Способ определения расслоений в кровле выработок
Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение информативносги способа. В кровле горной ныработки возбуждают изгибные колебания. По их амплитуде и частоте устанавливают форму расслоения . Измеряют резонансную частоту ичгнбных колебаний отслоившегося слоя (С). Пригружают С равномерно распределенной нагрузкой. Для л того н С просверливают отверстие и нагнетают в полость между основной кровлей н С воздух или поду. Измеряют величину максимального прогиба С от дополнительном нагрузки. Ко полученным данным рассчитываю толщину С с формы расслоения, резонансной час 1 о ты изгибных колебаний слоя, величины максимального прогиба и значения нагрузки. 1 з. п. ф-лы. i
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТ1з.ВЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (!9) (И) А1 (»» Е 21 С 39/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4602957/03 (22) 04 .1 1.88 (46) 23 04.91. Вюл. 15 (71) Ставрапольскйй пал11техгп1ческпй институт (72) В.И,Коробко (53) 622.283 (088.8) (56) Авторское свидетельсгво (. ССР
Ф 1536213, кл. С, 01 С 3/!6, 1987.
Глушко Н.Т., Ямщиков В.С., Яланский A ..А: Геофизический к -»траль в шахтах и тоннелях. — М.: Недрл, 1987, с. 234-236. (54) С11ОСОВ ОПРЕ, 111Н .Н11Я РАСС11ОЕНИЙ, В КРОВЛЕ 861PAhOT(IK (57) Изобретение относится к горному делу. Цель — повышение и»фармлтивнаИзобретение относится к горному делу и предназначено для контроля расслливающихся кровель горных выра— боток.
Цель изобретения — повышение информативности способа.
Способ осуществляют следующим o6— разом.
В кровле контролируемой горной выработки возбуждают упругие колебания путем нанесения механического удара и измеряют частоту этих колебаний. На участке, где расположено расслоение, имеют место изгибные колебания, частота и амплитуда которых значительно отличаются от соответствующих параметров колебаний кровли на участке, не имеющем расслоений. По данным признакам устанавливают границы зоны расслоения, опрести способ l. В кровле гnp»nil нырлботки ва:3 буждлк3т 13з гиб»1,1е к Ол ебл»ня . ПО их 13мплптуде и члстoze! устлнлвли—
I3t3Ie3t форму рлсслое»ия . Н.3меряют реза31лнсную члстоту изгиб»их колеблний
oòñJtoI!I31ïe! ãooEt слав ((.) . Пригружлют С рлннамерно рлспреде.1е»пой »лгрузкай.
)1ля э гога и (, »13ас13 е131»(в 1ю1 Отв ер стие
11 н;1Г»131;1к)1 в полос 1 1 между пс»o!3!Ioi(I кровлей н С воздух шш »аду. Измеряют вели п1»у млксимлльного прогибл С ot
Stot!oJtt3ItтельнОй нлгру.3кп, llo получен—
»ым дл»ным рлсс »1т1113:1кгг галщину С с у 1 етом (13Орм11 р \ o c!! oo»HB 1 pP 3 Онл»с»Ой час готы изгибных кс»1ебл1»ш слоя, ве-!
III«It!3û млксимл11ьнога прогибл и эначе- С ф ния плгрузки. 1 3. II (t) Jtt l. деляют ol o форму и измеряют резонансную частоту изгибных колеблний otСЛОИВШЕГОСЯ СЛОЯ.
Затем дополнительно пригружлют отслоившийся слой рлвномерно распределенной нагрузкой. Для этого в слое просверливают отверстие и нагнетают в полость между Ос.нонной кровлей и отслоившимся слоем воздух или воду при некотором постоянном давлении.
Измеряют величину максимальногo прогиба слоя от дополнительной нагрузки.
Измерения прогиба Осуществляют, например, в середине эоны расслаяния с помощью индикаторов часового типа, закрепленных на стенке выработки.
