Спосіб охорони гірничих виробок і пристрій для його здійснення

1. Спосіб охорони гірничих виробок, що включає буріння по контуру виробки свердловин і заповнення їх після розвантаження масиву твердіючим матеріалом, який відрізняється тим, що перед бурінням свердловин визначають зону зруйнованих порід, свердловини бурять по контуру виробки до утворення навколо неї зони розвантаження, яка обмежена пересіченням створюваних в масиві штучних площин зсуву, орієнтованих під кутом, рівним куту внутрішнього тертя, до площини нор C2 2 (19) 1 3 97006 4 Відомий спосіб зміцнення порід, [Авторське Недоліком такої конструкції є вживання деревсвідоцтво СРСР №973852 А1, опубл. 15.11.1982 ної тирси з високою стисливістю, дерев'яних рейок р., бюл. №42], що включає буріння свердловин по всій довжині заряду, а також засипної забійки, (шпурів), і нагнітання в них розчину, що твердіє. В що вилітає, це ускладнює формування заряду, не першу чергу розчин нагнітають в свердловини, забезпечує тривале замикання продуктів детонарозташовані в боках виробки, при цьому одночасції, що не дозволяє підвищити довжину тріщини по но з нагнітанням скріплюючого розчину в боках лінії свердловин. виробки - зі свердловин, пробурених у покрівлі, Найбільш близьким технічним рішенням є патвідкачують повітря. рон з кумулятивним зарядом вибухової речовини Недоліком даного способу є те, що скріплююдля утворення початкових тріщин (Патент РФ № чий розчин проникає в порідний масив лише по 2078927 СІ МПК 6 Е21С 41/18, F42D 3/04 Опубл. тріщинах, що розкрилися, це призводить до наяв10.05.1997 p.) циліндровий корпус з подовжнім ності незміцнених областей масиву, що чергуютьпрорізом із зафіксованими в ньому зарядом ВР і ся із зміцненими областями. Таким чином, знижузасобами ініціації, корпус якого містить закріплені ється ефективність зміцнення гірських порід. Крім на ньому верхню і нижню кришки, а також дві розтого, для реалізації способу необхідно зміцнювати ділові кришки, встановлені в торцевій площині значну область порід навколо гірничої виробки, що заряду на відстані від верхньої і нижньої кришок з призводить до великої витрати скріплюючого розутворенням в корпусі відповідних порожнин між чину. ними, подовжній проріз виконаний в корпусі між Найбільш близьким по технічній суті є спосіб розділовими кришками, а заряд ВР забезпечений охорони підготовчих гірничих виробок [Авторське кумулятивною кришкою по довжині повздовжнього свідоцтво СРСР №1802145 А1, опубл. 15.03.1993 прорізу і притиснутий до останньої за допомогою р., бюл. №10], що включає буріння в боках виробпристрою розпору, причому порожнини в корпусі, ки по вугільному шару або порожнім породам розутворені між верхньою, нижньою і розпірними вантажувальних свердловин і заповнення їх склакришками, заповнені демпфуючою забійкою. дом, що твердіє, на 0,66-0,7 довжини Спільними ознаками описаного кумулятивного свердловини, починаючи від гирла, після досягзаряду, і того, що заявляється, є циліндричний нення розвантаження масиву. корпус, який містить закріплені на ньому верхню і Загальними ознаками описаного способу охонижню кришки, а також розділові кришки, одна з рони підготовчих гірничих виробок, і того що заявяких встановлена в торцевій площині заряду на ляється, є буріння по контуру виробки свердловин, відстані від верхньої кришки з утворенням в корпуі заповнення їх після розвантаження масиву матесі відповідної порожнини і заповненням її демпріалом, що твердіє. фуючою забійкою, із зафіксованими в ньому заряПри реалізації способу-аналога створювана дом ВР і засобами ініціації. зона розвантаження має