Rт,м 2 ,0

1,5

1,0

0,5

№ 4

н

№ 2 5 1020 30 40 80

o р,

М Па

p

Исходные данные: r3; o н;

C м;

mC м

p

p

10 q

Рисунок 15.2 – Номограмма для определения rT

p

m m Cм æ 0,41 r

296,6 r 2

1240 r 3ö

ý max =

× ç 3 +

g

è

1 - m ç rT

3 + 2 ÷; (15.4)

r

r

2 3 ÷

Т Т ø

т н

r max³ o p + m H = o p, (15.5)

где μ – коэффициент Пуассона;

γ – масса пород, кг/м3;

С

м р

(3600 м/с);

– скорости распространения упругих волн в массиве

g – ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2;

r3 – радиус заряда, м;

rТ – радиус зоны радиальных трещин, м.

Схемы заложения скважин зависят от мощности труднообру- шаемой кровли, мощности слоев, трещиноватости, мощности и угла падения пласта, длины лавы. При выборе схемы расположения сква- жин необходимо учитывать, чтобы значительная часть участка ослаб- ленных взрывом пород находилась в области растягивающих напря- жений, скважины следует располагать под углом 50-80° к направле- нию основной системы трещин.

Порядок работы: откладываем на оси №1 значение r3, на оси №2

р

o н. Из этих точек проводим линии до пересечения.

На оси №3 находим акустическую жесткость массива

р

m Сн

10 q

и из

р

неё опускаем вниз прямую; из точки пересечения r3 и o н по диагонали проводим прямую до пересечения с прямой, опущенной из точки с заданной акустической жесткостью массива. От полученной точки

пересечения проводим вправо линию и на оси №4 определяем значе-

ние радиуса трещиноватости.

Различают: одностороннее при длине лавы (l л)<150 м; двухсто- роннее при l >150 м расположение скважин; одноярусное, если мощ- ность разупрочняемого слоя менее 15 м; двухъярусное при h =15 – 30 м; трехярусное при h > З0 м.

На риcунке 15.3 показаны схемы расположения скважин: а) одно- сторонняя схема одиночно-параллельных скважин; б) двухсторонняя схема; в) веерная; г) односторонняя схема с отсечными скважинами; д) перпендикулярная с заложением скважин из специальных выработок.

б)

a)

a a

в)

a

г)

д)

а

Рисунок 15.3 –Схемы расположения скважин

Параметры заложения скважины определяются графическим методом согласно рисунка 15.4, где: lскв – длина скважины; l3 – длина заряда; hнз – высота начала заряда; hкз высота конца заряда. Диаметр скважины – 70–120 мм. Расстояние между скважинами а =(10÷20) rТ; hн =(3÷4) rТ, но не менее 3–4 м; hкз не менее 8 м. Вес заряда Qзар=q3·l3;

q3 – вес заряда длинной 1м.

Торпеды изготавливают из полиэтиленовых или металлических труб. Диаметр торпеды

ДТ = Д 3+ 2 tс = Дскв - s, (15.6)

где Дз – диаметр заряда ВВ, мм;

tс – толщина стенки трубы;

ε – зазор между стенками скважины и торпедой.

Торпедозаряд – набор отдельных торпед длиной 1500 мм, со- единенных между собой муфтами со шплинтами. Направляющая го- ловка из дерева надевается на первую торпеду.

В скважину доставляется стопорное устройство с блочком, а за- тем заряд подается лебедкой. В конце торпед заряда патрон – боевик. Устье скважины герметизируется глиной на глубину 10 — 15 м. В ка- честве забойки используется вода, нагнетаемая через специально ос- тавленную трубку. Одновременно взрывается заряд массой 100 – 300 кг.

l ск

l 3

hнз

θ

Рисунок 15.4 –Схема заложения скважины

15.2.2 Гидрообработка

Сущность способа заключается в предварительном ослаблении пород путем нагнетания в них жидкостей. Разупрочнение достигается за счет размокания цемента, уменьшения прочности пород в окрестно- сти естественных трещин, слабых контактов и прослоев при низкона- порном и высоконапорном увлажнении и за счет гидроразрыва пород. Эффект разупрочнения заключается в уменьшении длины зависающих консолей труднообрушаемых слоев.

Способ можно применять при коэффициенте проницаемости песчаников (10-5–6·10-4) дарси.

Производительность нагнетательных установок 1 – 90л/мин; на- пор 10,0 – 30,0 МПа.

Параметры расположения скважин зависят от эффективного ра- диуса увлажнения

Rэф =

Q

n l m

, (15.7)

ф эф

где Q – объем жидкости, закачанной в скважину, м3;

lф – длина фильтрующей части скважины, м;

mэф – эффективная пористость, доли единицы (0,002 -0,07).

Если Q =50–120м3, Rэф =(7–8÷13–15) м.

Расстояние между скважинами при h =10÷15м–35м; при

h =16÷20м–30м; h >20м–25м.

На рисунке 15.5 показаны участки впереди лавы, где целесооб- разны различные режимы нагнетания жидкости.

