаундом СКАТ здійснюється по спеціальному проекту, оскільки ці параметри залежать у кожному конкретному випадку від гідрогеологічної обстановки та гірничотехнічних умов розробки. Компаунд Скат подають з земної поверхні через знов пробурені або відновлені вибухові свердловини по відомій технології хімічного зміцнення порід. Використання запропонованого способу управління станом масиву над покинутими шахтами дозволяє уникнути руйнівних форм втрати стійкості земної поверхні та повернути підроблені площі у господарський оборот. Відмітною особливістю способу є загальмований вплив тиску порохових газів та керованість процесу у заданому режимі, що дозволяє забезпечувати вибірковість розриву міцних порід по природним зонам ослаб 5 29888 лення у радіусі до 100 м від місця закладення у свердловині порохового заряду. Спосіб відрізняється простотою, високою ефективністю ті дозволяє при мінімальних затратах часу та матеріалів підвищити коефіцієнт розпушення порід майже вдвічі у зрівнянні з природним обрушенням, зменшить шкідливий вплив гірничих робіт на земну поверхню до допустимих значень. Опитна перевірка способу, що була проведена на шахті «Глибока» об'єднання «Донецьквугілля» для закріплення нестійких порідних масивів над старими гірничими виробками. Результати двох серій інструментальних спостережень за осіданням земної поверхні показали відсутність процесу зрушення, оскільки фактичні осідання реперів находились у межах точності вимірювань. Джерела інформації: 1. Пат. 2004800 РФ, МПК Е 21 С 41/18. Способ управления кровлей. / В.В. Мишин, Р.Ф. Глуховченко (Украина), Днепропетровсий горный институт им. Артема. - № 4934357/03; Заявлено 05.05.91; Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 Опубл. 15.12.93, Бюл. № 45-46, 1993. 2. Пат. 2005882 РФ, МПК Е 21 D 11/00. Способ восстановления и крепления горных выработок вблизи земной поверхности при завале вмещающими породами. / Г.Г. Штумпф, В.Е. Ануфриев, Б.И. Стрыгин (РФ), Кузбасский политехнический институт. - № 4881530/03; Заявлено 11.11.90; Опубл. 15.01.94, Бюл. № 1, 1994. 3. Пат. 1804556 СССР, МПК Е 21 С 39/00, Е 21 D 5/00. Способ разгрузки горного массива от напряжений. / В.Н. Бакулин, А.В. Бакулин (СССР). № 4741082/03; Заявлено 07.08.89; Опубл. 23.03.93, Бюл. № 11, 1993. 4. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Ин-т компьютерных исследований, 2002. - 656 с. 5. Теоретический анализ способов управления приповерхностным массивом горных пород. Е.Л. Звягильский, В.В. Назимко Сб. наук. праць Донецького національного технічного університету. Донецьк: ДонНТУ, - 2006. - випуск 110. - С. 4-17. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601