незначні розміри - вона При реалізації технічного рішення - аналога обмежена діаметром свердловини, при цьому між дія на масив створюється лише в одному напрямі свердловинами залишаються цілики, що призвоза рахунок наявності одного прорізу з кумулятивдить до нетривалого ефекту розвантаження, оскіною виїмкою, що не дає можливості спрямовано льки при руйнуванні масиву довкола розвантажувпливати на масив в двох площинах, це не дозвовальних свердловин породи збільшуються в об'ємі ляє реалізувати спосіб, що заявляється. і заповнюють собою порожнину свердловини, пісВ основу винаходу поставлена задача удосколя чого дія ефекту розвантаження припиняється. налення способу охорони гірничої виробки, в якоПісля цього продовжується некерований розвиток му за рахунок коректування напряму векторів зсузони зруйнованих порід довкола виробки, що привів порід, що забезпечується направленою зводить до зростання навантаження на кріплення і силовою дією на масив в двох площинах, досягазниження стійкості порід. ється екранування виробки від зсувів порід в її Відомий контурний заряд (Сандаков А.В., Берпорожнину при розвитку зони зруйнованих порід, сенев Г.П., Филиппов В.И. Управление состоянием що дозволяє підвищити стійкість гірничої виробки, бортов карьеров методом контурных зарядов. // що охороняється. Горный журнал. Известия ВУЗ. 1999, № 7-8. С. 74Поставлена задача вирішується тим, що в 76), в донній частині якого застосовують демпфеспособі охорони гірничих виробок, що включає рний прошарок з дрібнофракційного інертного мабуріння по контуру виробки свердловин і заповтеріалу (пісок, бурова дрібняк) завтовшки 25 см і нення їх після розвантаження масиву твердіючим деревної тирси завтовшки 35-40 см, які після наматеріалом, згідно з винаходом, перед бурінням вантаження їх гірляндою зменшуються по висоті свердловин визначають зону зруйнованих порід, до 25 см. свердловини бурять по контуру виробки до утвоЗамість одиночних патронів в заряді-гірлянді рення навколо неї зони розвантаження, яка обмезастосовані подвійні, що розташовуються біля стіжена пересіченням створюваних в масиві штучних нок свердловини, по осі орієнтування контурних площин зсуву, орієнтованих під кутом, рівним куту зарядів за допомогою дерев'яних рейок завдовжки внутрішнього тертя до площини, нормальної напо всьому заряду, і комбінована забійка з внутрішшаруванню порід, при цьому лінія пересічення ньої пористої забійки завдовжки до 1,5 м (під настворюваних площин зсуву з нормальною нашарувантаженням довжина інертної забійки скорочуванню площиною лінійно апроксимує ортогональється до 0,8-1,0 м). Верхня забійка - з ну проекцію повздовжньої осі виробки на межу дрібнофракційних інертних матеріалів, завдовжки зони зруйнованих порід, а розвантаження масиву 20 % свердловин. здійснюють спрямовано за допомогою підривання 5 97006 6 кумулятивних зарядів, при цьому як твердіючий верхньою розділовою і нижньою кришками, це доматеріал використовують склад, що саморозшизволяє чітко зафіксувати трубки з ВР, коаксіально рюється, яким заповнюють свердловини на глибирозташовані довкола неї, і запобігти їх зсуву відну, не менше довжини патрона. носно кумулятивної виїмки при ініціації заряду, Спосіб реалізується за допомогою патрона з чим досягається підвищення кумулятивного ефеккумулятивним зарядом, що містить циліндричний ту патрона. корпус, забезпечений закріпленими на ньому верУ верхньому і нижньому відсіках циліндрового хньою, нижньою і розділовими кришками, зафіксокорпусу виконано чотири вісесиметрично розтаваними в ньому зарядом ВР і засобами ініціації, шовані подовжні