1,5
1,0
0,5
№ 4
№ 2 5 1020 30 40 80
н
o р,
М Па
|
C м;
mC м
|
|
Рисунок 15.2 – Номограмма для определения rT
|
296,6 r 2
1240 r 3ö
ý max =
× ç 3 +
|
|
3 + 2 ÷; (15.4)
|
|
Т Т ø
т н
r max³ o p + m H = o p, (15.5)
где μ – коэффициент Пуассона;
γ – масса пород, кг/м3;
|
(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
|
|
|
На оси №3 находим акустическую жесткость массива
|
10 q
и из
|
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