Способ контроля целостности породных стенок при строительстве шахтных стволов

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве вертикальных шахтных стволов калийных рудников. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности при строительстве шахтных стволов соляных рудников за счет определения степени трещиноватости и прочности породных стенок ствола в местах предполагаемой установки деревянных кейлькранцев методами неразрушающего контроля. После проходки ствола в необводненных породах каменной соли для определения оптимального места заложения кейлькранцев выполняют площадное исследование всей поверхности породной стенки ствола методами неразрушающего контроля: определяют наличие трещин в породе и прочностные характеристики каменной соли. Далее по полученным данным инструментальных замеров определяют наиболее подходящий интервал поверхности шахтного ствола, сложенного соляными породами для установки опорного кольца кейлькранца, в этом интервале, производят шлифовку стенок шахтного ствола, затем проводят второй цикл инструментальных замеров для определения прочностных свойств соляных пород и наличия в них микротрещин, после чего осуществляют пробивку пикотажных клиньев деревянного кейлькранца. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве вертикальных шахтных стволов калийных рудников.

Известен способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород, заключающийся в том, что выбуренные из горного массива цилиндрические образцы керна просвечивают ультразвуковыми волнами, затем определяют скорости упругих продольных волн в высушенных образцах, сравнивают результаты измерения скоростей и делают вывод о возможных нарушениях в естественном залегании массива пород (Пат. 2515332 Российская Федерация, МПК G01N 15/08, заявл. 18.09.2012, опубл. 10.05.2014, Бюл. №13).

Недостатком данного способа является то, что исследование проводят на образцах керна, которые в полной мере не могут отобразить состояние и характеристики горных пород в условиях естественного залегания, а в некоторых случаях даже могут дать ошибочную картину, так как образцы испытываются в отрыве от взаимодействия с массивом и при их отборе происходит непредсказуемое изменение свойств горной породы, при этом отбор образцов выполняется точечно, что не дает возможности получить непрерывную информацию по всему периметру ствола, и, соответственно, существует высокая вероятность пропуска трещин и других опасных явлений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля шероховатости поверхности шахтных стволов в соляных породах, заключающийся в том, что в нескольких местах контролируемой поверхности определяют среднюю глубину впадин и значение электрической емкости воздушного зазора, затем определяют зависимость этих величин, после чего рассчитывают шероховатость стенки шахтного ствола (Пат. 2612755 Российская Федерация, МПК G01N 27/22, заявл. 23.10.2015, опубл. 13.03.2017, Бюл. №8).

Недостатком предложенного способа является то, что способ не определяет наличие трещин в горном массиве, а также не учитывает прочностные свойства соляных пород.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности при строительстве шахтных стволов соляных рудников за счет определения степени трещиноватости и прочности породных стенок ствола в местах предполагаемой установки деревянных кейлькранцев методами неразрушающего контроля.

Известно, что проникновение через трещины в соляных породах даже небольших объемов маломинерализованной воды, вследствие хорошей их растворимости, может привести к катастрофическим последствиям. Так, например, наличие природной трещиноватости в покровной каменной соли привело к возникновению аварийных водопритоков через тюбинговую крепь в зоне заложения деревянного кейлькранца в стволе №1 Первого Березниковского калийного рудника. Схожие причины, а именно наличие микротрещин в соляной породной стенке на глубину до 3-6 см, привело к размыву соляных пород вокруг пикотажного уплотнения кейлькранцев и аварийному затоплению ствола №3 Третьего Березниковского рудника. Кроме того, достаточно высока вероятность возникновения трещин в породной стенке на участках ослабления ее прочностных параметров в период монтажных работ по установке опорного кольца и пробивки деревянного уплотнения вследствие воздействия высокого давления от набора деревянных клиньев.

Исходя из вышеизложенного, наличие в породной стенке природных трещин и участков ухудшения прочностных свойств в местах сооружения деревянных кейлькранцев, могут привести к аварийным ситуациям и затоплению ствола. Поэтому, боковая поверхность породной стенки в районе пикотажного уплотнения должна быть достаточно прочной и не иметь природных трещин.

Способ осуществляется следующим образом.

После проходки ствола в необводненных породах каменной соли для определения оптимального места заложения кейлькранцев выполняют площадное исследование всей поверхности породной стенки ствола (по всему периметру) методами неразрушающего контроля: определяют наличие трещин в породе и прочностные характеристики каменной соли.

Прочностные характеристики каменной соли определяют с помощью ультразвукового или механического метода.