Максимальный прогиб упругого слоя
Wt3 под действием равномерно распределенной нагрузки q определяется по формуле
1643714
Н
0,6(1 К(р.пр /К(р) о
А2
W = !к, — о > э (1)
I где — коэффициент, зависящий от формы расслоения и граничных условий;
A — площадь расслоения;
D — цилиндрическая жесткость слоя.
Основная (круговая ) частота из ги б- .! 0 ных колебаний Я слоя определяется по формуле
Π=!—
1 D (2) (А m> тие > — собственное значение Ни>фе!
5 ренциального уравнения колебаний слоя, зависящее от фор— мы и граничных условий;
m — масса единицы площадМ слоя.
Из приведенных выражений получают
W>>(Q = Q II> q/m = Kq/m> (3} где К =M(.
Поскольку расслоение кровли выработки можно представить как пластину, 25 жестко защемленную по всему контуру, то коэффициент К можно выразить через коэффициент формы расслоения К с помощью следующих зависимостей.
Для расслоений с формой, близкой к прямоугольнику в,Б(1 к .кв! р
К = 1>618 +, (4) где К . = 8 — коэффициент формы
"kB квадрата;
К = 4 (а/Ь+Ь /а); а, Ъ вЂ” длина сторон зоны расслое— ния.
Для расслоений в эллиптической формой
К = 1,618 (5) 40 где K 6,283 — коэффициент формы круга;
К, = ((а/Ь+Ъ/а}; а,Ь вЂ” размеры осей эллипса. 45 !
Используя выражения (4) и (5), зависимость (3) можно представить в виде
W Я = 1,618 + q/m (6) 50
0,5(1+К .и / ср)
Выразив массу m через толщину слоя (и
Н и плотность породы 2I (m = —, где
К
g — ускорение свободного падения), и решив уравнение (6) относи1 ельно H -5 получают
Таким образом, если для отслоившегося слоя горной выработки экспериментально определить форму зоны расслоения (K )> резонансную частоту изгибных колебаний (Я)> максимальный прогиб (W ) от дополнительной нагрузо ки интенсивностью q то по формуле (7) находят скрытую толщину отслоившегося слоя.
Способ осуществляют следующим образом.
В результате виброакустических исследований участка кровли горной выработки выявлена форма зоны расслоения, близкая к кругу (k=14,2 м) . Для области в виде круга К =27, K „ =2Г.
При этом установлено, что резонансная частота изгибных колебаний отслоившегося слоя равна f= 8>97 Гц (М= 2ТЕ
-1.
= 56,36 с ). Просверлив одно отверстие в слое, проведено нагнетание воды в полость. При установившемся избыточном давлении q=1 ат = 1 кг/см замерен прогиб в середине зоны расслоения> который равен W =3,5 см.
Плотность породы в слое составляет
1=
=2, 4 кг/дм .
Подставив найденные величины в формулу (7) получают
1х980х1000
3,5х4Ф 8, 97 х2,4
59,4 см.
Полученный результат хорошо согласуется с данными электрометрического зондирования, согласно которым зна— чение толщин Н 63 см (5=5>70X).
Предлагаемый способ наряду с оп— ределением наличия расслоения в кровле выработок позволяет определить и толщину отслоившегося слоя и тем самым повысить эффективность исследований.
Формула изобретения
1. Способ определения расслоений в кровле выработок, включающий возбуждение в кровле изгибных колебаний, измерение их резонансной частоты и определение наличия расслоения в кровле, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности способа, определяют форму расслоения,дополнительно пригружают otcJlo ившийся слой равномерно распределенной нагрузкой, измеряют максимальный прогиб слоя от этой нагрузки и по
5 1643714 полученным данным определяют толщину отслоившегося слоя.
2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем что равномерно рас I
5 пределенную нагрузку созданп путем нагнетания воздуха или воды в полость между основной кровлей и отслоившимся слоем.
Составитель К.Лыков
Редактор А.Мотыл ь Техред JI.Îëèéûûê Корректор Т.Малец
Заказ 1225 Тираж 301 . Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101