прорізи, співпадаючі з кумулятивпри цьому одна з розділових кришок встановлена ними виїмками в трубках ВР, що дозволяє створив торцевій площині патрона на відстані від верхти динамічну направлену дію на масив відразу в ньої кришки з утворенням в корпусі порожнини, яка двох площинах. заповнена демпфуючою забійкою, відповідно до Перед підриванням кумулятивного заряду, за винаходу, по центральній осі циліндрового корпусу рахунок саморозширення розчину невибухового встановлена профільна труба, зафіксована верхруйнівного матеріалу, розташованого в нижньому ньою розділовою і нижньою кришками, корпус по відсіку патрона, відбувається попереднє напрудовжині складається з верхнього і нижнього відсіження масиву, чим досягається наближення його ків, розділених між собою порожниною з низькодо граничного стану, що підвищує ефективність модульним сипким наповнювачем і обмеженою вживання патрона в умовах дискретизованих подвома проміжними розділовими кришками, а у рід, і порід, схильних до пластичних деформацій. верхньому і нижньому відсіках корпусу виконано Суть способу і пристрою пояснюється кресчотири вісесиметрично розташовані подовжні проленнями, де на фіг. 1 показана схема розташуванрізи, крім того, у верхньому відсіку розташований ня свердловин навколо виробки, на фіг. 2 - позаряд ВР, виконаний у вигляді чотирьох коаксіальвздовжній розріз по лінії свердловини після но розташованих відносно профільної труби трупідривання патрона з кумулятивним зарядом, на бок з ВР, в яких, симетрично повздовжнім проріфіг. 3 - повздовжній розріз по центральній вісі свезам, виконані кумулятивні виїмки, при цьому рдловини до підривання патрона з кумулятивним простір між трубками заповнений сипким матеріазарядом, на фіг. 4 - конструкція патрона, 5 - попелом, а в нижньому відсіку патрона розташовується речний розріз верхнього відсіку патрона, 6 - попегерметична ампула з розчином невибухового руйречний розріз нижнього відсіку патрона. нівного матеріалу. На фігурах показані гірнича виробка 1, свердСтворення зони розвантаження масиву, яка ловина 2, зона зруйнованих порід 3, зона розванобмежена пересіченням штучних площин зсуву, таження 4, штучна площина зсуву 5, герметична дозволяє коректувати напрям переміщень порід в ампула 6, заповнена розчином невибухового руймежах зони не пружних деформацій, забезпечує нівного матеріалу, дерев'яна пробка 7, забезпечевідхилення їх від нормального нашаруванню нана клиновим пристроєм, область стислих порід 8. пряму - по створюваних в масиві штучних площиПатрон з кумулятивним зарядом 9, містить цинах зсуву в боки виробки, цим досягається екрануліндричний корпус 10, забезпечений закріпленими вання виробки від зсувів порід в її порожнину, що на ньому шплінтами 11 верхньою кришкою 12, дозволяє підвищити стійкість гірничої виробки, що нижньою кришкою 13, верхньою розділовою кришохороняється. кою 14, проміжними розділовими кришками 15, 16 Орієнтування створюваних штучних площин зафіксованими в ньому зарядом ВР і засобом інізсуву під кутом, рівним куту внутрішнього тертя до ціації. Заряд ВР виконаний у вигляді чотирьох труплощини, нормальної нашаруванню порід, тобто бок 17 з ВР, а засіб ініціації виконаний у вигляді паралельно природним площинам зсуву, що виниелектродетонатора 18 розташованого усередині кає в породах при їх переміщенні, дозволяє викотрубки 17 із зарядом ВР. Верхня розділова кришка ристовувати механізм природного переміщення 14 встановлена в торцевій площині патрона 9 на порід з метою охорони гірничої виробки. відстані від верхньої кришки 12 з утворенням у Розвантаження масиву здійснюється