Принцип определения прочности каменной соли ультразвуковым методом основан на наличии функциональной связи между скоростью распространения ультразвуковых колебаний и прочностью породы. Прочность породы определяют экспериментально по установленным градуировочным зависимостям "скорости распространения ультразвука - прочность породы V=f(R)" или "время распространения ультразвука t - прочность породы t=f(R)". Степень точности метода зависит от тщательности построения тарировочного графика.

Тарировочный график строится по данным прозвучивания и прочностных испытаний контрольных кубиков, приготовленных из соли того же состава, что и в предполагаемом месте закладки деревянного кейлькранца.

В случае отсутствия результатов прочностных испытаний, прочность породы оценивается на качественном уровне, особое внимание уделяется изменчивости показаний ультразвукового измерителя скорости по периметру ствола. Значительные (более трех сигма) отклонения указывают на соответствующие изменения и прочностных свойств.

При использовании механического метода, в зависимости от применяемых приборов, косвенными характеристиками прочности являются:

- значение отскока бойка от поверхности породы (или прижатого к ней ударника);

- параметр ударного импульса (энергия удара);

- размеры отпечатка на породе (диаметр, глубина) или соотношение диаметров отпечатков на породе и стандартном образце при ударе индентора или вдавливании индентора в поверхность породы.

К приборам механического принципа действия относятся: эталонный молоток Кашкарова, молоток Шмидта, молоток Физделя, пистолет ЦНИИСКа, молоток Польди и др. Эти приборы дают возможность определить прочность породы по величине внедрения бойка в поверхностный слой конструкций или по величине отскока бойка от поверхности породы при нанесении калиброванного удара (пистолет ЦНИИСКа).

Наличие трещин определяют люминесцентным способом либо ультразвуковым методом.

Люминисцентный способ заключается в нанесении пенетранта на поверхность породной стенки ствола, при этом капиллярные силы втягивают пенетрант в любую открытую трещину, после чего салфетками с нанесенным ни них очистителем удаляют с поверхности излишек пенетранта, а затем на поверхность наносят проявитель, который вытягивает пенетрант на поверхность из любой поверхностной трещины или поры. Далее осматривают поверхность с помощью ультрафиолетового светильника, который показывает трещины, если таковые имеются, в виде люминесцентных линий или пятен.

При применении ультразвукового метода выполняется профилирование (наблюдения с некоторым шагом по периметру ствола). Наличие трещин устанавливается по уменьшению скорости упругих волн (или увеличению времени прохождения импульсов) относительно среднего значения по профилю. Глубина обнаруженной трещины устанавливается по изменению времени прохождения импульсов при условии, что плоскость трещинообразования перпендикулярна линии прозвучивания. Глубина трещины определяется из соотношений:

где h - глубина трещины;

V - скорость распространения ультразвука на участке без трещин, мк/с;

ta, te - время прохождения ультразвука на участке без трещины и с трещиной, с;

а - база измерения для обоих участков, см.

Далее по полученным данным инструментальных замеров определяют наиболее подходящий интервал (интервал с минимальным количеством, глубиной и раскрытием трещин) поверхности шахтного ствола, сложенного соляными породами для установки опорного кольца кейлькранца.

Перед установкой опорного кольца кейлькранца, производят шлифовку (сглаживание) стенок шахтного ствола, сложенного соляными породами, при помощи специальной шлиф-машинки в районе пикотажного уплотнения.

Затем, на всей отшлифованной (гладкой) поверхности породной стенки проводят второй цикл инструментальных замеров для определения прочностных свойств соляных пород и наличия в них микротрещин.

В случае обнаружения микротрещин и слабых пород проводят повторную обработку (шлифовку) стенок шахтного ствола. После чего производят пробивку пикотажных клиньев деревянного кейлькранца.

Данный способ позволяет с помощью комплексного инструментального контроля провести площадное исследование породных стенок шахтного ствола, достоверно определить, как наличие трещин в соляном массиве, так и прочностные свойства пород в местах предполагаемой установки деревянных кейлькранцев.

1. Способ контроля целостности породных стенок при строительстве шахтных стволов, включающий измерение контролируемого параметра, определение оптимального места заложения деревянного кейлькранца, отличающийся тем, что проводят площадное исследование породной стенки шахтного ствола на наличие трещин в соляной породе и определение ее прочностных характеристик неразрушающими методами контроля, по результатам которого определяют подходящий интервал для установки опорного кольца кейлькранца, после чего в этом интервале производят шлифовку стенок шахтного ствола до гладкой поверхности и выполняют второй цикл инструментальных замеров на предмет отсутствия трещин в соляной породе, а затем осуществляют пробивку пикотажных клиньев деревянного кейлькранца.

