Способ проведения наклонной штольни для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе
METHOD FOR CONSTRUCTING AN INCLINED RAISE FOR OPENING LAVA TUBES ON THE MOON AND MARS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для осуществления хозяйственной деятельности на Луне и Марсе с целью создания долговременной базы и добычи полезных ископаемых.
Размещение научных и производственных баз в лавовых трубках на Луне и Марсе [Lava tubes on Earth, Moon and Mars: A review on their size and morphology revealed by comparative planetology / Francesco Sauro, Riccardo Pozzobon, Matteo Massironi, Pierluigi De Berardinis, Tommaso Santagata, Jo De Waele // Earth-Science Reviews. - 2020. - Vol. 209. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103288] позволит снизить влияние космической радиации на персонал и оборудование, уменьшить колебание температуры в окрестности базы, а также обеспечит ее защиту от метеоритов [Detection of Intact Lava Tubes at Marius Hills on the Moon by SELENE (Ka-guya) Lunar Radar Sounder / T. Kaku, J. Haruyama, W. Miyake, A. Kumamoto, K. Ishiyama, T. Nishibori, K. Yamamoto, Sarah T. Crites, T. Michikami, Y. Yoko-ta, R. Sood, H. J. Melosh, L. Chappaz, K. C. Howell // Geophysical Research Letters. - 2017. - Vol. 44. - P. 10155-10161. https://doi.org/10.1002/2017GL074998].
Известен способ проведения подземных выработок проходческими комбайнами избирательного действия [Петров, А.И. Проходчик горных выработок. Справочник рабочего [Текст] / А.И. Петров, Г.Г. Штумпф, П.В. Егоров, Л.В. Баранов, В.М. Юрченко, С.П. Печенихин, М.П. Латышев. - М.: Недра, 1991. - 646 с., стр. 490], например проходческим комбайном 1ГПКС [Копейский машиностроительный завод. Комбайн проходческий 1ГПКС [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
https://www.kopemash.ru/products/1/63.html. - Заглавие с экрана].
Способ реализуется за счет механической отбойки горной массы породоразрушающим органом комбайна с дальнейшим ее удалением из горной выработки посредством погрузки в транспортные средства (вагонетки, магистральный ленточный или скребковый конвейер).
Недостатком этого способа является необходимость удлинения конвейера по мере продвижения комбайна вглубь штольни, что значительно усложняет горные работы и затрудняет их полную автоматизацию, особенно в условиях реализации технологического процесса на Луне и Марсе.
Наиболее близким к предлагаемому, является буровзрывной способ проведения горных выработок [Петров А.И. Проходчик горных выработок. Справочник рабочего [Текст] / А.И. Петров, Г.Г. Штумпф, П.В. Егоров, Л.В. Баранов, В.М. Юрченко, С.П. Печенихин, М.П. Латышев. - М.: Недра, 1991. - 646 с., стр. 480]. В соответствии с этим способом проходка выработки осуществляется посредством периодически повторяющихся операций, включающих в себя бурение шпуров, их заряжание и взрывание с последующей погрузкой и транспортировкой отбитой горной массы.
Недостатком этого способа, при его использовании для проведения наклонной штольни с целью вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе, является значительный объем бурильных работ, а также необходимость транспортировки отбитой горной породы из штольни в процессе ее проведения. Это усложняет проходку и делает ее более продолжительной по времени.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении возможности проведения наклонной штольни для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе без необходимости транспортировки отбитой горной породы на дневную поверхность.
Техническая проблема решается тем, что в предлагаемом способе, включающем предварительное щелеобразование по контуру штольни на всю ее длину и последующее дробление отделившегося от массива блока породы взрывным способом, согласно изобретению, взрывные скважины для щеле-образования бурятся таким образом, что их оси пересекаются в одной точке с внешней стороны лавовой трубки с прямой, лежащей в плоскости поперечного сечения лавовой трубки и пересекающей поверхность геометрической фигуры, описывающей контур входа в штольню, при этом эта прямая также пересекает под острым углом прямую, образующуюся при пересечении плоскостей поперечного сечения лавовой трубки и дневной поверхности.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в уменьшении времени проходки штольни.
