Способ определения зон нарушенности в массиве горных пород

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОН НАРУШЕННОСТИ В А1АССИВАХ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий излучение в массив горных пород из забоя радиоволн и при ем отраженного сигнала, по величине которого судят о зоне нарушенности в массиве отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в массив дополнительно излучают упругие волны, а о зонах нарушенности , в массиве горных пород судят по изменению сопротивления излучения радиоволн , вызываемому прохождением в массиве упругих волн, при этом излучение радиоволн производят в диапазоне 50 - 150 МГц, а по значениям частоты радиоволн , на которых зарегистрированы экстремальные значения сопротивления излучения, .- ю определяют расстояния до зоны нарушенно сти, кратные 1/4 длины радиоволн в массиве. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК в .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3553593/22-03 (22) 15.02.83 (46) 15.04.84. Бюл. № 14 (72) К. М. Абрамсон, Е. Я. Горешник, В. В. Пеннер и Д,. М. Шередекин (71) Карагандинское отделение Восточного научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности. (53) 622.289 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 740960, кл. E 21 С 39/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 718608, кл. Е 21 С 39/00, 1978.

3. Арш Э. И., Носов Г. P., Красин Л. А., Любимов Н. Г. Радиоволновые измерения при добыче, переработке и разведке угля.

Киев, «Техника», 1967 (прототип).

„„SU„„1086162 (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3ОН

НАРУШЕННОСТИ В МАССИВАХ ГОРНЪ|Х ПОРОД, включаюший излучение в массив горных пород из забоя радиоволн и прием отраженного сигнала, по величине которого судят о зоне нарушенности в массиве отличающийся тем, что, с целью новь!шения надежности, в массив дополнительно излучают упругие волны, а о зонах нарушенности, в массиве горных пород судят по изменению сопротивления излучения радиоволн, вызываемому прохождением в массиве упругих волн, при этом излучение радиоволн производят в диапазоне 50—

150 МГц, а по значениям частоты радиоволн, на которых зарегистрированы экстремальные значения сопротивления излучения, определяют расстояния до зоны нарушенности, кратные l(4 ллины ралиоволн в массиве.

1086!б2 соопасностью, что снижает достоверность прогноза.

Известен способ определения нарушенности в массиве горных пород, включающий

30 излучение в массив горных пород из заооя радиоволн и прием отраженного сигнала, по величине которого судят о зоне нарушенности в массиве (3).

Недостатками этого способа являются ограниченная область применения способа, з5 требующего существования больших различий электрических свойств неоднородности и окружающего массива, или явно выраженной границы раздела; невысокая достоверность из-за сильной зависимости электрических характеристик(и tgB от влажности, вещественного состава, давления и других своиств, мало меняющихся при переходе от ненарушенных зон пласта к зонам тектонически нарушенным. По этим причинам данный способ не может быть применен для об- 45 наружения выбросоопасных зон.

Цель изобретения — повышение надежности определения зон нару шенности в массиве горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что согласнно способу определения зон нару50 шенности в массиве горных пород, включающему излучение в массив горных пород из забоя радиоволн и прием отраженного сигнала, по величине которого судят о зоне нарушенности в массиве, в массив дополнительно излучают упругие волны, а о зонах нарушенности в массиве горных пород судят по изменению сопротивления излучения ра55

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам определения зон нарушенности в массиве горных пород, например впереди очистного или подготовительного забоя, и может быть использовано для обнаружения опасности внезапных выбросов и других газодинамических явлений.

Известен способ обнаружения зон, опасных по внезапным выброса, .приуроченных, в основном к зонам нарушенности, основанный на бурении шпуров для скважин впе- 10 реди забоя, а затем — поинтервальном измерении начальной скорости газовыделения и выхода штыба (1).

Недостатками способа являются опасность провоцирования выброса в процессе бурения контрольных шпуров; высокая трудоемкость работ и необходимость остановки основного технологического цикла; недостаточная эффективность способа, вследствие низкой точности приборов, применяемых для замеров скорости газовыделения. 20

Известен также метод прогноза выбросоопасности по сейсмоакустической активности горных пород, заключающийся в оценке интенсивности трещинообразования (2).

Недостатком способа является слабая корреляционная связь между сейсмоаку25 стической активностью пласта и его выбродиоволн, вызываемому прохождением в массиве упругих волн, при этом излучение радиволн производят в диапазоне 50—

150 МГц, а по значениям частоты радиоволн, на которых зарегистрированы экстремальные значения сопротивления излучения, определяют расстояния до зоны нарушенности, кратные 1(4 длины радиоволн в массиве.

