Спосіб руйнування гірських порід

Реферат: Винахід належить до гірничої справи й може бути використаний для відділення блоків порід від масиву, безвибухового руйнування гірських порід при веденні гірничих робіт відкритим і підземним способом. Спосіб включає буріння в гірських породах шпурів, розміщення в шпурах невибухового руйнуючого складу, що збільшує свій обсяг при гідратації, і примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації, при цьому примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації здійснюють шляхом пропускання через розчин невибухового руйнуючого складу електричного струму з напругою 10-120 В, при цьому ініціацію шпурів із невибуховим руйнуючим складом проводять відповідно до необхідного порядку руйнування порід. Реалізація пропонованого способу руйнування гірських порід дозволяє управляти швидкістю реакції гідратації і росту структурних новоутворень у невибуховому руйнуючому складі, що приводить до скорочення часу руйнування й підвищує ефективність використання запропонованого способу в умовах підземних гірничих виробок. UA 100780 C2 (12) UA 100780 C2 UA 100780 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний для відділення блоків порід від масиву, безвибухового руйнування гірських порід при веденні гірничих робіт відкритим і підземним способом. Відомий спосіб руйнування твердих скельних порід (UA 58301. МПК 6 Е21С37/18, F 42D3/04 опубл. 15.07.2003 p.), який включає розміщення в шпурі заряду низькочутливого енергетичного матеріалу екзотермічної суміші на основі окислювача й пального, що підпалюють електричним зарядом, при цьому підпалювання здійснюють електричним зарядом із заданим уповільненням, тривалість електричного розряду регулюється в діапазоні 0,05-1,5 мс, а засобом ініціації складу є поміщена в шпур відцентрована малопотужна спіраль на яку подається електричний струм. При реалізації описаного способу температура екзотермічної суміші підвищується стрибкоподібно, при цьому вона досягає високих значень, що ускладнює реалізацію способу в умовах високої газорясності та запиленості підземних гірничих виробок із міркувань безпеки робіт. Недоліками способу є складність, багатоопераційність реалізації й висока вартість. Відомий спосіб розколювання кам'яних матеріалів невибуховими руйнуючими складами, (Патент РФ № 2141563, МПК 6 Е21С37/00 опубл. 20.11.1999 p.), що включає формування порожнин, наприклад шпурів, для розміщення складу, готування робочої суміші невибухового руйнуючого складу (НРС) з водою й заповнення нею порожнин, при цьому відстань між порожнинами в ряді визначають по отриманій аналітичним шляхом формулі. Недоліком даного способу є тривалий час руйнування матеріалів, через низьку швидкість протікання реакції гідратації, що обмежує область застосування способу й не дозволяє здійснити руйнування порід у заданій черговості. Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб руйнування твердих тіл (Патент РФ № 2039252, МПК 6 Е21С37/00 опубл. 09.17.1995 p.) відповідно до якого у твердому тілі бурять шпур, поміщають у шпур невибуховий руйнуючий склад, що збільшує свій обсяг при гідратації, і здійснюють примусовий розігрів невибухового руйнуючого складу для впливу на швидкість плину реакції гідратації, при цьому невибуховий руйнуючий склад розігрівають починаючи із шару, найближчого до устя шпуру, за допомогою теплоти, яка виділяється додатково уведеним шаром екзотермічної речовини, що поміщають в устя шпуру й заливають водою. При реалізації способу найближчого аналога підвищення швидкості гідратації шляхом примусового розігріву НРС, що перебуває в гирловій частині шпуру, викликає різке некероване підвищення температури складу, що призводить до утворення пару хімічно незв'язаної води в шпурі, тиск якого приводить до мимовільного викидання матеріалу зі шпуру, що викликає вповільнення руйнування гірських порід. При реалізації способу не представляється можливим управляти черговістю руйнування порід по рядах шпурів, тому що процес гідратації НРС відбувається з однаковою швидкістю у всіх шпурах. Складність активування екзотермічного шару в горизонтальних, вертикальних шпурах і підняттєвих шпурах знижує ефективність застосування способу найближчого аналога в умовах підземних гірничих виробок. Таким чином, відомий спосіб руйнування твердих тіл не дозволяє управляти швидкістю реакції гідратації й не забезпечує якісного руйнування при підвищенні швидкості гідратації складу. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу руйнування гірських порід, у якому за рахунок нових технологічних операцій, забезпечується керування швидкістю реакції гідратації, і росту структурних новоутворень у невибуховому руйнуючому складі, що дозволяє управляти черговістю руйнування порід, приводить до скорочення часу руйнування й підвищує ефективність використання запропонованого способу в умовах підземних гірничих виробок. Поставлена задача вирішується тим, що в способі руйнування гірських порід, що включає буріння в гірських породах шпурів, розміщення в шпурах невибухового руйнуючого складу, що збільшує свій обсяг при гідратації, і примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації, відповідно до винаходу, примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації здійснюють шляхом пропускання через розчин невибухового руйнуючого складу електричного струму з напругою 10-120 В, при цьому ініціацію шпурів із невибуховим руйнуючим складом проводять відповідно до необхідного порядку руйнування порід. Примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації шляхом пропускання через розчин невибухового руйнуючого складу електричного струму дозволяє управляти швидкістю гідратації зі збереженням температурного поля матеріалу в необхідному діапазоні, що забезпечує підвищення тиску на стінки шпуру, вміщуючого розчин НРС за рахунок росту структурних новоутворень у складі, при цьому запобігаючи утворенню паро-газоподібної фази розчину, що виключає мимовільний викид НРС зі шпурів і приводить до скорочення часу руйнування гірських порід. 1 UA 100780 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Зміна електричної напруги в діапазоні 10-120 В дозволяє регулювати швидкість протікання гідратації НРС, що дає можливість проводити ініціацію шпурів із НРС відповідно до необхідного порядку руйнування порід і відповідно управляти черговістю їхнього руйнування. Зниження електричної напруги менш 10 В не дозволяє прискорити швидкість гідратації матеріалу, а підвищення напруги більше 120 В приводить до стрибкоподібного росту швидкості гідратації й викликає підвищення температури розчину більше 100 °С, що приводить до викиду НРС зі шпуру за рахунок підвищення газової складової тиску саморозширення, що підвищує час руйнування гірських порід. Підвищення швидкості гідратації шляхом пропускання електричного струму дозволяє ініціювати розчин НРС у шпурах будь-якої орієнтації, що підвищує ефективність використання запропонованого способу в умовах підземних гірничих виробок. Суть способу пояснюється кресленням, де зображений спосіб руйнування гірських порід. На кресленні: 1 - гірська порода, 2 - шпур, 3 - НРС, 4 - електроди, 5 - електричне коло, 6 джерело електричного струму. Спосіб руйнування гірських порід здійснюють у такий спосіб. У гірських породах 1 за відомою схемою бурять шпури 2, розміщають у них невибуховий руйнуючий склад 3, який збільшує свій обсяг при гідратації, у гирловій і донній частинах шпурів 2 розміщують електроди 4, які з'єднують в електричне коло 5, що монтують відповідно до необхідного порядку руйнування порід, і з'єднують із джерелом електричного струму 6. Після монтажу електричного кола проводять примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації розчину НРС 3 шляхом пропускання через нього електричного струму з напругою 10-120 В, при цьому ініціацію шпурів 2 проводять відповідно до необхідного порядку руйнування порід 1. У результаті підвищення швидкості гідратації НРС 3 у шпурі 2 відбувається ріст структурних новоутворень у матеріалі НРС, що викликає підвищення тиску саморозширення на стінки шпурy 2, інтенсивне зростання внутрішпурового тиску приведе до утворення й розвитку