Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ВСТРЕЧНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ИХ СБОЙКЕ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проведении встречных выработок при их сбойке в рудных шахтах.

Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с.110].

Проблема проведения встречных выработок при их сбойке заключается в том, что часто они не совпадают, что приводит к неоправданным затратам, снижению безопасности и экологичности.

Известен способ проведения встречных выработок при их сбойке с применением компаса (Георгий Агриколь. О горном деле и металлургия. -Издательство Академии наук СССР, 1962, 602 с., стр.142). Способ включает определение направления проведения встречных выработок при их сбойке с применением горного компаса, бурение, заряжание, взрывание шпуров, проветривание и уборку взорванного массива горной породы из забоя.

Общими признаками известного способа с заявляемым изобретением являются:

- определение направления проведения встречных горных выработок с применением инструментального способа.

- бурение, заряжание и взрывание шпуров, проветривание забоя и уборка взорванного массива горной породы.

Недостатками известного способа является значительные затраты на ликвидацию результатов сбойки встречных выработок вследствие ошибок при определении направления их проведения. Это происходит в результате следующего. При использовании известного инструментального метода происходит отклонение от направления проведения встречных выработок при их сбойке ввиду ошибок известного метода. С помощью рулетки и горного компаса определяют азимуты направления проведения встречных выработок. Все результаты отображают на миллиметровке с помощью циркуля и транспортира. После этого производят привязку к горной местности. Для ориентирования направления проведения встречных выработок при их сбойке используют отвесы. Отвес представляет из себя груз с гибкой нитью, прикрепленной к кровле выработки. Направление определяют просвечиванием шахтерской лампой расположенных на одной линии двух отвесов.

За прототип принят способ проведения встречных выработок при их сбойке с применением теодолита с лазерным указателем (Синанян P. P. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1982, - с.216). Способ включает определение направления проведения встречных выработок при их сбойке с применением теодолита с лазерным указателем, бурение, заряжание и взрывание шпуров, проветривание и уборку взорванного массива горной породы из забоя.

Общими признаками известного способа с заявленным изобретением являются

- инструментальный способ определения направления проведения встречных выработок при их сбойке.

- бурение, заряжание и взрывание шпуров, проветривание забоя и уборка взорванного массива горной породы.

Недостатками способа являются значительные затраты на ликвидацию результатов отклонения от заданного направления сбойки, снижение безопасности и экологичности работ из-за ошибки инструментального метода. Это происходит в результате следующего. При использовании известного инструментального метода происходит отклонение от направления проведения встречных выработок при их сбойке ввиду ошибок известного метода. С помощью теодолита с лазерным указателем определяют направление проведения встречных выработок по маркшейдерским точкам с отвесами. Направление определяют просвечиванием шахтерской лампой расположенных на одной линии двух отвесов.

Причина недостатка заключается в отсутствии технических решений, направленных на устранение ошибок при определении направления проведения встречных выработок при их сбойке.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по совершенствованию способа проведения встречных выработок при их сбойке, способствующего более точной, более безопасной и экологичной, а также менее затратной их проходки.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении точности проходки встречных выработок при их сбойке посредством уменьшения величины отклонения от заданного направления при их сбойке. Кроме того, технический результат заключается в повышении безопасности работ, а также в экологичности способа, исключающего разработку неоправданных объемов горных пород.

Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что в способе проведения встречных выработок при их сбойке, включающем определение направления проведения встречных выработок с применением инструментального метода, бурение встречных выработок, заряжание и взрывание шпуров, проветривание забоя и уборку взорванного массива горных пород, согласно изобретению, в одной из встречных выработок шпур бурят в центре забоя, а перед бурением в противоположной ей встречной выработке дополнительно определяют направление проведения встречной выработки с использованием тактильной сенсорной системы человека путем прикладывания ладони руки к поверхности массива горной породы в центре и в других точках забоя по наибольшей степени воздействия вибрации поверхности массива горных пород на ладонь руки.

Дополнительное определение направления проведения встречных выработок при их сбойке необходимо для уменьшения ошибки определения направления инструментальным методом. Это снижает затраты на проведение встречных выработок при их сбойке и направлено на достижение технического результата.

Бурение шпура в центре забоя встречной выработки создает вибрацию массива горных пород в центре забоя встречной выработки и облегчает ориентирование этой выработки в пространстве. Поэтому такое техническое решение способствует достижению технического результата.

В центре и в других точках забоя противоположной встречной выработки к поверхности массива горной породы забоя этой выработки прикладывают ладонь руки. На ладони руки расположены окончания нервов чувствительности - рецепторы, которые воспринимают колебания поверхности массива горных пород, различая эти колебания по амплитуде и частоте.

