Способ регионального прогноза удароопасности массива горных пород и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к долговременным автоматическим системам контроля горного давления. Сущность изобретения заключается в том, что в параллельных рядах скважин, пробуренных в контролируемом массиве, устанавливают оптические датчики. Расстояние между скважинами и датчиками в них выбирают равными расстоянию дальности реагирования номинальной чувствительности датчиков на изменении динамического состояния участков массива пород, а прогноз удароопасности проводят по направлению и величине скорости перемещения максимума потенциальной энергии в контролируемом массиве шахтного поля. При этом устройство содержит оптические датчики, блок коммутатора датчиков, блок измерителя информации и компьютер, соединенные последовательно. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к долговременным автоматическим системам контроля горного давления.

Известно, что с уменьшением расстояний от точки регистрации информации до очистного фронта по мере проведения массовых взрывов наблюдается уменьшение эффективного электрического сопротивления и увеличение интенсивности электромагнитного излучения. Однако в известном способе не установлено, какому расстоянию соответствует дальность реагирования номинальной чувствительности фотоприемника.

Известен также способ определения степени удароопасности массива горных пород, включающий бурение скважины, размещение в ней датчика и измерение параметров фотонной эмиссии по длине скважины. Известный способ осуществляется с помощью устройства, содержащего датчик и блок обработки и отображения информации [2] Известный способ, выбранный за прототип, позволяет поочередно определять напряженное состояние только локальных участков массива горных пород, а используемое устройство не позволяет одновременно контролировать состояния массивов в значительной части шахтного поля.

С целью повышения эффективности контроля динамического состояния массива горных пород вокруг выработок предлагается способ регионального прогноза удароопасности массива горных пород, включающий бурение параллельных рядов скважин в выработках горизонтов, расположенных ниже глубины 500 м около отрабатываемого рудного тела, причем промежутки между скважинами и датчиками выбирают равными расстоянию дальности реагирования номинальной чувствительности датчиков на изменение динамического состояния участков массива пород, при помощи датчиков и измерителя информации проводят цикл измерений, определяют величину максимальной интенсивности фотонной эмиссии и номер датчика с максимальной интенсивностью, затем определяют время между появлением максимума интенсивности фотонной эмиссии на каждом последующем датчике, по которым определяют направление и скорость передвижения максимума интенсивности фотонной эмиссии, а также скорость изменения его величины, по которым судят о времени, месте и характере возможного динамического проявления массива горных пород относительно горных выработок в контролируемой части шахтного поля и устройство регионального контроля удароопасности массива горных пород, содержащее дополнительные оптические датчики, коммутатор оптических датчиков, измеритель информации и компьютер, причем выводы оптических датчиков соединены с первым входом коммутатора оптических датчиков, выход которого подключен к первому входу измерителя информации, выход которого подключен к вторым входам коммутатора оптических датчиков и измерителя информации.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются: расстояния между датчиками в скважинах и расстояния между скважинами согласовывают с расстояниями дальности реагирования номинальной чувствительности оптических датчиков на изменения динамического состояния участков массива пород; прогноз удароопасности массива пород проводят по направлению, величине скорости передвижения максимума интенсивности фотонной эмиссии и скорости изменения его величины.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются: использование оптических датчиков в устройстве автоматического контроля горного давления; устройство содержит также коммутатор оптических датчиков, измеритель информации и компьютер, подбор и согласование которых выполнено с целью упрощения задачи практического применения устройства в подземных рудниках.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 схема бурения скважин и размещения в них оптических датчиков; на фиг. 3 разрез участка шахтного поля.

Способ осуществляют следующим образом. Сначала бурят скважины 3 по схеме, показанной на фиг. 2, например, для случая Таштагольского рудника, где нулевой горизонт находится на глубине 450 м, гор.-70 м, на глубине 520 м и т. д. и отработка рудного тела 7 осуществляется от центра к флангам по системе этажного или панельного обрушения, при проведении массовых взрывов, например, перед 9-ым ортом, скважины бурят на гор. 1 40 м в ортах 14, 15, 16, на гор. 210 м в ортах 9, 10, 11, на гор. 280 м (орты 5, 6, и 7 еще не пройдены) скважины бурят из квершлага 1 и полевого штрека 2, представленных на фиг. 3. Однако размещение датчиков 1, 2,n выполняют по схеме, показанной на фиг. 2.

Наиболее удароопасными являются участки вблизи нарушений 3 и 4, представленных на фиг. 3. Схема размещения датчиков разработана с учетом многолетнего опыта выполнения текущего контроля состояния массивов данного рудника методом фотонной эмиссии. Использование оптических датчиков эффективно с глубины 500 м, где механические напряжения достигают величины предельной прочности пород.

