способ трещинообразования в массиве горных пород

Формула изобретения

1. СПОСОБ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение шпуров по линии предполагаемого раскола, заполнение их охлажденным соляным раствором, закупоривание шпуров и замораживание раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса трещинообразования, предварительно устанавливают в шпур на всю его длину крестообразную разделительную перегородку и заполняют образующиеся противоположные отсеки попарно растворами с различной концентрацией солей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполняют противоположные отсеки попарно растворами с различным химическим составом солей.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве солей используют соли металлов, вступающие с веществами, входящими в состав слагающих разрушаемый массив горных пород, в химическое взаимодействие с образованием осадка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при добыче блоков природного камня.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является известный способ трещинообразования в массиве горных пород.

Цель изобретения повышение эффективности трещинообразования.

Цель достигается тем, что при осуществлении способа трещинообразования в массиве горных пород, включающего бурение шпуров по линии предлагаемого раскола, заполнение их охлажденным соляным раствором, закупоривание шпуров и замораживание раствора, предварительно устанавливают в шпур, на всю его длину, крестообразную разделительную перегородку и заполняют образующиеся противоположные отсеки попарно растворами с различной концентрацией солей.

При другом варианте осуществления способа заполняют противоположные отсеки попарно растворами с различным химическим составом солей.

В качестве солей используют соли металлов, вступающие с веществами, входящими в состав слагающих разрушаемый массив горных пород, в химическое взаимодействие с образованием осадка.

При заполнении шпура охлажденным соляным раствором происходит взаимодействие между солями в растворе и горными породами массива и выпадение солей в осадок. При этом концентрация раствора снижается и происходит его замерзание (температура замерзания воды выше температуры замерзания соляного раствора), в результате чего объем льда увеличивается и развивается давление на стенки шпура. При применении раствора с различной концентрацией или химическим составом солей, помещенных в различных отсеках шпура, происходит их неравномерное замерзание и, как следствие, перераспределение давления льда на стенки шпура, концентрация напряжений в плоскости предполагаемого раскола и целенаправленное развитие трещины.

На чертеже представлена схема, иллюстрирующая осуществление предложенного способа, где цифрами обозначены: 1 шпуры; 2 массив горных пород; 3 разделительная перегородка; 4 и 5 противоположные пары отсеков шпура; 6 линия предполагаемого раскола.

Примером конкретного выполнения предложенного способа может служить осуществление добычи блоков природного камня на карьерах, когда необходимо отделение блоков ценных пород без применения взрыва, который может нарушать их целостность и вызвать нарушение остальногго массива.

Отделяемые блоки представлены, например, породами, содержащими пирит FeS₂ в виде вкрапленности. Шпуры 1 бурят по линии предполагаемого раскола 6, например, со следующими параметрами: диаметр 40 мм, глубина 2 м, расстояние между шпурами 0,3-0,5 м, производят продувку шпуров сжатым воздухом. Затем в шпур 1 вводят и устанавливают по всей его длине крестообразную в поперечном сечении разделительную перегородку 3. Образующиеся противоположные пары отсеков 4 и 5 заполняют охлажденным соляным раствором с различной концентрацией солей или различным химическим составом. Шпуры 1 затем закрывают заглушками.

В качестве солей используют, например, соли металлов CuSO₄ или ZnSO₄, вступающие с веществами, входящими в состав слагающих разрушаемый массив горных пород (в частности, с пиритом) в химическое взаимодействие с образованием осадка. Соляной раствор охлажден, например, до первых градусов ниже 0^оС. При этом в результате реакций взаимодействия с пиритом типа

7CuSO₄ + 4FeS₂ + 4H₂O __ 4 H₂SO₄ + +4FeSO₄ + 4CuS

ZnSO₄ + FeS₂ __ FeSO₄ + ZnS + S. происходит образование осадка, соляной раствор становится менее концентрированным и происходит его замерзание.

В отсеки 4 подают, например, 20%-ный раствор CuSO₄, а в отсеки 5 10%-ный раствор CuSO₄, в результате чего в отсеках 5 раствор замерзнет быстрее. При этом объем образующегося в результате замерзания льда превышает первоначальный объем жидкости, что вызывает увеличение давления на стенки шпура в зонах пары отсеков 5 шпура и возникновение напряжений, ориентированных перпендикулярно линии предполагаемого раскола.

Затем, по мере уменьшения концентрации растворов, происходит их замерзание и в парах отсеков 4. Вследствие этого возрастает объем льда в данных отсеках и увеличивается давление на стенки шпура в зонах пары отсеков 4 в плоскости, ориентированной по линии предполагаемого раскола. В сочетании с первоначально созданными в перпендикулярной относительно данной линии плоскости напряжениями это обеспечивает зарождение в требуемом месте и дальнейшее развитие трещины в необходимом направлении.

Охлаждение раствора в летнее время осуществляют с помощью специальной установки.