тріщин, наслідком росту яких є руйнування гірської породи 1. Приклад. Спосіб був реалізований при веденні підривки порід ґрунту у вентиляційному штреці. Температура навколишнього середовища 22 °С. Породи були представлені алевролітом з міцністю по шкалі проф. М. М. Протод`яконова 7. У ґрунт за відомою схемою, з відомими параметрами утворення уступу бурили шпури глибиною 50 см і діаметром 43 мм. У шпури заливали приготовлений на місці ведення робіт розчин НРС, у якості якого використовували суміш, що містить кальциновану соду 4 мас. %, сульфітно-дріжджову барду 1 мас. %, натрієву соль продукту конденсації нафталінсульфокислоти і формальдегіду 1 мас. %, негашене вапно 94 мас. %. У гирлову й донну частини шпурів розміщали електроди ізольовані між собою. Виступаючі зі шпурів кінці електродів монтували в електричне коло відповідно до необхідного порядку руйнування порід. У відповідності до заданої черговості руйнування порід приєднували коло до джерела електричного струму. Після чого проводили примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації розчину НРС шляхом пропущення через нього електричного струму. Електрична напруга по ряду шпурів першої черги руйнування становила 90 В, по ряду шпурів другої черги руйнування 60 В, по ряду шпурів третьої черги руйнування 40 В. У результаті підвищення швидкості гідратації НРС у шпурі відбувався ріст структурних новоутворень у матеріалі НРС, що викликало підвищення тиску саморозширення на стінки шпуру, ріст внутрішпурового тиску привів до утворення й розвитку тріщин по рядах шпурів, наслідком росту яких стало почергове руйнування порід ґрунту. Відкол породи по ряду шпурів першої черги руйнування відбувся через 10 хв, по ряду шпурів другої черги руйнування - через 15 хвилин, по ряду шпурів третьої черги руйнування - через 18 хвилин. Результати випробувань пропонованого способу наведені в таблиці. При дотриманні параметрів, що заявляються (номера 3, 4, 5 в таблиці) спостерігалося руйнування порід в діапазоні часу 10-20 хвилин. Підвищення електричної напруги вище 120 В приводить до мимовільного викиду НРС із шпуру через 2 хвилини після заливки в шпур (номер 6 в таблиці). Зниження електричної напруги менше 10 В не призводить до суттєвого підвищення швидкості гідратації НРС, що і не прискорює час руйнування порід (номер 2 в таблиці). 55 2 UA 100780 C2 Таблиця Результати випробувань № п/п Гірська порода Міцність на Температура Діаметр одноосьовий навколишнього шпура, м стиск, МПа середовища, °С Електрична напруга, В 1 70 0,043 22 0 2 Алевроліт 70 0,043 22 7 3 Алевроліт 70 0,043 22 40 4 Алевроліт 70 0,043 22 60 5 Алевроліт 70 0,043 22 90 6 5 Алевроліт Алевроліт 70 0,043 22 130 Результат використання способу Руйнування породи через 14 годин після заливки НРС в шпур Руйнування породи через 14 годин після заливки НРС в шпур Руйнування породи через 18 хвилин після заливки НРС в шпур Руйнування породи через 15 хвилин після заливки НРС в шпур Руйнування породи через 10 хвилин після заливки НРС в шпур Мимовільний викид НРС із шпуру через 2 хвилини після заливки в шпур Реалізація пропонованого способу руйнування гірських порід дозволяє управляти швидкістю реакції гідратації, і росту структурних новоутворень у невибуховому руйнуючому складі, що приводить до скорочення часу руйнування й підвищує ефективність використання запропонованого способу в умовах підземних гірничих виробок. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб руйнування гірських порід, що включає буріння в гірських породах шпурів, розміщення в шпурах невибухового руйнуючого складу, що збільшує свій обсяг при гідратації, і примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації, який відрізняється тим, що примусовий вплив на швидкість плину реакції гідратації здійснюють шляхом пропускання через розчин невибухового руйнуючого складу електричного струму з напругою 10-120 В, при цьому ініціацію шпурів із невибуховим руйнуючим складом проводять відповідно до необхідного порядку руйнування порід. 3 UA 100780 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4