2. Способ по п. 2, отличающийся тем, что прочностные характеристики породы определяют с помощью ультразвукового или механического метода.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что наличие трещин определяют люминесцентным способом либо ультразвуковым методом.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области горного дела. Способ включает разработку забоя, возведение временной крепи и постоянной крепи с отставанием от груди забоя на величину не ниже уровня условной стабилизации остаточной деформации породных стенок, при котором нагрузка на крепь не превышает текущую несущую способность крепи.

Изобретение относится к устройству для укрепления горной породы тросовым анкером, также называемым натяжным тросом. Технический результат заключается в создании такого устройства, которое имеет меньший вес, может использоваться с существующими буровыми станками и может использовать мощность, уже подведенную к буровому станку, с помощью имеющегося вращателя буровой установки.

Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано при ремонте вертикальных шахт в водонасыщенных породах. .

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к комплексам для крепления скважин большого диаметра. .

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для крепления вертикальных и наклонных горных выработок, возводимых в закладочном массиве. .

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для крепления вертикальных и наклонных горных выработок, возводимых в закладочном массиве. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при охране от разрушения горных выработок и их сопряжений при разработке месторождений подземным способом.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для сохранения вентиляционных скважин в условиях многолетней мерзлоты. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления вертикальных и наклонных выработок круглого сечения диаметром 500-1500 мм. .

Изобретение относится к шахтному и подземному строительству, в частности к способам сооружения вертикальных шахтных стволов, и может быть использовано при строительстве промышленных коммуникаций и другого назначения сооружений.

Изобретение относится к способу определения физико-механических свойств горных пород по величине продольной упругой деформации сжатия бурильной колонны в момент нанесения удара по забою в процессе ударно-вращательного бурения и устройства его осуществления.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения прочностных показателей горных пород, в частности на сжатие. Устройство содержит корпус, установленные в корпусе соосно нагрузочный плунжер c возможностью перемещения в направляющих корпуса, шарнирный элемент и пуансон, выполненные с плоскими опорными плоскостями, обеспечивающими взаимодействие с верхним и нижним концами образца горной породы.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения величины вертикального напряжения в конструктивных элементах систем разработки, например целиках.

Изобретение относится к горному делу, а именно способу оценки напряжений массива горных пород методом параллельных скважин, предназначено для определения напряжённо-деформированного состояния (НДС) массива горных пород на угольных и рудных месторождениях, а также бетонного массива и может быть использовано для оценки и прогноза устойчивости горных выработок при производстве добычных работ.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оценки безопасного ведения горных работ под водными объектами, такими как реками, озерами, искусственными водоемами, водоносными горизонтами и др.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения сопротивляемости горных пород хрупкому разрушению. Способ включает воздействие на горную породу твердосплавным индентором с последующей фиксацией усилия в момент хрупкого разрушения породы.

Изобретение относится к физико-механическим испытаниям скальных и полускальных горных пород, имеющих хрупкий характер разрушения, и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях.

Изобретение относится к способу определения опорных параметров переходной опоры для очистного забоя смешанного типа при использовании закладки и механизированной опоры.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для имитации проявления горного давления в выработках, закрепленных анкерной крепью.

Изобретение относится к горному делу, а именно к области проведения изыскательских работ, направленных на определение физико-механических характеристик горных пород.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве вертикальных шахтных стволов калийных рудников. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности при строительстве шахтных стволов соляных рудников за счет определения степени трещиноватости и прочности породных стенок ствола в местах предполагаемой установки деревянных кейлькранцев методами неразрушающего контроля. После проходки ствола в необводненных породах каменной соли для определения оптимального места заложения кейлькранцев выполняют площадное исследование всей поверхности породной стенки ствола методами неразрушающего контроля: определяют наличие трещин в породе и прочностные характеристики каменной соли. Далее по полученным данным инструментальных замеров определяют наиболее подходящий интервал поверхности шахтного ствола, сложенного соляными породами для установки опорного кольца кейлькранца, в этом интервале, производят шлифовку стенок шахтного ствола, затем проводят второй цикл инструментальных замеров для определения прочностных свойств соляных пород и наличия в них микротрещин, после чего осуществляют пробивку пикотажных клиньев деревянного кейлькранца. 2 з.п. ф-лы.

Наверх