Способ контроля заколообразования в горных выработках

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) д11 1 Б 21 С 39/00 ф@, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3771165/22-03 (22) 11.07.84 (46) 30.01.86. Бюл. ¹ 4 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) Ю.Я. Минин, А.В. КоРн, В.M. Проскуряков, В.Н. Габченко и А.А. Нейфельд (53) 622.289(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1059178, кл. E 21 С 39/00, 1981.

Смирнов В.А. Исследование напряженного состояния угольных пластов, опасных по горным ударам, сейсмоакустическим методом. — Геофизическое приборостроение, вып. 14. Л., 1962ь с. 59-65. (54)(57) СПОСОБ KOHTPOJM ЗАКОЛООБРАЗОВАНИЯ B ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ, основанный на регистрации сейсмоактивности пород в процессе бурения скважины на исследуемом участке, измерении скорости бурения и определении положения максимума сейсмоактивности по род в массиве, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности контроля, предварительно проводят измерения в устбйчивом, не имеющем заколов участке и полученную скорость бурения принимают за эталонную, затем измеряют время бурения и длину скважины на исследуемом участке и определяют ее превышение по сравнению с длиной скважины, рассчитываемой по эталонной скорости бурения и затраченному на бурение времени, после чего бурят дополнительную скважину на глубину, равную величине превышения, измеряют время, затраченное на бурение дополнительной скважины, и определяют глубину распространения зоны заколообразования как сумму величины превышения и длины скважины, пробуриваемой с эталонной скоростью за время, затраченное на бурение дополнительной скважины.

1208239

Изобретение относится к горному делу, к проблеме прогнозирования устройчивости выработок на основе изучения состояния краевой части массива. 5

Целью изобретения является повышение точности контроля заколообразования, На фиг, 1 схематически показано изменение сейсмоактивности массива по мере удаления от обнажения при бурении скважины на усгойчивом без заколов участке выработки; на фиг. 2 — расчетное и фактическое изменения сейсмоактивности при бурении скважины на контролируемом участке, имеющем заколообразование, начиная от.снабжения выработки в глубину краевой части массива.

На чертежах приняты следующие обоз- 2О начения:!,, 3 ., З и max,, тпах пах — графики изменения сейсмоактив-.

3 ности по мере удаления от обнажения. и расположение ее максимальных. значений при бурении соответственно в

25 устойчивое без заколов обнажение выработки, на контролируемом участке и рассчитанные;

I,2,3 — расположение начала снижения сейсмоактивности после достижения ЗО максимума при бурении соответственно в устойчивое без заколов обнажение выработки, на контролируемом участке и рассчитанное;

4 — сечение горной выработки;

5 — скважина, пробуренная на устойчивом без заколов участке выработки;

6 — скважина, пробуренная на контролируемом участке; 40

7 — дополнительная скважина, пробуренная на контролируемом участке;

8 — фактическое удлинение скважины, равное величине неравенства ее относительно рассчитанного удаления снижения сейсмоактивности;

9 — зона развития заколообраэования, равная удлинению скважины, вследствие увеличения скорости бурения относительно эталонной; l0 — эона развития заколообразования, соответствующая эталонной ско-рости бурения.

Способ осуществляют следующим образом.

I)

Б защищенное от заколов обнажение или на неимеющем заколов участке выработки 4 бурят скважину 5 и измеряот сейсмоактивность Л, массива I3 TIpoцессе бурения по мере удаления от обнажения до момента начала ее снижения 1 эа зоной достигнутых максимальных -значений шах,, после чего бурение прекращают. Регистрируют затраченное на бурение время и определяют среднюю скорость бурения, которую принимают за эталонную. Затем бурят скважину 6 на контролируемом участке выработки 4 и снова .измеряют сейсмоактивность 3 массива в пропес 3 се бурения по мере удаления от обнажения до начала ее снижения 2 по досмаксимума этого бурение прекращают, регистрируют затраченное на бурение время и измеряют длину пробуренной скважины

6. По эталонной скорости бурения и времени бурения на контролируемом участке определяют рассчитанное удаление начала снижения предполагаемых местоположений значений сейсмоактив1ности .! массива. за зоной тахэ,которое получают в положении 3, Длицу пробуренной скважины 6 в месте контроля сравнивают с рассчитанным удалением начала снижения 3 сейсмоактивности „ . При равенстве их прогнозируют отсутствие заколообразования.

При их неравенстве, когда длина пробуренной скважины 6 больше рассчитанного удаления начала снижения 3 сейсмоактивности Л за зоной максимума

max на величину фактического удлинения 8, регистрируют в краевой части массива заколообразование,которое распространяется в глубь, начиная от снабжения выработки 4 на зону 9, соответствующую удлинению 8 скважины 6, и дальше. Тогда в месте контроля рядом бурят дополнительную скважину 7 глубиной, равной полученному фактическому удлинению 8, и измеряют время, затраченное на ее бурение.

Определяют длину зоны 10 перебуриваемой скважины 6 за это время с эталонной скоростью бурения. Устанавливают глубину распространения эаколообразования в краевой части массива как сумму двух зон: зоны 9, равной фактическому удлинению скважины 6, и зоны 10„ рассчитанной по эталонной скорости за время, затраченное на бурение дополнительной скважины 7.