спрямоциліндричному корпусі 10 порожнини 19, яка заповано за допомогою підривання кумулятивних завнена демпфуючою забійкою, наприклад пластичрядів, що дозволяє створювати поверхні руйнуним закладним матеріалом (ПЗМ). По центральній вання, що мають значні розміри, які є штучними осі циліндричного корпусу 10 встановлена профіплощинами зсуву в масиві, в заданому напрямі, це льна труба 20, зафіксована верхньою розділовою дозволяє зберегти дію ефекту розвантаження трикришкою 12 і нижньою кришкою 13. Корпус 10 по валий час. довжині складається з верхнього відсіку 21 і нижЯк твердіючий матеріал використовують нього відсіку 22, розділених між собою порожнисклад, що саморозширюється, за допомогою якого ною 23 з низькомодульним сипким наповнювачем, відбувається зміцнення зруйнованих порід усеренаприклад кварцовим піском, і обмеженою двома дині утвореної розвантаженої зони шляхом їх розпроміжними розділовими кришками 15,16. У верхпору по лініях, паралельних контуру зони розванньому 21 і нижньому 22 відсіках корпусу 10 викотаження. Створена зміцнена зона дозволяє нано чотири вісесиметрично розташовані повздоблокувати переміщення порід всередину зони розвжні прорізи 24. При цьому трубки 17 з ВР вантаження, чим забезпечується стійкість виробки розташовані у верхньому відсіку коаксіально відпри подальшому розвитку зони зруйнованих порід. носно профільної труби 20 і мають кумулятивні По центральній осі циліндричного корпусу павиїмки 25, призначені для гострої спрямованості трона встановлена профільна труба, закріплена вибуху, виконані симетрично повздовжнім прорі 7 97006 8 зам 24. Простір 26 між чотирма трубками 17 з ВР лові кришки 15 і 16, що обмежують простір 23, заповнено сипким матеріалом, наприклад кварцоякий заповнюють кварцовим піском. Простір 26 між вим піском. У нижньому відсіку 22 патрона 9 розтрубками 17 з ВР засипають кварцовим піском. ташовується герметична ампула 27 з розчином Порожнину 19, утворену у верхній торцевій частині невибухового руйнівного матеріалу. Магістральний циліндричного корпусу 10, заповнюють демпфуюдріт 28 електродетонатора 18 виводитися через чою забійкою, після чого встановлюють верхню профільну трубу 20. кришку 12 і закріплюють її шплінтами 11. У нижній Спосіб, що заявляється, реалізується за довідсік 22 встановлюють герметичні ампули 27 з помогою пристрою таким чином. розчином невибухового руйнівного матеріалу. ПоВідомими способами, наприклад за допомогою тім до циліндричного корпусу 10 шплінтами 11 акустичного каротажу визначають зону зруйновакріплять нижню кришку 13. них порід 3 навколо гірничої виробки 1 (фіг. 1). Зібраний патрон з кумулятивним зарядом 9 за Залежно від розмірів зруйнованої зони 3 (напридопомогою спеціальних складних досилачів, досклад висота 13 м, ширина 11 м), кута залягання тавляють в донну частину свердловини 2 (фіг. 3). порід (наприклад 2 градуси), напряму проведення Розчин невибухового руйнівного матеріалу, виробки відносно елементів залягання (наприклад розташований в нижньому відсіку 22 патрона 9, по підняттю пласта), і кута внутрішнього тертя вмісаморозширюється і чинить тиск на стінки свердсних порід (наприклад 32 градуси) розраховують ловини 2 через повздовжні прорізи 24, відбуваєтьпаспорт буріння, в якому визначені схема розтася зсув порід, що вміщують свердловину, чим зашування свердловин 2, наприклад симетрична безпечується їх попереднє напруження. віялоподібна, з кількістю свердловин 2 в поперечЧерез 12 годин після установки патрона 9 виному перетині виробки 12 шт., крок буріння уздовж конують направлене розвантаження масиву шлявиробки, наприклад, 