5 0 -

120 2 5 - 5 0 1 4 - 3 0 3 - 1 7

ни зкон апор- ное увлаж нение

вы сок он ап орное увлаж нение

ги дроразрыв высоконапорное

увлаж нение

Рисунок 15.5 – Схема расположения участков для нагнетания воды

суток.

Низконапорное нагнетание воды осуществляется в течение 5–7

Величина гидроразрыва

D Pp ³ m H + o p - pmo (2 - mo), (15.8)

где р – давление газа;

mo – пористость открытая (0,02 – 0,2); r – радиус скважины – 0,04 – 0,012 м; γ – объемный вес пород, 0,025 МН/м3; Н – глубина разработки;

σр – предел прочности на разрыв породы, МПа.

15.2.3 Гидромикроторпедирование

В скважинах взрываются небольшие заряды ВВ в водной среде под давлением с последующей гидрообработкой породного массива. Заряды ВВ располагаются в местах залегания ослабленных контактов

и прослоев. Перед взрыванием первого заряда ВВ в скважину нагнета- ется жидкость для заполнения пор и трещин. В той же скважине про- изводятся последующие взрывы зарядов ВВ. В дальнейшем в скважи- ну нагнетаются жидкость в режиме гидрообработки.

Разупрочнение массива достигается за счет образования трещин расслоения и увлажнения; слои обрушаются в несколько стадий и не создают повышенных нагрузок на крепи очистных выработок.

На рисунке 15.6 приведена схема расположения скважин.

lскв

Q1

l 2 Q2

Q3

l 3

θ

>30м

10-15

Рисунок 15.6 – Схема расположения зарядов в скважине

15.3 Упрочнение неустойчивых кровель

Упрочнение массива горных пород в окрестности очистных и подготовительных выработок необходимо для создания условий рабо- ты современных машин и механизмов при неустойчивой кровле, в районах геологических нарушений, при отжиме угля.

Наибольшее распространение получили два способа упрочне- ния: химическое анкерование; нагнетание скрепляющих составов.

15.3.1 Химическое анкерование

В Украине технология химического анкерования разработана ДонУГИ. Она заключается в следующем: в месте вывала породы из кровли над угольным забоем бурятся два ряда шпуров: нижние под углом 0–10°, верхние – 45 – 60° к плоскости напластования пород. В шпур доставляются забойником ампулы с полиуретановым составом, которые разрушаются анкером, подаваемым при вращении в шпур. Че- рез 30–40с перемешанный состав вспенивается, увеличивается в объеме в 3–4 раза и через 1–3 минуты затвердевает, прочно соединяя анкер с массивом пород. На концы анкеров (верхнего и нижнего) надеваются деревянные или металлические прогоны, прокладки и навинчиваются гайки. На рисунке 15.7 показано расположение анкеров.

После выемки угля кровля удерживается от обрушения анкера- ми. Для профилактики от возможных обрушений кровли дополнитель- но устанавливается 1 ряд анкеров после снятия двух полос угля.

l =1,2-1,5m

а) 3

б)

45-60o

l =1,8м

5-10o

1 1

15-30o

Рисунок 15.7 – Схема расположения анкеров: 1– анкер; 2 –

соединительный элемент; 3 – прокладка; 4 – гайка

Параметры технологии анкерования: длина анкеров 1,8-2,5 м; расстояние между анкерами вдоль лавы 0,8-1м; по высоте 0,3-0,6 м; количество ампул на 1м длины шпура 2-3 шт.; диаметр металлическо- го анкера 20-38 мм.

Полиэтиленовые ампулы содержат полиэфир и пробирку с ко- дицином, который является отвердителем. Для вращения анкера свер- лом применяются специальные переходники (хвостовик штанги с при- варенной гайкой на другом конце).

Этот способ рекомендуется, если количество трещин на 1 м длины менее 3–4 и при длине участка нарушенных пород вдоль лавы до 30 м.

Для сильно трещиноватых пород рекомендуется упрочнение на- гнетанием составов карбамидных, полиуретановых и др. составов.

l =2м

1 2

6 4 3

8 7

Рисунок 15.8 – Схема упрочнения составами: 1 – шпур; 2– гер- метизатор; 3 – шланг для смолы; 4 – шланг для отвердителя; 5 – секция крепи; 6 – нагнетатель- ная установка; 7, 8 – емкости для смолы и от- вердителя

На рисунке 15.8 показана технологическая схема упрочнения. Нагнетательная установка позволяет раздельно подавать к смесителю смолу и отвердитель, которые после смешивания подаются через за- грузочную трубку в загерметизированный шпур, далее по трещинам в массив. После отверждения химические составы скрепляют отдельные куски, блоки породы в прочный массив, не обрушающийся после вы- емки угля в лаве.

Параметры технологии: длина шпура 2-4 м; расстояние между шпурами 2-4м; глубина герметизации 1-2м; расход состава 0,03- 0,15 м3/шпур; давление нагнетания 5,0-12,0 МПа.

Химические способы упрочнения пород являются прогрессив- ными, экономически выгодными, которые позволяют увеличить на- грузку на лаву, снизить зольность угля, повысить производительность труда рабочих.

Лекция 16