Способ определения удароопасности массива горных пород

 

Определяют параметры скорости и амплитуды продольных и сдвиговых волн при нормальной и повышенной нагрузках. Определяют относительные изменения амплитуд и скоростей колебаний с взаимноортогональной поляризацией. Определяют критерии выбросоопасности горных пород для лабораторных и шахтных условий при сжимающих и растягивающих нагрузках. При значениях критериев, полученных в шахтных условиях, больших или равных их значений, полученных в лабораторных условиях, массив горных пород считают удароопасным. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4723747/03 (22) 26.07.89 (46) 07.01.93. Бюл, М 1 (75) А.В.Бакулин и B.H.Áàêóëèí (56) Ржевский В.В. и др. Доклады Академии наук СССР, 1969, 184, 3, с. 334-336.

Авторское свидетельство СССР

N. 1654595, кл, Е 21 F 5/00, 1989. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРООПАСНОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Определяют параметры скорости и амплитуды продольных и сдвиговых волн при

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения состояния и свойств горных пород при отработке месторождений подземным способом.

Известен способ определения удароопасности массива горных пород, основанный на измерении скорости распространения продольной и сдвиговой волн с помощью межскважинного прозвучивания вблизи горной выработки, установлении величин и скоростей продольных и сдвиговых волн и предела прочности пород на сжатие при испытаниях на образцах, расчете условны акустических показателей и привязке к другим удароопасным признакам, получаемым в результате локального прогноза, и приближенной оценке степени удароопасности.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, локален и не позволяет однозначно оценивать степень удароопасности массива горных пород.

Известен способ определения удароопасности массива горных пород, включаю„.,5LJ„„1786273 А1 (я)э Е 21 F 5/00 нормальной и повышенной нагрузках. Определяют относительные изменения амплитуд и скоростей колебаний с взаимноортогонал ьной поляризацией. Определяют критерии выбросоопасности горных пород для лабораторных и шахтных условий при сжимающих и растягивающих нагрузках. При значениях критериев, полученных в шахтных условиях, больших или равных их значений, полученных в лабораторных условиях, массив горных пород считают удароопасным. 1 э.п. ф-лы, 6 ил. щий отбор образцов горных пород при бурении скважин, установку в скважинах наблюдательных станций по определению параметров колебаний продольных и сдвиговых колебаний, определение лабораторным путем по предварительно отобранным образцам скоростей и амплитуд продольных и сдвиговых волн при нормальной и повышенной нагрузках, измерение в масси- с ве относительных изменений скоростей QQ продольных колебаний, сопоставление пол- 0, ученных в шахтных условиях и на образцах информации с данными о напряженном состоянии массива горных пород и оценку удароопасности данного массива горных пород. (,ь !

Этот способ также не дает однозначного ответа о состоянии удароопасности массива горных пород, локален, трудоемок, нетехнологичен, не позволяет измерять кинематические и динамические параметры сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной поляризацией с высокой степенью точности.

1786273

Цель изобретения — повышение точности и безопасности определения удароопасности массива горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определяют относитель- 5 ные изменения амплитуд и скоростей колебаний для продольных и сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной поляризацией; при этом критерии выбросоопасности .горных пород для лабораторных и 10 шахтных условий определяют при сжимающих и растягивающих нагрузках, равных 0,7 от разрушающих напряжений, из соотношений:

К1 = р!Vs ° 2, К2 = р(Vs 3, K3= Vs ° 2/Vs 3 (1)

K4 = Ар!As2, К5= Ар!Аз 3, K6 = AS 2/Аз 3 и при значениях К1 — К5 полученных в шахтных условиях, больших или равных К", — Kg, полученных в лабораторных условиях, массив горных пород считают удароопасным.

Сопоставляют уровни амплитуд продольных и двух сдвиговых колебаний с напряжениями при измерении колебаний и напряжений во времени в массиве горных пород, причем, измерение напряжений фиксируют тензодатчиками, На фиг. 1 приведена блок-схема для осуществления способа, где 1 — дефектоскоп, 2-коммутатор, 3-наблюдательные станции, 4-самописец, 5-транскриптор; 6цифропечатающее устройство, на фиг. 2 изображена наблюдательная ультразвуковая станция в массиве горных пород, где

7-горный массив, 8,10-скважины, 9,11-приемный и излучающий ультразвуковые зонды со встроенными в них преобразователями

P, S ° 2 и S- 3-колебаний и с возможностью вращения преобразователей сдвиговых колебаний нормально фронту распространения упругой волны в пределах 2П по данному направлению распространения, 12-вы работка, Способ осуществляют следующим образом. B месте наблюдения за удароопасностью массива горных пород отбирают образца горных пород на которых затем в лабораторных условиях определяют плотность и измеряют в них относительные изменения амплитуд и скоростей продольной и двух сдвиговых волн с взаимно ортогональной поляризацией при нОрмальном и высоком давлении вплоть до разрушения, В скважинах, пробуренных в массиве, стационарно размещают шахтные ультразвуковые зонды со встроенными в них преобразователями продольной и двух сдвиговых волн с взаимно ортогональной поляризацией, Относительные изменения амплитуд и скоростей продольных и двух