Известно, что тактильная сенсорная система предназначена для анализа давления и прикосновения. Ее рецепторы представляют собой свободные нервные окончания и сложные образования (тельца Мейснера, тельца Паччини), в которых нервные окончания заключены в специальную капсулу. Они находятся в верхних и нижних слоях кожи, в кожных сосудах, в основаниях волос. Особенно их много на пальцах рук и ног, ладонях, подошвах, губах. Это механорецеп-торы, реагирующие на растяжение, давление и вибрацию (Сенсорные системы. Статья 18.11.2007. Режим доступа: http://sportzal.com/post/861/).

Шпур в центре забоя встречной выработки бурят перфоратором, который производит 2100-3000 ударов в минуту буровой коронкой по массиву горных пород, вызывая колебания с частотой вибрации 35-50 Гц и амплитудой 0,40-0,15 мм. (Горное дело. Терминологический словарь. Л.И. Барон, Г.Д, Лидин и др. -М.: Недра, 1991, 479 с.стр.57). Вибрация от шпура встречной выработки распространяется до поверхности массива горных пород забоя противоположной встречной выработки. Амплитуда и частота этой вибрации воздействует на прижатую к забою противоположной встречной выработки ладонь руки. При этом ладонь руки реагирует не только на вибрацию вообще, но и определяет степень вибрации - больше, меньше или на том же уровне. Считается, что чувство осязания работает исключительно по пространственному принципу: наша кожа покрыта сеткой осязательных рецепторов, и мы ощущаем поверхность, сопоставляя разные ее участки (Источник: sciencelife.uchospitals.edu, статья: «HowOurSenseofTouchisaLotLiketheWayWe Hear»), Однако, как показали опыты, проведенные в Медицинском центре Чикагского университета (США), чувство осязания обладает еще и временным параметром. Иными словами, осязательные рецепторы могут чувствовать частоту, подобно слуховым рецепторам.

В эксперименте использовался специальный аппарат, который производил сложные колебания. Вибрации, создаваемые этим прибором, давали почувствовать макакам-резусам и нескольким добровольцам. Одновременно записывали активность осязательных нейронов, передающих информацию от центра в мозг. Оказалось, что нейроны возбуждаются в полном соответствии с колебаниями, которые им приходится ощущать. И даже более того: по характеру нервных колебаний можно угадать характер вибрации поверхности. Чтобы понять, в чем тут дело, нужно представить не вибрирующую, а спокойную поверхность - например, шелковую нить. Мы можем на ощупь отличить шелк от шерсти. Однако когда мы проводим пальцем по шелковой или шерстяной нити, то ощущаем некую специфичную текстуру, в которой есть повторяющийся узор неровностей. Эти неровности действуют на наши рецепторы подобно колебаниям, то есть один и тот же рецептор возбуждается через какие-то промежутки времени, и эти промежутки оказываются важной характеристикой поверхности. Словом, ощущение шелковой нити можно вызвать, даже не касаясь самого материала. Исследователи особо подчеркивают тот факт, что в своих опытах они использовали не правильные, синусоидообразные, а «загрязненные», неправильные колебания, которые обычно и встречаются в природе.

Бурение шпуров создает колебания массива горных пород высокой частоты и незначительной по величине амплитуде, т.е. вибрацию. Амплитуда и частота вибрации массива горных пород зависит от расстояния между источником ее возбуждения (точкой бурения шпура) и точкой восприятия этой вибрации - местом приложения ладони руки к поверхности массива горных пород противоположной встречной выработки. Изложенный прием направлен на достижения технического результата.

Бурение шпура в центре забоя встречной выработки и прикладывание ладони руки в центре и в других точках забоя противоположной встречной выработки к поверхности массива горной породы производят одновременно. Только при одновременном бурении шпура и прикладывании ладони руки к поверхности массива горной породы можно определить направление распространения вибрации. Такой технологический прием направлен на достижение технического результата.

Направление проведения встречных выработок при их сбойке определяют путем сравнения степени воздействия вибрации поверхности массива горных пород в центре и в других точках забоя противоположной встречной выработки на ладонь руки. Амплитуда и частота вибрации поверхности массива горных пород в различных точках забоя противоположной встречной выработки зависит от расстояния между местом бурения шпура и местом прикладывания ладони руки. Чем больше это расстояние, тем меньше амплитуда и частота вибрации поверхности, и наоборот. Поэтому наибольшая амплитуда и частота вибрации поверхности массива горных пород забоя противоположной встречной выработки соответствует наименьшему расстоянию между забоями встречных выработок. Меньшая амплитуда и частота вибрации поверхности массива горных пород забоя противоположной встречной выработки соответствует большему расстоянию между забоями встречных выработок. Степень воздействия вибрации поверхности массива горных пород забоя противоположной встречной выработки на ладонь руки определяется прикладыванием ладони руки не менее чем в 3-х точках. При отсутствии отклонения от заданного направления степень воздействия вибрации на ладонь руки в средней точке должна быть наибольшая, а в крайних точках - наименьшая, и равной между собой. Расстояния от средней до крайних точек должны быть равны между собой. Направление проведения встречных выработок определяется графическим способом. Поэтому достигается технический результат.

