Способ контроля устойчивости горных пород

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам изучения свойств исостояния горных пород в массиве. Цель изобретения - повышение достоверности контроля устойчивости горных пород. На участках массива, подлежащих контролю и находящихся в радиусе действия технологических взрывов, регистрируют вызванную взрывами сейсмоакустическую эмиссию (САЭ), определяют начальный и фоновой уровни активности и коэффициенты вариации активности в низкочастотном (НЧ) и высокочастотном (ВЧ) диапазонах. Сопоставляют полученные в процессе контроля после очередных взрывов результаты с первоначальными, служащими нормой контроля, и в случае синхронного возрастания начального и фонового уровней активности САЭ в обоих диапазонах определяют начало стадии снижений устойчивости горных пород в контролируемой зоне. Момент перехода контролируемого участка в опасно неустойчивое состояние определяют по одновременному возрастанию коэффициентов вариации активности НЧ- и ВЧ-сигналов, увеличению начального и фонового уровней активности НЧ-сигналов, вызванной САЭ. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к горному делу и может быть использовано дЛя контроля устойчивости целиков/кровли, призабойной части и других участков массива горных пород.Известен способ контроля напряженного состояния участков массива горных по^ род, основанный на регистрации активности импульсов акустической эмиссии (АЭ), возникающих в массиве при бурении и взрывании шпуров в забоях выработок в ходе технологических циклов. По увеличению отношения величин активности АЭ при взрывании и бурении судят о повышении напряженного состояния контролируемого участка.Однако данный способ обладает недостаточной достоверностью, так как из широ-VjСл)ГО>&

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4623688/03, (22) 21.12.88 (46) 07.02.92. Бюл.М5 (71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР (72} И.А.Торгоев, Ю.Г.Алешин и В,А.Мансуров (53) 622,23,05 (088.8) (56) Фатхи В.А., Хрыков А.Н. Контроль напряженного состояния участков массйва горных пород по регистрации акустической эмиссии при динамическом воздействии.

Геологические и геофизические методы .и средства прогнозирования горногеологиче. ских условий ведения горных работ на угольных месторождениях. Сборник научных трудов. — Л.: В НИМИ, 1936, с. 36 — 39.

Булат А.Ф., Хохолев В.К. Оценка напря-. женно-деформированного состояния горного массива методом сейсмоакустического последействия,-Уголь Украины,3988,В 2, с.31 — 32. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ

ГО НЫХ ПО ОД (57) Изобретение относится к горному делу, в частности к способам изучения свойств и

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для контроля устойчивости целиков, кровли, призабойной . части и других участков массива горных пород

Известен способ контроля напряженно-го состояния участков. массива горных пород, основанный на регистрацию активности импульсов акустической эмие,, ЯЦ„, 1710732 А1 состояния .горных пород в массиве. Цель изобретения — повышение достоверности контроля устойчивости горных пород. На участках массива, подлежащих контролю и находящихся в радиусе действия технологических взрывов, регистрируют вызванную взрывами сейсмоакустическую эмиссию (САЭ), определяют начальный и фоновой уровни активности и коэффициенты вариации активности в низкочастотном (НЧ) и высокочастотном (ВЧ) диапазонах. Сопоставляют полученные в процессЕ контроля после очередных. взрывов результаты с первоначальными, служащими нормой контроля, и в случае синхронного возрастания начального и фонового уровней активности

САЭ в обоих диапазонах определяют начало стадии снижения устойчивости горных пород в контролируемой зоне. Момент перехода контролируемого участка в опасно неустойчивое состояние определяют по одновременному возрастанию коэффициентов вариации активности НЧ- и ВЧ-сигналов, увеличению начального и фонового уровней активности НЧ-сигналов, вызванной САЭ. 2 з.п,ф-лы, 2 ил. сии (АЭ), возникающих в массиве при бурении и взрывании шпуров в забоях выработок в ходе технологических циклов. По увеличению отношения величин активности

АЭ при взрывании и бурении судят о повышении напряженного состояния контролируемого участка.

Однако данный способ обладает недостаточной достоверностью, так как из широ1710732

20

30 кого спектра сигналов вызванной АЭ регистрируют активность лишь высокочастотных импульсов в диапазоне частот l0—

50 кГц, которые несут информацию о накоплении дефектов структуры, не оказывающих существенного влияния на устойчивость контролируемого участка. По мере возрастания горного давления активность высокочастотных импульсов вызванной сейсмоакустической эмиссии (CA3) после взрывов может нарастать и значительно превышать начальный урорень активности, зарегистрированный непосредственно после взрыва, что снижает достоверность известного способа, поскольку в качестве информативного параметра состояния контролируемого участка используется начальный уровень активности вызванной САЭ.

