Способ прогноза аномальных геодинамических явлений в горном массиве

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ч (! 9) (si)s Е 21 Е 5/00

»с ( ( ( ( (Г (5 г н и ге св се нь ле

ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ЕДОМСТВО СССР

ОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1) 4763734/03

2) 28.11.89

6) 07,02.93. Бюл. М 5

1) Донецкий физико-технический институт АН

СР и Донецкий политехнический институт

2) Н.А. Рязанцев, В.В, Шамаев и А.К. Носач

6) Авторское свидетельство СССР

1168733, кл. Е 21 F 5/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

1055890, кл. Е 21 F 5/00, 1980..

) СПОСОБ ПРОГНОЗА АНОМАЛЬНЫХ

ОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ГОРМ МАССИВЕ

) Изобретение предназначено для прооза аномальных газодинамических явлей в горном массиве. Способствует

Изобретение относится к горному делу ожет быть использовано для прогноза динамических явлений (горных ударов, рхвзрывов, внезапных выбросов, очагов смических толчков) при отработке угольх, калийных и других месторождений поных ископаемых.

Известен способ прогноза удароопасти массива горных пород, включающий ение скважин в слоистом массиве. опеление хрупкости каждого слоя и инсивности акустической эмиссии при ении, Сигналы принимают только в граах слоя, по которому бурят скважину, и апазоне частот, соответствующих длине ны, меньшей двухкратной мощности сао тонкого слоя. Такой прием сигналов водят одновременно в двух точках, коые располагают от забоя скважины на стоянии, большем ее пятикратного диано бу ре те бу ни вд во мо пр то рас

2 повышению точности, оперативности и снижению трудоемкости прогноза. Способ включает бурение скважин и выделение интервалов измерений по длине скважин. При бурении скважин на каждом интервале определяют энергоемкость разрушения и жесткость горных пород. Сравнивают энергоемкость разрушения и жесткость последующего и предыдущего интервалов. При жесткости горных пород последующего интервала больше жесткости предыдущего и энергоемкости разрушения последующего интервала меньше энергоемкости предыдущего последующий интервал считают границей входа в зону, опасную по аномальным геодинамическим явлениям. 2 ил. метра, и одна от другой, на расстоянии боль шем половины диаметра скважины.

С учетом акустического коэффициента затухания и расстояния между точками измерения исключают совпавшие импульсы О по амплитуде и фазе. Получают по каждому Сд слою распределение интенсивности акусти- () ческой эмиссии в краевой зоне и сопостав- (1 ляют его между собой по всем слоям, При с Ъ наличии по всем слоям концентрации интенсивности в краевой зоне в сравнении с интенсивностью в глубине массива прогнозируют уда роопас ность.

Недостатком способа является большой обьем бурения, большое количество операций, и как следствие, высокая трудоемкость прогноза, что приводит к значительному снижению оперативности и достоверности способа.

Известен способ исследования зон повышенных напряжений в массиве горных

1793062

3 пород, включающий бурение скважин и измерение количества энергии, затрачиваемой на бурение 1 пог,м. При величине горного давления выше нормальной затраты энергии резко возрастают. 5

Недостатком способа является невозможность учета явления локализации деформации в горных породах, при котором даже в условиях концентрации высоких напряжений энергия, затрачиваемая на буре- 10 ние 1 пог.м скважины оказывается аномально низкой, так как величина пластически деформируемого объема в отдельных случаях пренебрежимо мала. При этом достоверность определения зон повышенных напря- 15 жений резко снижается.

Наиболее близок к предлагаемому способ определения степени удароопасности: угольных пластов, включающий поинтервальное бурение скважины и на каждом ин- 20 тервале определейие выхода буровой мелочи и ее распределение по хрупкости, времени бурения интервала, скорости подачи бурового инструмента и сейсмоакустической активности, По каждому показателю 25 строят графики его изменения по длине скважины, по которым устанавливают максимальное значение -показателя и расстоянйе от кромки забоя до максимальног6 значейия показателя; полученные значения пересчи- 30 тывают на напряжения и по ним устанавливают степень удароопасности по каждому показателю путем сравнения полученных данных с критериальными.

Основным недостатком способа явля- 35 ется то, что ни один из определяемых пара метров сам по себе не является прямым критерием наличия ни зон концентрации напряжений, ни удароонасности, Комплексный учет большого количества параметров 40 увеличивает трудоемкость способа, но не повышаетдостоверности прогноза, что препятствует широкому применению способа.

Цель изобретения — повышение достоверности, оперативности и снижение трудоемко- 45 сти прогноза аномальных геодинамических явлений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу прогноза геодинамических явлений, включающем бурение сква- 50 жины, и выделение интервалов измерений по длине скважины, при бурении скважины поинтервально определяют энергоемкость разрушения и жесткость горных пород, сравнивают жесткость и энергоемкость последу- 55 ющего и предыдущего смежных интервалов, при этом, если последующий интервал имеет жесткость большую, чем предыдущий, а энергоемкость меньшую, То данный интервал считают границей входа в зону опасную по развитию аномальных геодинамических явлений (АГДЯ), Новизна предлагаемого способа заключается в том, что при бурении скважины поинтервально определяют акустическую жесткость и энергоемкость разрушения горных пород, сравнивают друг с другом смежные интервалы по акустической жесткости и энергоемкости, и считают границей входа в опасную зону условие, когда из двух смежных интервалов более жесткий интервал имеет энергоемкость меньшую, чем предыдущий.