На фиг. 1 показана принципиальная схема зондирования массива; на фиг. 2 диаграмма напряжений на антенне для массива с ненарушенной структурой; на фиг. 3 то же, для массива с нарушенной структурой.

Пример. Генератор упругих колебаний 1 используется для возбуждения упругих волн, в качестве которого может быть применен, например проходческий комбайн или буровой станок, сообщающий массиву колебания в диапазоне 0 — 300 Гц. Рабочий диапазон составляют упругие колебания в полосе частот 300 †8 Гц, так как волны с частотой 0 — 300 Гц не обеспечивают превышение скорости разрыва двойных электрических слоев скорости релаксации зарядов, а колебания с частотой 800 †30 Гц гаснут на малом расстоянии.

Генератор 2 используется для возбуждения радиоволн фиксированной частоты, перестраиваемой в полосе частот 50 †1 МГц.

На генераторе 2 установлена широкополосная антенна 3, служащая как для излучения, так и, одновременно, для приема отраженных радиоволн.

Зондирование массива впереди забоя начинается с возбуждения в массиве 4 упругих волн 5, которые проходят в массив на глубину до 25 м и способы смещать часть тектоноструктурных элементов относительно друг друга с разрывом двойных электрических слоев.

Б интервалах времени от разрыва до релаксации двойных электрических слоев б в массиве образуются зоны с повышенной. концентрацией свободных зарядов, причем эти зоны характеризуются скачкообразным ростом и падением Электропроводности во времени.

В зоне ненарушенного угля интенсивность скачкообразного изменения электропроводности при прохождении упругих волн носит слабо выраженный характер и незначительно меняется с плавной перестройкой частоты генератора в диапазоне частот

50 — 150 МГц, что появляется в слабом отражении радиоволн 7, и в не существенном изменении сопротивления излучении антенны в виде сигнала, выделяемого амплитудным детектором 8 (Uy ) и наблюдаемого на фиксирующем устройстве 9, например на усилителе низкой частоты с телефоном.!

086162 4 2, 2

Составитель Г. Алексеева

Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Редактор Г. Гербер

Т 564 Подписное

Заказ 2208/32 ираж

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Если в диапазоне частот 80 — 150 Мгц не обнаружено аномального изменения сопротивления излучения, делается заключение об отсутствии зон нарушенности на глубине до 20 — 25 м и продолжаются работы проходческого цикла.

При подходе груди забоя к зоне нарушенности 10 на принятую глубину контроля упругая волна от возбудителя 1, входя в зону, смещает тектоноструктурные элементы с разрывом двойных электрических слоев. 10

В нарушенном угле н м значительной суммарной площади поверхности микротектоноструктурных элементов возникновение и существование нескомпенсированных электри ческих зарядов вызывает резкое повышет — 10ас ние электропроводности на время 10 — с.

В результате скачков электропроводности происходит аномальное воздействие на радиоволны, излучаемые одновременно с процессом прохождения упругих волн; усиливается отражение радиоволн 7, соответству- 20 ющее этому процессу повышения сопротивления излучения и напряжения на антенне

3 наблюдается на фиксирующем устройстве

9 (11н )Ыр)

Плавным изменением частоты излучаемых радиоволн от 50 до 150 МГц определяются частоты наибольшего проявления скачков электропроводности. Этим частотам соответствует интерференциальный эффект

4 отражения радиоволн на расстоянии, кратном четверти длины волны в массиве, что позволяет оценить расстояние до зоны нарушенности в массиве.

Появление значительных скачков напряжения на фиксирующем устройстве 9 при работе возбудителя упругих волн 1, интенсивно проявляющееся на фиксируемых значениях частоты (в узкой полосе) ггри плавном изменении частоты генератора от 5 до

150 МГц свидетельствует о подходе забоя к зоне с нарушенной структурой угля, т. е. прогнозирует наличие потенциально выбросоопасного участка и позволяет по частоте излучаемых радиоволн определить расстояние от груди забоя до опасной зоны. В дальнейшем выбирается требуемый режим отработки забоя, например с переходом на теKP U1H H ий прогноз или проведение противовыбросных мероприятий.

Преимущества данного способа заключаются в повышении безопасности работ за счет исключения возможности провоцирования внезапного выброса угля и газа при бурении ш ии шпг,„ов и измерений газовыделения; в возможности обнаружения опасной зоны на значительном расстоянии от забоя (20—

25 м против 5 — 8м); в возможности применения способа одновременно с ведением работ основного цикла и без бурения шпуров и скважин.