Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗГРУЗКИ УДАРООПАСНЫХ И СТРУКТУРНО НАРУШЕННЫХ УЧАСТКОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, и может быть использовано для разгрузки удароопасных и структурно нарушенных участков горного массива от напряжений.

Известен способ создания разгрузочных щелей с помощью бурения разгрузочных скважин в стенках выработки, основанный на использовании энергии горного давления для разрушения межскважинных целиков. В результате бурения сближенных скважин в пределах области их влияния формируется разгруженная зона, что приводит к перемещению максимума сжимающих напряжений от контура выработки вглубь массива пород и образованию защитной зоны, препятствующей проявлению горного удара [Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. Хибинские апатит-нефелиновые месторождения. Горный институт Кольского НЦ РАН, ОАО «АПАТИТ», 2010, с. 80-82].

Недостатками способа являются его высокая трудоемкость за счет большого объема буровых работ, а также ограниченность его применения в сложных горно-геологических условиях вследствие малой способности реагировать на изменение напряженного состояния массива.

Известен способ разгрузки породного массива в сопряжениях горных выработок, включающий проведение технологической выработки вблизи сопряжения, сооружение разгрузочной щели путем бурения из технологической выработки серии рассредоточенных скважин, закладку разгрузочной щели, создание компенсационных узлов и элементов податливости крепи ствола [Патент РФ RU №2018676 С1, М. Кл. Е 21D 5/00; Е 21D 13/02, от 03.01.1992].

Недостатком данного способа является неэффективная разгрузка удароопасных и структурно нарушенных участков горного массива от напряжений.

Известен способ камуфлетного взрывания. Приведение горных выработок, камер различного назначения и удароопасных участков массива горных пород в неудароопасное состояние осуществляется путем создания защитной зоны с помощью камуфлетно-сотрясательного взрывания заглубленных зарядов взрывчатого вещества, расположенных в области концентрации напряжений впереди забоя, разрушающих или пластически деформирующих окружающую среду, но не вызывающих остаточных деформаций на поверхности - для разгрузки массива от горного давления [Единые правила безопасности при взрывных работах ПБ 13-407-01].

Недостатком является трудность в управлении объемами разрушаемого массива.

Известен способ разработки пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа, включающий проведение вскрывающих выработок, бурение скважин через породную породу, заряжание их взрывчатым веществом и его взрывание, бурение оконтуривающих скважин, при этом в оконтуривающие скважины нагнетают водный раствор поверхностно-активного вещества в режиме гидрорыхления с целью снижения затрат на выемку угля и управления количеством выброшенного угля [Авторское свидетельство СССР SU 1789692 A1, Е21С 41/18, от 23.01.1993].

Недостатком данного способа является локальный характер применяемых мероприятий и недостаточная эффективность оконтуривания скважинами для создания экранирующего слоя.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ защиты выработок от горного давления, включающий бурение опережающих скважин по горным породам на расстоянии от проектного контура выработки, размещение в них зарядов ВВ, формирование зоны разрушенных пород камуфлетным взрыванием пород за контуром выработки и проведение выработки ствола [Патент РФ RU №2012804 С1, М. Кл. Е21С 41/16; от 11.02.1991 (прототип)].

Недостатком данного способа является неэффективность при разгрузке массивов горных пород на больших площадях.

Целью изобретения является повышение эффективности разгрузки удароопасных и структурно нарушенных участков месторождений полезных ископаемых для обеспечения безопасного ведения горных работ.

Указанная цель достигается тем, что для разгрузки массивов горных пород на больших площадях применяется направленное взрывание вертикального концентрированного заряда (ВКЗ), подготовленного в восстающей выработке, пройденной, например, с помощью секционного взрывания.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема направленного взрывания вертикального концентрированного заряда (ВКЗ).