Обнаружение в краевой части массива ослабленной sîoíHbû з а колов и установление глубины ее распростране1208239 4 ния базируется на экспериментально полученном смещении максимума сейсмоактивности по глубине скважины при бурении в выработках, имеющих ослабленную зону. Если ослабленной зоны нет, то средняя скорость бурения в однотипных породах соответствует измеренной средней скорости бурения в обнажение, проверенное на отсутствие заколов. Наблюдается только разница в .удалении и величине максимума сейсмоактивности на контролируемом участке относительно участка выработки без заколов в виду различия в горнотехнических условиях. Измеряемая сейсмоактивностьобуславливается напряженным состоянием краевойчасти массива. момент снижения сейсмоактивности за зоной максимума соответствует напряженному состоянию, где оно начинает приближаться к соответствующему для нетронутого массива.

Краевая часть массива, начиная от обнажения до этой зоны, наиболее подвержена развитию заколообразования. Поэтому бурят скважину до начала снижения сейсмоактивности по достижении ею максимума, который подтверждается последующим снижением. Если в краевой части массива есть зона заколообразования, то происходит смещение фактического расположения максимума сейсмоактивности от рассчитанного. Средняя скорость бурения не соответствует средней скорости бурения на участке выработки без заколов. Перебуривание ослабленного участка краевой части массива происходит за короткий промежуток време,ни относительно времени бурения по прочному массиву. В результате сквалыжна получается удлиненной от рассчитанной по эталонной скорости бурения, которая меньше скорости бурения в ослабленной зоне,где развивается эаколообразование. Пример . В горных выработках

Миргалимсайского месторождения, пройденных в тонкослоистых плитчатых пачках известняков и доломитов, на глубоких горизонтах с увеличением горного давления развивается интенсивное заколообразование, требующее постоянного контроля для поддержания устойчивости обнажений. Контроль эаколообразования осуществляют по мере проходки выработок и при их длительной эксплуатации.

В тщательно защищенное обнажение устойчивого участка выработки по

55 тонкослаистой пачке известняков бурильной машиной ударно-вращательного действия бурят скважину диаметром

42 мм и с помощью акустического прибора ВШ1МИ с диапазоном частот 1

100 кГц и секундомера непрерывно измеряют сопровождающую процесс бурения сейсмоактивность массива за

10-секундные интервалы времени и строят график изменения ее интенсивности в импульсах по глубине скважины, длину пробуренных участков которой за эти интервалы времени устанавливайт по подаче буровой штанги. Измерения продолжают до момента начала снижения ее интенсивности после достижения максимальных значений, которые составляют 31 тыс.импульсов/10 с, так как все предыдущие измеренные значения интенсивности на графике меньше этого значения, а в последующие

10 с она составляет .29 тыс ° импуль сов. После получения этого значения бурение прекращают. Регистрируют затраченное на бурение время, которое при бурении в устойчивое обнажение в зависимости от степени напряженности изменяется и составляет в среднем (60 с. По вычисленным скоростям подачи буровой штанги на отдельных участках скважины определяют для всей пробуренной скважины среднюю скорость бурения, которую принимают за эталонную. О»а составляет 0,02 м/с.

Бурят скважину в однотипных породах на контролируемом участке предполагаемого заколообразования и снова аналогично измеряют сейсмоактивность массива за 10- секундные интервалы времени с построением графика ее изменения по глубине скважины. Измерения продолжают до момента начала снижения интенсивности после достижения максимума. Его фиксируют при

33 тыс. импульсов/10 с, так как все предыдущие значения интенсивности на графике меньше этого значения, а в последующие 10 с интенсивность составляет 28 тыс. импульсов/10 с.

По получении этого значения бурение прекращают и регистрируют затраченное на бурение время, которое в среднем составляет 40 с. По глубине внедрения буровой штанги измеряют длину пробуренной скважины, составляющую 1 у 1 ма

По эталонной скорости бурения

0,02 м/с и времени бурения на контролируемом участке 40 с определяют

1208239

Составитель К. Лыков

Редактор H. Пвыдкая Техред О.Ващишина Корректор М. Максимишинец

Закаэ 21 /42 Тираж 4 70 Подписное

ВНИ111111 Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, 11осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фгп ». ilIlll "11атент", г. Ужгород,, ул. Проектная, 4

Б рассчитанное удаление начала сниже ния сейсмоактивности за зоной максимальных значений, которое составляет 0,8 м.

Длина пробуренной скважины в месте предполагаемого заколообразования больше рассчитанного удаления снижения сейсмоактивности за зоной максимума, т.е, имеет место их неравенство, свидетельствующее о наличии заколообразования, развитого начиная от обнажения в глубину краевой части массива.

Величина неравенства равна 0,3 м.

На глубину 0,3 м, равную этому неравенству, бурят рядом .в месте контроля дополнительную скважину и измеряют время, затраченное на ее бурение, которое составляет 5 с.

Длина участка скважины, пробури-ваемого за это время с эталонной скоростью„ составляет О, 1 м.

Ь

Устанавливают глубину распространения заколообраэования как сумму величины неравенства 0,3 м и длины зоны, перебуриваемой с эталонной скоростью бурения 0,1 м. Глубина рас" пространения заколообразования равна 0,4 м.

В частном случае расположение максимума сейсмоактивности при бурении в устойчивой без наличия ослабленной эоны выработке может быть непосредственно на контуре обнажения или достаточно близко к нему. Тогда начало снижения сейсмоактивности регистрируют во вторые 10 с бурения, поскольку в первые 10 с бурения относительный максимум сейсмоактивности неизвестен. Время бурения для расчета эталонной скорости принимают равным 20 с. Остальные операции проводят аналогично.