Указанный технический результат достигается тем, что после проведения буровзрывных работ отбитая горная масса проваливается в лавовую трубку за счет геометрии и расположения оконтуриваемого блока горной породы, что устраняет необходимость ее транспортировки из проведенной штольни на дневную поверхность.
Заявляемый способ позволяет проводить штольни с различной формой поперечного сечения. Процесс проведения наклонной штольни для вскрытия лавовой трубки на Луне и Марсе показан на примере образования горной выработки со сводчатой кровлей, наклонными на выработку стенками и почвой в форме обратного свода. Сводчатая форма поперечного сечения является предпочтительной при проведении штольни в прочных скальных породах без крепления [Васючков, Ю.Ф. Горное дело [Текст] / Ю.Ф. Васючков. - М.: Недра, 1990. - 512 с., стр. 58]. Наклонные стенки и почва в форме обратного свода у штольни повышают эффективность удаления отбитой горной породы в лавовую трубку.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показан трехмерный вид фрагмента лавовой трубки с обозначением положения оконтуриваемого блока горной породы и взрывных скважин. На фиг.2 показан трехмерный вид фрагмента лавовой трубки с положением оконтуриваемого блока горной породы после проведения щелеобразования, в момент его движения в сторону полости лавовой трубки.
Проведение штольни в соответствии с заявляемым способом осуществляется в следующем порядке. По контуру штольни с дневной поверхности бурятся контурные взрывные скважины 1 на всю ее длину таким образом, что их оси пересекаются в одной точке А с внешней стороны лавовой трубки 2 с прямой АВ, лежащей в плоскости поперечного сечения А-А лавовой трубки 2. Плоскость поперечного сечения А-А проведена перпендикулярно к оси 00] лавовой трубки 2 и пересекается с ней в точке С. Прямая АВ также пересекает в точке В поверхность геометрической фигуры 3, описывающей контур входа в штольню. При этом прямая АВ также пересекает в точке D под острым углом у прямую DE, образующуюся при пересечении плоскости поперечного сечения А-А лавовой трубки 2 и плоскости дневной поверхности В-В (фиг.1).
После бурения контурных взрывных скважин 1, в оконтуриваемом блоке горной породы 4, вдоль прямой АВ, с дневной поверхности бурятся скважины 5 для закладки дробящих зарядов (фиг.1). Далее осуществляется заряжание всех скважин, при этом для улучшения щелеобразования, часть контурных взрывных скважин 1 может быть оставлена не заряженными и использоваться в качестве компенсационных.
После этого осуществляется одновременный подрыв контурных взрывных скважин 1. В результате этого, вдоль контура штольни, образуется контурная щель. Под действием продуктов взрыва в ней и силы тяжести, оконтуриваемый блок горной породы 4 начинает движение в сторону полости лавовой трубки 2 в направлении, обозначенном стрелкой L (фиг.1, фиг.2). При этом между оконтуриваемым блоком горной породы 4 и поверхностью штольни образуется компенсационное пространство 6, после появлении которого происходит взрывание дробящих зарядов, размещенных в скважинах 5 (фиг.2).
Наличие компенсационного пространства 6 устраняет запрессовку взорванной горной породы в образовавшейся штольне. Раздробленная взрывом горная порода далее под действием уклона почвы в образованной штольне высыпается в полость лавовой трубки 2. Наклонные стенки 8 штольни направляют отбитую горную породу в сторону почвы 9, форма которой в виде обратного свода облегчает процесс скатывания разрушенной горной породы в полость лавовой трубки 2 (фиг.2).
Таким образом, в соответствие с предлагаемым способом, становится возможным проведение наклонных штолен с различной формой поперечного сечения для вскрытия лавовых трубок на Луне и Марсе. Отсутствие необходимости транспортировки отбитой горной породы из проведенной штольни на дневную поверхность упрощает реализацию заявляемого способа роботизированными техническими средствами.