Спосіб проведення гірничої виробки

Винахід відноситься до гірничої справи і може бути використаний при проведенні горизонтальних і похилих гірничих виробок у слабких і середньостійких породах. Відомі способи проведення гірничих виробок, що передбачають висадження камуфлетних зарядів у свердловинах, пробурених паралельно осі гірничої виробки, з метою утворення на 15-20м спереду гірничої виробки уздовж її траси кільцевої піддатливої зони [А.с. СССР №817253, М.Кл. Е21С37/00, Е21Д9/00, 1981р.] чи зони циліндричної форми, усередині якої породи роздроблені і розвантажені від напруження [А.с. СССР №794222, М.Кл. Е21Д9/00, 1981р.]. Недоліком цих способів є неможливість їхнього застосування в слабких і середньостійких породах, оскільки роздроблені камуфлетними вибухами породи будуть схильні до інтенсивного обвалення. Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб проведення гірничої виробки, у якому, з метою підвищення її стійкості, підривають камуфлетні заряди на частині контуру виробки в два етапи, створюючи спочатку глибинну зону руйнування порід, а потім - біля контуру виробки [А.с. СССР №1023099, М.Кл. Е21Д13/02, 1983(прототип)]. Недоліком цього способу є обмежена можливість створення навколо гірничої виробки розвантаженої зони заданої форми через повторний вплив вибухів зарядів біля контуру виробки, відсутність взаємного зв'язку в часі і просторі вибухів у вибої і навколо виробки, що може привести до значного зниження її стійкості. Крім того, у даному способі не розглянута проблема розвантаження порід перед вибоєм виробки з метою підвищення ефективності руйнування гірничих порід вибухом, а також забезпечення стійкості призабійного кріплення. Технічна задача винаходу - створення способу проведення гірничої виробки, в якому нова послідовність виконання операцій по вибуховому розвантаженню порід за контуром виробки, а також створення заданої форми зони розвантаження, дозволяє підвищити вантажонесучу здатність кріплення, усунути ушкодження і вибивку кріплення при вибуху шп урів у вибої, знизити навантаження на кріплення і забезпечити повну стійкість виробки, що в сумі знижує вартість проходки, кріплення і підтримки гірничої виробки. Поставлена задача досягається тим, що при проведенні гірничої виробки, що включає установку кріплення, буріння і висадження шпурів у вибої і по контуру гірничої виробки, відповідно до винаходу, спочатку під захистом піддатливого кріплення підривають заряди розпушування в боках і покрівлі виробки, потім підривають похилі шпури з камуфлетними зарядами під вибоєм виробки, після чого роблять вибухове руйнування порід у вибої виробки, при цьому бурять шпури перемінної довжини, підривають у них заряди (ВВ) вибухови х речовин і створюють навколо виробки овальну зону розвантаження, витягнуту по напрямку максимального напруження, що діє в недоторканому гірському масиві, з ексцентриситетом, задовольняючим нерівності: (1 - l - s К / Р) /(2l )ü ï Р К ý £ е £ (s сж / Р - l + 1) /(2l ) 2(sБ / Р - 1+ l )-1 ï сж þ де l - коефіцієнт бічного розпору масиву гірських порід; s К , sК , sБ - межа міцності на одноосьове розтягання (р) чи стиск (сж) масиву гірських порід у покрівлі (к) Р сж сж чи боках (б) виробки. Па; Р - максимальне напруження недоторканого масиву гірських порід. Па; е - ексцентриситет еліптичної зони розвантаження навколо виробки e = hP /( 2aP ) , hP - висота зони розвантаження, м. aP - половина ширини зони розвантаження, м; Доцільно виробки проходити перетином у проходці, більшим її проектного контуру на величину зміщень порід після вибуху зарядів навколо виробки, що визначають по формулі: 2 2 2 U = (K P - 1) × (rL - r0 ) /(2r0 ) ; де KP - середній коефіцієнт розпушення порід при вибуховому розвантаженню; r0 - проектний радіус перетину виробки в проходці, м; rL - радіус границі зони розвантаження навколо виробки, м. Саме заявлена послідовність виконання технологічних операцій по вибуховому розвантаженню порід, - коли спочатку під захистом піддатливого кріплення підривають заряди розпушування в боках і покрівлі виробки, а потім підривають похилі шпури з камуфлетними зарядами під вибоєм виробки, після чого роблять виїмку гірської маси, підриваючи заряди викиду у вибої, при цьому навколо виробки утворюють овальну зону розвантаження, витягнуту по напрямку максимального напруження, діючого у недоторканому гірському масиві, з ексцентриситетом, задовольняючим вищенаведеним нерівностям, а виробки проходять перетином, більшим її проектного контуру на величину зміщень порід після вибуху зарядів навколо виробки, радіальний компонент яких визначають по формулі, що рекомендується, -вирішує поставлену технічн у задачу. Порівняння способу, що заявляється, із прототипом дозволило встановити відповідність запропонованих технічних рішень критерію "новизна". При вивченні інших відомих технічних рішень у даній області техніки, ознаки, що відрізняють винахід, що заявляється, від прототипу, були виявлені, і тому вони забезпечують способу, що заявляється, відповідність критерію "істотні відмінності". Приклад здійснення способу представлений на кресленнях, де фіг.1 представляє поздовжній розріз виробки з зонами розвантаження, фіг.2 - перетин по А-А (до розвантажувальних вибухів) і по В-В (після вибухового розвантаження) відповідно ліворуч і праворуч від осі симетрії виробки. Спосіб здійснюють в таким чином. При проведенні виробки під час буріння шпурів ї по вибою 2 бурять похилі шпури 3 для камуфлетны х зарядів під вибоєм виробки, радіальні шпури 4 і 5 у покрівлю і в боки виробки. При заряджанні в шпури І закладають заряди викиду, у шп ури 3 - камуфлетні заряди, а в шпури 4 і 5 - заряди розпушування. Між породним контуром 6 виробки і піддатливим кріпленням 7 залишають зазор 8, для чого виробки проходять перетином, що перевищує проектний контур на величину зміщень, очікуваних від вибухів зарядів розпушування в шпурах 4 і 5. Спершу під захистом піддатливого кріплення, розклиненого в 2-3 місцях контуру піддатливою розклинкою 9, підривають заряди розпушування в шпурах 4 і 5, розміщених у покрівлі і боках виробки. При цьому контур 6 виробки у результаті розпушення порід зміститься убік піддатливого кріплення 7 і зазор 8 заповниться породою, що вступить в щільний контакт із піддатливим кріпленням 7. Границя 10 зони розвантаження в покрівлі і боках виробки переміститься убік вибою 2 і стане як би його продовженням, обмежуючи торцеву частину виробки від масиву. Таким чином, ефективна площа вибою 2 за рахунок зони розвантаження значно збільшується (у 2-4 рази). Це помітно поліпшує ефективність камуфлетного вибуху шп урів 3 під вибоєм 2 і вибухове р уйнування порід шпурами 1 у вибої виробки, тому що коефіцієнт затиску порід зменшується, а зона деформацій, що розтягнута, зростає в 1,5-2 рази перед вибоєм 2, де найбільше ефективно відбувається відрив порід при вибуху, завдяки збільшеній ефективній площі вибою. Далі підривають камуфлетні заряди у похилих шп урах 3 під вибоєм 2 виробки, створюючи в породах зону інтенсивної тріщинуватості, що усуває діючі там напруження. Тим самим відсувають границю зони деформацій розтягання перед вибоєм 2 ще далі в масив, що створює найбільш вигідні умови для роботи зарядів викиду в шпура х 1 у вибої 2. По-цьому в останню чергу підривають заряди в шпурах І по вибою, що працюють при зменшеному затиску порід в області, що розтягнута деформаціями розтягу перед вибоєм. Це максимально підвищує коефіцієнт використання шпурів 1, поліпшує ступінь дробимості порід і точність контуру виробки. Оскільки піддатливе кріплення 7 ввійшло в повний контакт із розвантаженими