1,0 м, довжина свердловин 2, хом підривання кумулятивних зарядів ВР, розтанаприклад, 1,8; 2,2; 3,7 м в крівлю і 0,7; 2,1; 3,6 м шованих у верхньому відсіку 21 патрона 9, що в підошву виробки. дозволяє створювати поверхні руйнування, які Згідно з розробленим паспортом бурять свермають значні розміри і є штучними площинами дловину 2 по контуру виробки 1, до утворення зозсуву 5 в масиві, орієнтованими під кутом, рівним ни розвантаження 4, обмеженої пересіченням куту внутрішнього тертя до площини, нормальної створюваних в масиві штучних площин зсуву 5, які нашаруванню порід, при цьому лінія пересічення орієнтовані під кутом, рівним куту внутрішнього створюваних площин 5 зсуву з нормальною нашатертя, до площини, нормальної нашаруванню поруванню площиною лінійно апроксимує ортогонарід, при цьому лінія пересічення створюваних льну проекцію подовжньої осі виробки 1 на кордон площин зсуву 5 з нормальною нашаруванню плозони зруйнованих порід 3. Підривання зарядів ВР щиною лінійно апроксимує ортогональну проекцію здійснюється шляхом з'єднання дроту 28 з джереповздовжньої осі виробки 1 на межу зони зруйнолом електричного струму, що призводить до ініціваних порід 3 (фіг. 1). ювання вибуху заряду за допомогою електородеРозвантаження масиву здійснюють спрямоватонатора 18. но за допомогою кумулятивного заряду. Для цього Після здійснення направленого розвантаження використовують патрон з кумулятивним зарядом 9, масиву, свердловини 2 на довжину, не менше доякий збирають таким чином. вжини патрона 9, наприклад 50 см, заповнюють До верхньої частини профільної труби 20 жоррозчином невибухової руйнівної речовини, напристко кріплять верхню розділову кришку 14, далі до клад НРР-80. Заповнення свердловин невибухопрофільної труби 20 за допомогою шнура прикріпвою руйнуючою речовиною доцільно проводити люють коаксіально розташовані довкола неї чотишляхом установки в свердловини поліетиленових ри трубки 17 з ВР з вісесиметрично зробленими ампул 6, наповнених НРР-80 з фіксацією їх дерекумулятивними виїмками 25. Всередину однієї в'яною пробкою 7, забезпеченою клиновим притрубки 17 поміщають засіб ініціювання у вигляді строєм (фіг. 2). При гідратації невибухової руйнівелектродетонатора 18 для ініціації заряду ВР. Маної речовини її об'єм збільшується і вона чинить гістральний дріт 28 виводять через отвір всередитиск розширення на стінки свердловини 2, у міру ну профільної труби 20, і пропускають через неї. зростання тиску саморозширення відбувається Зібрану таким чином профільну трубу 20 встановстискування порід усередині зони розвантаження люють всередину по центральній осі пластмасово4, що призводить до утворення області стислих го циліндрового корпусу 10, який по довжині склапорід 8, орієнтованої паралельно зоні розвантадається з верхнього 21 і нижнього 22 відсіків. У ження 4. корпусі 10 виконані чотири вісесиметричні поРеалізація пропонованого способу і пристрою довжні прорізи 24. При цьому профільну трубу 20 дозволяє корегувати напрям зсувів масиву і екраорієнтують так, щоб кумулятивні виїмки 25 в трубнувати виробку від переміщень порід в її порожниках 17 з ВР збігалися з подовжніми прорізами 24 в ну при розвитку зони не пружних деформацій, що корпусі 10, а чотири трубки 17 розташовувались у дозволяє підвищити стійкість гірничої виробки, що верхньому відсіку 21. Між верхнім відсіком 21 і охороняється. нижнім відсіком 22 встановлюють проміжні розді 9 97006 10 11 97006 12 13 97006 14 15 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 97006 Підписне 16 Тираж 23 прим. 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