Отличия от прототипа доказывают новизну способа, а неизвестность из уровня техники влияния отличительных признаков на заявляемый технический результат доказывает соответствие способа условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ проведения встречных выработок при их сбойке поясняется чертежами, где :

Фиг.1 - способ определения направления проведения встречных выработок при их сбойке при минимальном отклонении от задаваемого направления.

Фиг.2 - способ определения направления проведения встречных выработок при их сбойке при отклонении от заданного направления на величину, не превышающую половину ширины встречных выработок.

Фиг.3 - способ определения направления проведения встречных выработок при их сбойке при отклонении от заданного направления на величину, превышающую половину ширины встречных выработок. Данный чертеж показывает возможность применения способа при определении степени вибрации массива горных пород в боковой стенке противоположной встречной выработки.

Позиции способа проведения встречных выработок при их сбойке обозначено следующими цифрами.

1 - встречная выработка.

2 - забой встречной выработки.

3 - шпур в центре встречной выработки.

4 - центр забоя встречной выработки.

5 - противоположная встречная выработка.

6 - забой противоположной встречной выработки.

7 - центр забоя противоположной встречной выработки.

А, Б, В, Г - места прикладывания ладони руки к поверхности массива пород забоя противоположной встречной выработки.

На фиг.1, 2, 3 дополнительно пунктирными линиями со стрелками показаны направления распространения вибрации массива горных пород от шпура к месту приложения ладони руки. Фиг. 1 - 3 показывают возможность применения способа при определении степени вибрации поверхности массива горных пород в боковой стенке противоположной встречной выработки.

Способ проведения встречных выработок при их сбойке осуществляется следующим образом.

При проведении встречной выработки 1 (фиг.1) в забое 2 этой выработки бурят шпур 3. Шпур располагают в центре 4 забоя 2 этой встречной выработки 1. В противоположной встречной выработке 5 к поверхности массива горной породы забоя 6 этой выработки прикладывают ладонь руки. Ладонь руки прикладывают не менее чем в трех точках А, Б, В, в том числе в центре забоя 6. Степень воздействия вибрации на ладонь руки сравнивают в точках А, Б, В. При взаимном расположении встречных выработок 1, 2, показанных на фиг. 2, наибольшая вибрация ощущается ладонью руки в центре 7 забоя 6 противоположной встречной выработки 5. В точках Б, в вибрация, ощущаемая ладонью руки, меньше, чем в точках А - центре 7 забоя 6 противоположной встречной выработки 5. При этом другие точки Б, в расположены на равных между собой расстояниях до центра 7 забоя 6. Кроме того, вибрация поверхности массива горной породы в точках Б и В, ощущаемая ладонью руки, одинакова. Равенство расстояний от точки А (центра 7 забоя 6) до точек Б, В а также равенство степени воздействия вибрации, ощущаемой ладонью руки в этих точках (Б, В) показывает, что встречная выработка 1 и противоположная встречная выработка 5 проводится без отклонений от заданного направления. Это подтверждается графическим определением направления проведения встречных выработок. Для этого проводят полуокружность с центром в точке А. Радиус полуокружности равен длине отрезков А-В (А-Б). Через середину полуокружности и точку А проводят прямую линию. Эта прямая линия является направлением проведения встречной выработки 1 при ее сбойке с противоположной встречной выработкой 5. При проведении встречных выработок 1, 5 каждый цикл проходки сопровождается определением степени воздействия вибрации поверхности массива горных пород в центре и в других точках забоя на ладонь руки. При необходимости направления встречной выработки 1 и противоположной встречной выработки 5 корректируется. В результате устанавливают, что встречная 1 и противоположная встречной 5 выработки проводятся без отклонения от заданного направления и их сбойка будет выполнена без дополнительных затрат. Для проведения встречных выработок при их сбойке без отклонения от заданного направления необходимо, чтобы степень воздействия вибрации на ладонь руки в центре забоя противоположной встречной выработки превышала степень воздействия вибрации на руки в других точках.