На чертеже показаны вертикальный концентрированный заряд (ВКЗ) - 1, сбойки - 2, выработка для создания демпферного слоя разрушенных пород - 3 (слой - 3), подходная выработка - 4, вертикальные скважины - 5 с ВВ для создания демпферного слоя разрушенных пород (или отрезной щели), целик - 6 горного массива в потолочине ВКЗ, забойка - 7, R - радиус воздействия.

Способ реализуется следующим образом.

Из подходных выработок - 4 пробуривают скважины - 5 для размещения в них зарядов ВВ и проходят вертикальную выработку для создания вертикального концентрированного заряда (ВКЗ) - 1.

Управляемым направленным сотрясательным взрывом массив горных пород разгружают в заданном направлении, при этом подготовленный ВКЗ - 1 с трех сторон оконтуривают демпферным слоем разрушенных горных пород - 3, взрывая заряды ВВ, расположенные в пробуренных вертикальных скважинах - 5, затем инициируют вертикальный концентрированный заряд - 1 (ВКЗ), и направленным взрыванием воздействуют сейсмовзрывом на зоны концентрации напряжений в горном массиве.

Уменьшение негативного воздействия взрыва на прилегающий горный массив, достигается взрыванием скважин - 5 с ВВ которые с трех сторон окружают вертикальный концентрированный заряд - 1 (ВКЗ), а затем - вертикального концентрированного заряда - 1 (ВКЗ), при этом заряды ВВ располагают в скважинах - 5 диаметром от 100 до 300 мм.

Так как каждое месторождение имеет уникальные геологические, геомеханические и др. условия освоения, параметры ВКЗ - 1 корректируют с учетом полученных результатов при проведении экспериментальных взрывов, например изменяют диаметр ВКЗ - 1, а также материалы, размеры и объемы инертных промежутков. При ведении взрывных работ с применением скважинных, пучковых, скважинных зарядов увеличенного диаметра и ВКЗ - 1 объемы разрушаемого массива в различных условиях регулируют за счет снижения или увеличения удельного расхода ВВ (q₀). При этом разрушаемый массив не переходит границу демпферного слоя - 3 и сохраняются подходные выработки - 4 для дальнейшего использования.

Экспериментально определяют силу воздействия взрыва заряда (ВКЗ) - 1 в необходимом направлении на данном участке месторождения.

За счет рассредоточения заряда ВВ и инертных промежутков (опилки) в восстающей выработке при подготовке ВКЗ - 1, при взрывании возможно направленное секционное воздействие на массив горных пород по высоте восстающей выработки (20-70 м).

Деформации горных пород за пределами упругости, наблюдаемые при относительных величинах, не должны превышать значений ε₀=0,0002÷0,0003.

Из условий упругого поведения горных пород относительную деформацию ε₀=0,0002÷0,0003 принимают в качестве допустимой, гарантирующей устойчивость горных пород при многократном производстве подземных взрывов. В соответствие с классификацией защитных подземных сооружений относительно срока эксплуатации рекомендуют следующие допустимые значения упругих деформаций для сооружений: стволы, камеры дробления, околоствольные дворы (срок эксплуатации 10-15 лет) - 0,0001; квершлаги, целики (5-10 лет) - 0,0002; камеры, штреки (1-5 лет) - 0,0003; очистные блоки (1 год) - 0,0005. Допустимые скорости колебаний для подземных сооружений, например, в монолитных породах с отдельными трещинами и пустотами рекомендуется принимать: для сооружений I класса - 12,2 см/с; для сооружений IV класса - 60,0 см/с. Расчетные параметры скорости колебаний и деформаций массива и результаты экспериментов при направленном взрывании ВКЗ не должны превышать допустимых значений, при этом также можно использовать для размещения вертикального концентрированного заряда выведенные из эксплуатации восстающие выработки.

При проведении управляемого направленного сотрясательного взрыва ВКЗ массив горных пород разгружается в заданном направлении, создаются условия для съема и преобразования сейсмической и динамической энергии разрушения горного массива в иной вид механической или электрической энергии, используемой на нужды подземного рудника, и обеспечиваются безопасные условия эксплуатации подземных горнотехнических конструкций и сооружений.