Из открытой печати неизвестно об их использовании в качестве критериев прогноза геодинамических явлений при разработке месторождений твердых полезных ископаемых.

Слои с большей акустической жесткостью(компетентные слои) являются концентраторами напряжений и определяют запасы энергии в горном массиве, Авторами установлено, что в отличие от общепринятого мнения прочность, пластичность и энергоемкость разрушения пород с ростом всестороннего давления не возрастаат, а изменяются периодически при определенных давлениях эти параметры имеют аномально низкие значения. При этом разница между накопленной энергией и энергоемкостью разрушения расходуется на кинетическую энергию разлета (отброса, выброса) разрушенного материала. Энергоемкость разрушения компетентных слоев песчани.ка, например, в ряде случаев оказывается меньше не только энергоемкости менее жестких слоев; но и энергоемкости слоев угля и глинистого сланца.

Способ не требует разработки новой аппаратуры и не вносит изменений в технологию ведения проходческих работ.

Пример. Способ прогноза аномальных геодинамических явлений по энергоемкости разрушения акустически жестких (компетентных) слоев осуществляется следующим образом. Из забоя выработки бурят по ее оси разведочную скважину диаметром б h 80 мм. Длина скважины не менее 15 м.

К пускателю электродвигателя бурового станка подключают самопишущий амперметр Н392, входящий в регистрирующий блок аппаратуры УПКЛ (контроля резинотросовых лент) во вэрывоискробезопасном исполнении, либо самопишущий киловаттметр Н350. С помощью укаэанной самопишущей аппаратуры в процессе бурения скважины фиксируют на диаграммной ленте изменение величичы тока статора l <, либо потребляемой мощности N>, зависящих в

1793062 6 основном только от энергоемкости р у1иения породы. ти разру- ленных на ти р у- ых на разных расстояниях от излучателя

На по циклоиде. а фиг,1 приведен фрагмент записи из- По пол ченны б т К б 2— ляемои мощно- фик изменения ква ата

Ыфр ц ) р менения жестко- длине скважины иг,2 скважины.

I и и энергоемкости разрушен ия по длине менной ия по плотности р адекватно отражает ю е ен у ругих своиств (жесткости) масть леaeepra- териал ений результатам многочисленных плотность одного и того жи ы может на 5%. п гонного метра (п.м.) скважин р д изменяется не более чем ть оценена любым образом (например, с и мощью планиметра как и лощадь под кри- изменения, с Производится совмещение графиков в И изменения мощности Й ти за чистое вре- 15 рушения по ения жесткости и энергоемкости разм бурения 1 п,м, скважины t. У прощенно. и иве у я по длине скважиньь Так, на фиг.2 р ден совмещенный график изменения

l=(N -К )

- квадрата скорости акустической (деформа— 1 xx) ц ой) волны и энергоемкости разрушеионн гд Nxx — мощность холостого хо да. 20 у ш ния по .,лине скв

О условиях ш ажины, полученный в

При неизменных пара б

О у шахты им. Стаханова ПО "Красной, = сопзг(см.фиг.1). метрах урения а мейск г р у оль при проведении вентиляцивершлага 1 гор. 6 бло а идно, что на интервале отметок ста ка определяют фактическу теля урового 3,0-4,5 м воз встает р т жесткость, а энергоемр ру ния уменьшается. Следо акую энерго- 25 кость аз ше и с роят график ее изме при урении тельно, можно жно утверждать, что этот интервал скв жины, приведенный на фиг.2. нения по длине являет ся опаснои зоной по АГДЯ. редлагаемый способ по сравнению с окончании бур ни скважин - 30 мощ ю досылочных штанг ил б у с по- кость и эне г р оемкость разрушения пород в ва осылают скважинны и уровогоста- и о ессеб р ц урения скважины(ln situ) с автоакус ического каротажа (типа УЗС-72) с не- об ныи зонд для матической ег обрабо ои и фор ци .

-излучателем и по- Прогноз выполня

-изл - рогноз выполняется в реальноммасшУДЩ 37П, Изменяя базу меж ком типа табе в емен р и, оперативно, При выполнении осущ ствляют продольное и офил ду датчиками прогноза в не ескольких забоях целесообразни профилирова- но использовать П3 жест ости. Вместо применения и тической вательность вы полнения операций позволяет датчи ов возможно применение т е - 40 я подвижных достове но с выс р окои точнс тью (до 1 м) опподви ных датчиков-приемников ние трех не- 40 ределять г ани ы 8 р ц хода в опасную зону и в установ- выхода из нее.

Ф

Сп мическ чающи интерв оценку лений, повыш жения т ных ге массив интерва рмула изобретения соб прогноза аномальных геодинах явлений в горном массиве, вклюбурение скважин, выделение лов измерений по длине скважин, номальности геодинамических явт л и ч а ю шийся тем, что, с целью е ия точности оперативности и сниудоемкости определения аномальо инамических явлений в горном е, при бурении скважин на каждом е определяют энергоемкость разрушения и жесткость горных пород, сравнивают энергоемкость разрушения и жесткость последующего и предыдущего интервалов и при жесткости горных по о ду щего интервала больше жесткости горных пород предыдущего интервала, а ледующего энергоемкости разрушения после ю интервала меньше энергоемкости разрушения предыдущего интервала, последующий интервал считают границей входа в зону опасную по аномальным геодинамическим явлениям.

1793062

Редактор T,Ôåäîòàà

Заказ 486 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Л кВг

Составитель Н.Рязанцев

Техред М.Моргентал Корре кто р С. Юско