Наиболее близким по технической сущ.ности к предлагаемому является способ оценки напряженно-деформированного состояния горного массива по сейсмоакустическому последействию, при котором состояние массива оценивается по параметрам вызванной САЭ, характеризующим начальный уровень и затухание активности. после динамического воздействия.

Недостатком известного способа является снижение достоверности оценки напряженно-деформированного состояния по мере возрастания горного давления, по, скольку при увеличении нагрузки затухание вызванной САЭ принимает,нестационарный характер за счет неустойчивости прогрессирующего трещинообразования.

Цель изобретения — повышение достоверности контроля устойчивости горных пород.

Достоверное распознавание стадии снижения устойчивости контролируемых участков массива горных пород повышает безопасность горных работ и позволяет предотвратить ущерб, связанный с опасными г роявлб иями потери устойчивости на контролируемых участках массива.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе оценки напряженнодеформированного состояния горного массива, заключающемся в определении характера затухания. активности вызванной

САЭ. регистрацию САЭ осуществляют одновременно в двух частотных диапазонах-высоко- и низкочастотном, при этом для выявления последовательных стадий снижения устойчивости горных пород s контролируемой зоне наряду с определением начального и фонового уровней активности контролируют изменение коэффициентов вариации активности СА3 во времени.

Известно, что взрывные работы вызывают вспышку активности САЭ, которая постепенно затухает после взрыва. Характер сейсмоакустической реакции горных пород на взрыв позволяет оценивать степень устойчивости горных пород в зоне влияния взрыва, которые считаются устойчивыми, если состояние горных пород таково, что небольшое нарушение условий, в которых находятся горные породы, вызывает при взрыве, соответственно, небольшое изменение сейсмоакустической реакции в форме относительно быстрого и стабильного квазиэкспоненциального затухания вызванной

САЭ в низко- и высокочастотном диапазонах частот, Если в результате изменения горнотех-ничЕских условий после Очередного взрыва зафиксировано значительное изменение сейсмоакустической реакции контролируемого участка в форме значительно взросших начальных уровней активности, а также в форме длительного, нестабильноro и многофазного процесса затухания вызванной САЭ с выбросами ее активности на фоне общего спада по кваэиэкспоненциальному закону, состояние контролируемого участка характеризуется как неустойчивое. Величина отклонений характеристик процесса затухания активности САЭ от квазиэкспоненциального, являющаяся основным показателем устойчивости, оценивается по изменению коэффициента вариации активности вызванной

САЭ, в низко- и высокочастотном диапазонах во времени. Одновременный контроль

САЭ в низко- и высокочастотном диапазонах частот позволяет .оценивать степень снижения устойчивости горных пород за счет контроля характера изменения частотного состава вызванного сейсмоакустического излучения, поскольку образование более крупных трещин, определяющих степень устойчивости горных пород, сопровождается опережающим ростом активности

САЭ в низкочастотном диапазоне, Именно по этой причине контроль характера затухания активности вызванной САЭ в низко- и высокочастотном диапазонах позволяет не

50 только выявлять начало стадии снижения устойчивости, но и своевременно определять момент перехода горных пород в контролируемой зоне в опасное неустойчивое состояние. Одновременный контроль вызванной САЭ в двух различных диапазонах частот позволяет, кроме того, снизить погрешность оценки устойчивости, обусловленную разнородностью, встречающихся в процессе реализации способа горногеологических условий и вариаций физико-меха1710732 двух диапазонах — высокочастотном и низ- . кочастотном, что позволяет более достоверно судить о состоянии контролируемого 15 участка массива.

На фиг.1 и 2 показан характер затухания активности соответственно низкочастотной и высокочастотной сейсмоакустической эмиссии на различных стадиях устойчивости целика.

Способ осуществляют следующим образом, 20

На контролируемом участке массива горных пород бурят взрывную и контроль- 25 ную скважины (шпур) глубиной не менее 2 м с таким расчетом, чтобы обе скважины выходили за зону приконтурных трещин, а расстояние между ними 4 — 5 м. В контрольной

30 скважине устанавливают датчики, подключаемые к двухканальному регистратору сейсмоакустической эмиссии, например, типа

АЭР-2Ш, один из каналов которого настраивается на регистрацию САЭ s низкочастот35 ном диапазоне 0,2 — 3,0 кГц, а второй — в высокочастотном диапазоне 10 — 50 кГц. Во взрывную скважину заряжают 1 кг взрывчатого вещества и до устья заполняют забойкой, После подготовки регистрирующей аппаратуры в течение определенного вре- 40 мени проводят измерение йф — уровня активности сейсмоакустического фона, например 10 циклов по 1 мин каждый. В начале II цикла инициируют взрывчатый заряд и проводят регистрацию САЭ в низко- и 45 высокочастотном диапазонах до тех пор пока активность вызванной САЭ не спадаетдо, уровня, зарегистрированного непосредст-. венно перед взрывом. После проведения