55 сдвиговых волн с взаимно-ортогональной поляризацией на образцах определяют на уровне 0,7 от разрушающих напряжений и по формулам (1) определяют критерии удароопасности исследуемых горных пород, Затем с помощью блок-схем, представленных на фиг. 1, 2, выполняют акусто-поляризационные измерения амплитуд и скоростей продольной и двух сдвиговых волн с взаимно-ортогональной поляризацией непосредственно в массиве горных пород, для чего возбуждают посредством излучающего зонда 11 последовательно продольные и сдвиговые колебания и регистрируют зти волны приемным зондом 9, Зондирующие импульсы, прошедшие контролируемый массив 7, поступают на вход дефектоскопа 1 и через коммутатор 2, связанный с транскриптором 5, — на АЦП 6 и точечный самописец 4, Полученную информацию в массиве горных пород сопоставляют с лабораторными данными, полученными на образцах горных пород, для чего измеряют тензодатчиками напряжения в массиве горных пород, сопоставляют их с уровнями амплитуд продольных и двух сдвиговых колебаний во времени и по ним судят об удароопасности горных пород в массиве, причем критерием выбросоопэсности горных пород считают отношение амплитуд и скоростей продольных и двух сдвиговых волн с взаимно-ортогональной поляризацией при сжимающих и растягивэющих нагрузках на уровне 0,7 от разрушающих напряжений для пород данного типа.

Сущность способа состоит в том, что при различных видах напряженного состояния — сжимающих и растягивающих нагрузках упругие волны ведут себя следующим образом, Скорости продольной волны и сдвиговых волн зависит от знака действующих напряжений и для сдвиговых волн — о1 поляризации волны, На фиг. 3 приведены результаты измерений скоростей и амплитуд продольной и двух сдвиговых волн при различных контактных давлениях с использованием динамометрического метода измерения. Точность измерения скорости находится в пределах 1%, амплитуд -5%, На фиг, 4 и 5 приведены результаты измерения амплитуд и скоростей упругих волн в зависимости от приложенного давления для фойяита. На фиг, 6 приведены результаты натурных измерений амплитуд P- u S 2-волн и показано наступление удароопасного состояния со стороны сжимающих напряжений.

В таблице приведены результаты лабораторных испытаний горных пород Ловохерского ГОКа при одностороннем сжатии и

1786273

55 растяжении и найдены эмпирические зависимости между скоростями продольной и двух сдвиговых волн и действующими в породах напряжениями.

Преимущества способа состоят в том, 5 что комплексирование двух методов измерения удароопасности пород в массиве— прямого с использованием тензодатчиков и косвенного с использованием информации на упругих волнах — позволяет значительно 10 повысить точность и безопасность при определении удароопасности массива горных пород в процессе ведения горных работ и снизить вероятность проявления динамики горного давления и уровень травматизма в 15 подземных условиях по сравнению с известными традиционными методами определения удароопасности горных пород в массиве, Использование описанного способа по- 20 зволит значительно повысить точность и информативность геоакустической информации об удароопасности массива горных пород по сравнению с имеющимися способами, использующими в основном ин- 25 формацию íà P-волнах.

Формула изобретения

1. Способ определения удароопасности массива горных пород, включающий отбор 30 образцов горных пород при бурении скважин, установление в скважинах наблюдательных станций по определению параметров колебаний продольных и сдвиговых волн, определение лабораторным пу- 35 тем по предварительно отобранным образцам скоростей и амплитуд продоль-. ных и сдвиговых волн при нормальной и повышенной нагрузках, измерение в масси- 40 ве горных пород относительных изменений скоростей продольных колебаний, сопоставления полученных в шахтных условиях и на образцах информацией с данными о напряженном состоянии массива горных пород, отличающийся тем,что,сцелью повышения точности и безопасности определения удароопасности массива горных пород, определение относительных и изменений амплитуд и скоростей колебаний производят для продольных и двух сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной поляризацией, при этом критерии выбросоопасности горных пород для лабораторных и шахтных условий определяют при сжимающих и растягивающих нагрузках, равных 0,7 от разрушающих напряжений из соотношений

K1 = /р VS ° 2, K2 = Vp/VS 3, K3 = VS 2И5

К4 = Ар/AS 2, К5 = Ар/ASÇ, К6 = AS ° 2/ АЯ. 3, где Чр, Ар — соответственно скорости и амплитуды продольных колебаний;

М.3, As,3 — скорости и амплитуды первого сдвигового колебания соответственно:

Vs. 2, As, 2 — скорости и амплитуды второго сдвигового колебания соответственно. и при значениях К>-К6, полученных в шахтных условиях больше или равных К>-К6, полученных в лабораторных условиях, массив горных пород считают удароопасным.

2, Способ по п. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что сопоставление уровней амплитуд продольных и двух сдвиговых колебаний с напряжениями производят при измерении колебаний и напряжений во времени в массиве горных пород, причем измерение напряжений фиксируют тензодатчиками.

1786273

2/Ах 3) 1786273

С кб скд «»»

По

Самс пи сец

1786273 4г.5

Мюроооюжая гоаю а Рля данного тиаааород / арф смилажщю

Составитель А,Бакулин

Техред М.Моргентал Корректор 3.Салко

Редактор

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

Заказ 237 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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