породами, (зазор 8 відсутній), воно стала цілком стійким і добре протистоїть динамічному впливу вибуху зарядів у шп урах 1, чим усувається таке негативне явище, як ушкодження і винос кріплення вибухом. Вибухове розвантаження порід навколо виробки виконують висадженням зарядів у шпура х 3, 4 і 5 перемінної довжини так, щоб границя розвантаженої зони навколо виробки придбала овальну форму з ексцентриситетом, що задовольняє нерівностям: (1 - l - s К / Р) /(2l )ü ï Р К ý £ е £ (s сж / Р - l + 1) /(2l ) Б -1 2(sсж / Р - 1+ l ) ï þ ; де l - коефіцієнт бічного розпору масиву гірських порід; s К , sК , sБ - межа міцності на одноосьове розтягання (р) чи стиск (сж) масиву гірських порід у покрівлі (к) Р сж сж чи боках (б) виробки, Па; Р - максимальна напруга недоторканого масиву гірських порід, Па; е - ексцентриситет еліптичної зони розвантаження навколо виробки e = hP /( 2aP ) , hP - висота зони розвантаження, м. aP - половина ширини зони розвантаження, м. Ліва верхня нерівність вимагає виключення можливості руйнування порід у покрівлі від розтягуючи х напружень (при малих значеннях l ), а ліве нижнє - обмежує розмір зони розвантаження з умови забезпечення Б міцності порід s сж у боках виробки при концентрації стискаючих напружень. Права нерівність виражає умову міцності масиву порід у покрівлі на одноосьовий стиск. З метою зменшення необхідної піддатливості кріплення і забезпечення її надійної роботи, перетин виробки в проходці виконують за допомогою паспорту БВР більшим від її проектного перетину на величину очікуваних переміщень порід після вибуху в шпура х 4 і 5 навколо виробки, для чого переміщення визначають по формулі: 2 2 2 U = (K P - 1) × (rL - r0 ) /(2r0 ) ; де KP - середній коефіцієнт розпушення порід від камуфлетного вибуху; rL - границя зони розвантаження навколо виробки, м. Після висадження, провітрювання і збирання породи встановлюють кріплення 7 із зазорами 8, що відповідають очікуваним переміщенням, розклинюючи її піддатливою розклинкою 9 (наприклад, виконаною з дошки, пористого керамзитобетону і т.п.). Оскільки закріпний простір надалі повинен заповнитись розпушеною породою, його забутівку не роблять. При розвитку гірського тиску розвантажена зона навколо виробки виконує роль піддатливого і несучого елемента в системі "кріплення - зона розвантаження - масив". Несуча здатність кріплення 7 у результаті повного контакту з розпушеною породою значно (у 1,5-2,5 рази) підвищується. Стійкість виробки усередині зони розвантаження, що сприймає велику частину переміщень і радіальних навантажень від навколишнього масиву (тобто виконує роль піддатливого і несучого елемента), помітно підвищується. При необхідності в складних гірничо-геологічних умовах зону розвантаження зміцнюють за допомогою глибинного ін'єкційного тампонажу, анкерного кріплення, перетворюючи її в породонесучу оболонку. Таким чином, застосування запропонованого способу проведення гірничої виробки забезпечує: через зменшення коефіцієнта затиску, підвищення ефективності вибухового руйн ування порід у вибої, збільшення КИШ, зниження питомих витрат ВВ; усунення, завдяки попередньому обтисненню кріплення розпушеною вибухом породою, ушкодження і вибивки кріплення при вибуху шп урів у вибої; зменшення витрат праці і часу на забутівку закріпного простору в результаті вибухового розпушування порід навколо виробки; підвищення вантажонесучої здатності кріплення в умовах її роботи в щільному контакті с розпушеною породою, зменшення необхідної піддатливості кріплення через створення початкового зазору 8 і виконання цієї ролі породою в зоні розвантаження; зниження навантаження на кріплення і забезпечення повної стійкості виробки за рахунок усунення процесів руйнування порід на кордонах зони розвантаження завдяки вибору раціональної її форми.