50 измерений строят графики хода сейсмоакустической активности, определяют величину начального йои фонового йф уровней активности, коэффициенты вариации активности САЭ, которые в дальнейшем.служаг нормой контроля. При изменении горнотех- 66 нической ситуации- или горногеологических условий повторяют процедуру измерения вызванной САЭ и полученные результаты сопоставляют с нормой контроля или ре-. зультатами предыдущих измерений. Если нических свойств горных пород, влияющих на их эмиссионную активность в том или ином частотном диапазоне.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что 5 предлагаемый способ отличается тем, что наряду с определением начального уровня активности, определяется фоновый уровень активности, а также коэффициент вариации активности вызванной САЭ, причем конт- 10 роль и сопоставление относительного изме- . нения перечисленных параметров ведется в при этом зафиксировано синхронное возрастание начального и фонового уровней активности САЭ в обоих диапазонах частот, свидетельствующее об изменении напряженного состояния и интенсификации процессов трещинообразования, принимается решение о начале снижения устойчивости контролируемого участка. 8 дальнейшем в процессе контроля обращают внимание на определение коэффициентов вариации сейсмоакустической активности; В случае, если в ходе последующего контроля сейсмоакустической реакции участка на очередное взрывное воздействие, зафиксировано одновременное возрастание коэффициентов вариации активности САЭ в обоих частотных диапазонах, а также дальнейшее увеличение начального и фонового уровней активности низкочастотных сигналов вызванной САЭ, состояние контролируемого участка оценивают как переходное к опасно неустойчивому.

Изобретение иллюстрируется следующим примером контроля устойчивости целика, нагружаемого за счет удаления с помощью взрывов окружающих близкорас-,положенных целиков. Реакция активности низкочастотной САЭ ведется в диапазоне частот 0,2 — 2,0 кГц, а высокочастотной — в диапазоне 10 — 30 кГц аппаратурой типа

АЭР-2Ш. Результаты измерений активности вызванной САЭ после трех взрывов на различных стадиях напряженного состояния целика, контролируемого одновременно с помощью деформометров, представлены на фиг.1 и 2, Кривые 1, построенные по результатам, полученным после первого взрыва характеризуются стационарным характером затухания, что наряду с низкими значениями начального No и фонового Йф уровней активности высокочастотной (No =

=100 имп/ч, йф = 20 имп/ч) и низкочастотной САЭ (Np = 11 имп/ч, йф = 0 имп/ч) служит основанием для решения о том, что на этой начальной стадии на гружения состояние целика устойчивое. Затем в процессе дальнейшей.пригрузки целика после очередного второго взрыва (кривые 2) по значительному — более чем двукратному увеличению начального и фонового уровней активности в обоих диапазонах, увеличению вариации активности вы-, сокочастотной САЭ определено начало стадии снижения устойчивости целика, что. подтверджается возрастанием скорости деформации целика. Наконец, после третьего взрыва по продолжающемуся возрастанию начального и фонового уровней активности низкочастотной САЭ, одновременному возрастанию вариации

1710732

Вреа аеоее ээрмее

Фег. 1

I80

120

Составитель М.Китайская

Техред М.Моргентал - Корректор М.Демчик

Редактор О.Головач

Заказ 319 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5

ПроизводственнО Издательский мж4живт ПэйиФт", г» 6ВЩЙЩ уя.Гве арина, 101 активности в обоих диапазонах частот (кривые 3) определен момент перехода контролируемого целика в опасно неустойчивое состояние. По истечении небольшого времени после третьего взрыва целик начинает 5 активно разрушаться и теряет несущую способность, что находит отражение в скачкообразном возрастании скорости деформации и увеличении активности сигналов разрушения. 10

Формула изобретения

1. Способ контроля устойчивости горных пород, включающий определе-, ние активности, вызванной взрывами сей- 15 смоакустической Эмиссии, и изменение начального и фонового уровней активности, по которым определяют момент перехода контролируемого участка в опасно неустойчивое состояние. отличающийся тем, 20 что, с целью повышения достоерности КоНтроля устойчивости горных пород, активность акустической эмиссии определяют в низко- и высокочастотном диапазоне частот и устанавливают изменение коэффициента вариации активности сейсмоакустической эмиссии во времени, 2. Способ по п,1. отличающийся тем, что начало стадии снижения устойчивости определяют по синхронному возрастанию начального и фонового уровней активности высоко- и низкочастотных сигналов, вызванной взрывами сейсмоакустической Эмиссии.

3. Способпопп.1и2,отл ича ющийс я тем, что момент перехода контролируемого участка в опасно неустойчивое состояние определяют по одновременному возрастанию коэффициентов вариации активности, высоко- и низкочастотных сигналов, увеличению начального и фонового уровней активности низкочастотных сигналов вызванной сейсмоакустической эмиссии,