На фиг.2 показано взаимное расположение встречной и противоположной встречной выработок при их сбойке с отклонением от заданного направления на величину, не превышающую половины ширины встречной выработки. В центре 4 забоя 2 встречной выработки 1 бурят шпур 3. В забое 6 противоположной встречной выработки 5 определяет степень воздействия вибрации поверхности массива горной породы прикладыванием ладони руки в точках А, Б, В, Г, расположенных по ширине забоя выработки 5. Степень воздействия вибрации на ладонь руки следующая. В точке Б больше, чем в точках А, В; в точке А больше, чем в точке Г. Наибольшая степень вибрации - в точке Б. В результате устанавливают, что забой 6 противоположной встречной выработки 5 смещен относительно забоя 2 встречной выработки 1, а встречной выработки проводят с отклонением от заданного направления на расстояние, равное А-Б. Проводится полуокружность с центром в точке Б и радиусом, равным расстоянию А-Б. Принимают, что отклонение встречной выработки 1 от заданного направления составляет А-Б. Определяют новое направление проведения встречной выработки 1. С учетом отклонения А-Б. Разделяют отклонение А-Б на участки отклонения, равные участкам смещения забоя 2 встречной выработки 1 при ее проведение по новому направлению. Количество участков отклонения принимают равным количеству участков смещения. При этом суммарная длина участков отклонения должна быть равна суммарной длине участков смещения. В результате встречная выработка 1 выходит при сбойке в точку А (центр 7 встречной выработки 5) или на заданное направление. При выполнении каждого цикла проходки встречной выработки 1 и противоположной встречной выработки 5 определяют степень воздействия вибрации поверхности массива горных пород в центре и других точках забоя на ладонь руки. При необходимости направление проведения встречных выработок корректируется. Поэтому для сбойке встречной выработки 1 с противоположной встречной выработкой 5 необходимо изменить направления их проведения с учетом отклонения на расстояние, равное А-Б. В процессе сбойки встречных выработок 1, 5 уменьшается расстояние, равное А-Б (между центром 7 забоя 6 противоположной встречной выработки 5 и точкой Б, в которой происходит наибольшее воздействие вибрации на ладонь руки). Это расстояние при сбойке встречных выработок будет равным нулю.

На фиг.3 показано взаимное расположение встречной и противоположной встречной выработок при их сбойке с отклонением от заданного направления на величину, превышающую половину ширины встречных выработок. В центре 4 забоя 2 встречной выработки 1 бурят шпур 3. В забое 6 противоположной встречной выработки 5 определяют степень воздействия вибрации поверхности массива горной породы на ладонь руки прикладыванием ладони руки в точках А, Б, В, Г. Степень воздействия вибрации на ладонь руки следующая. В точке Б больше, чем в точках А, Г, в точке А больше, чем в точке В. Наибольшая степень вибрации - в точке Б. В результате устанавливают, что забой 6 противоположной встречной выработки 5 смещен относительно забоя 2 встречной выработки 1, а встречные выработки проводят с отклонением от заданного направления на величину, превышающую половины ширины встречных выработок. Для определения направления сбойки встречных выработок принимают равными между собой расстояния А-Б и Б-Г, при равной степени воздействия вибрации на ладонь руки в точках А, Г. Проводят полуокружность с центром в точке Б и радиусом, равным длине отрезков А-Б или Б-Г. Через середину полуокружности и точку Б проводят прямую линию, определяют направление проведения встречной выработки 1. Новое направление проведения этой выработки принимают с учетом отклонения на длину отрезка А-Б. При этом при проведении встречной выработки 1 по новому направлению забой 2 смещают на длину отклонения отрезка А-Б. При выполнении каждого цикла проходки встречной выработки 1 и противоположной встречной выработки 5 определяют степень воздействия вибрации поверхности массива горных пород в центре и других точках забоя на ладонь руки. При необходимости направления проведения встречных выработок при их сбойке корректируются.

Предлагаемый способ проведения встречных выработок при их сбойке апробирован в условиях рудника им. Матросова, расположенного в Магаданской области. Испытывались схемы при взаимном расположении встречных выработок, показанных на фиг.1, 2, 3, а также схемы со значительным отклонением от заданного направления - более 3,0 м. При всех схемах получены положительные результаты.

В результате применения заявляемого изобретения снижаются затраты на проведение встречных выработок при их сбойке не только в следствии уменьшения отклонения от заданного направления, но и при сокращении времени их проходки. Это подтверждается уменьшением простоев при отбойке крутопадающих рудных зон, обусловленных повышением точности проходки нарезных выработок при их сбойке.

Новизна заявляемого изобретения заключается в отсутствии подобных технических решений для определения направления проведения встречных выработок при их сбойке. Изобретательский уровень заявляемого изобретения заключается в том, что при использовании известных приемов получен новый, ранее неизвестный технический результат. К известным приемам следует отнести бурение шпуров и использование ладони руки для определения степени воздействия на нее различных факторов. Однако совместное использование вибрации при бурении шпуров и воздействие вибрации на ладонь руки приводит к новому техническому результату, заключающемуся в определении направления проведения встречных выработок при их сбойке. Применение заявляемого способа заключается в положительных результатах его апробирования в практических условиях.