Затем определяют направление 5 и скорость перемещения максимума потенциальной энергии 6 в массиве горных пород, фиг. 2. Для этого в течение первых двух дней после проведения каждого массового взрыва определяют время до проявления первого инициированного им удара. Определяют расстояние от зоны взрыва до места проявления горного удара. Средняя скорость, определенная для 13 случаев за период с 1985 по 1990 г составляет V_ср=86,4 м/сутки 1x x10^-3 м/с.

Для определения дальности реагирования номинальной чувствительности оптического датчика на изменения динамики участков массива, датчик помещают в забое i-той выработки одного из нижних горизонтов (например, орта 9 гор. 210 м) на расстоянии 150 м от очистной зоны, при этом датчик не чувствует динамику, происходящую в ней, и регистрирует фоновые световые сигналы локального участка. Измерения выполняют в течение пяти месяцев, за это время очистной фронт 4 по мере проведения массовых взрывов перемещается на 60 м в сторону точки наблюдения, забоя 9 орта гор. 210 м. Изменения в показаниях прибора, связанные с проведением массовых взрывов, начинаются с расстояния 130 м. Установлено, что достоверный прием сигналов при работе в режиме номинальной чувствительности датчика начинается с расстояния от точки измерения до очистного фронта 4, равного 80 м. При оптимальном размещении датчиков относительно друг друга на разных горизонтах в шахматном порядке расстояния между датчиками в скважинах и между скважинами должны быть равными l 2 2 80 м (где с наибольшее расстояние между датчиками, расположенными на разных горизонтах; b расстояние между двумя соседними горизонтами).

Затем определяют скорость спада или роста значений интенсивности излучения в направлении 5 перемещения максимума за последние сутки и прогнозируют возможное максимальное значение интенсивности по достижении максимумом геомеханического напряжения определенной точки горной выработки. После этого сравнивают это максимальное значение интенсивности с известными значениями критериев, оценивают возможную степень удароопасности. Используя известные данные, определяют энергетические параметры максимума, прочность пород на данном участке и оценивают возможные размеры разрушения. По данным информациям делают вывод о принятии необходимых мер по предотвращению возможного динамического проявления массива горных пород.

Предлагаемый способ осуществляется с помощью устройства, блок-схема которого приведена на фиг. 1. Устройство содержит дополнительные оптические датчики 1, 2,n, блок обработки и отображения информации, включающий блок 2 коммутатора датчиков, блок 3 измерителя информации, включающего входную часть, измеритель амплитуды импульсов и счетчик импульсов (на фиг. 1 не показаны), компьютер 4, включающий блок 5 памяти, анализирующий блок 6, блок 7 тактового генератора и блок 8 дисплея.

Входная часть блока 3 измерителя информации представляет собой регулируемый аттенюатор, позволяющий изменять величину входного сигнала, служит для согласования выхода оптических датчиков 1,2,n, со входами измерителя амплитуды и счетчика. Информация, поступающая с измерителя амплитуды и со счетчика, отображается с помощью дисплея блока 4 компьютера соответственно в виде вертикальных линий и цифровой информации.

Часть массива шахтного поля, находящаяся между датчиками и расположенная на расстоянии 80 м от крайних датчиков, контролируется устройством. Обработка информации осуществляется следующим образом: энергия оптического излучения преобразовывается в оптических датчиках 1, 2,n в электрические сигналы, которые поступают в блок 2 коммутатора датчиков. В каждом цикле измерений блок 7 тактового генератора вырабатывает n импульсов, при поступлении каждого из которых в блоки 2 коммутатора датчиков 3, измерителя информации и 5 памяти происходит поочередное подключение выхода каждого датчика 1,2,n к входу блока 3 измерителя информации, измерение и запоминание результата измерения. После выработки блоком 7 тактового генератора n импульсов, анализирующий блок 6 проводит анализ 1,2,n результатов измерений, имеющихся в блоке 5 памяти и в результате анализа выдает в блок 8 дисплея номер датчика, зарегистрировавшего максимальную интенсивность в данном цикле измерений и величину этой интенсивности. Во всех последующих циклах после нахождения максимального результата измерения анализирующий блок 6 сравнивает результат измерения с максимальным результатом предыдущего цикла. Если разность между максимальным результатом измерения в данном цикле и максимальным результатом измерения в предыдущем цикле превышает заданную пороговую величину, то анализирующий блок 6 выдает на экран дисплея 8 предупреждающий сигнал.

В режиме контроля на экране дисплея 8 отображается объемная схема расположения горных выработок и оптических датчиков 1,2,n показанных на фиг. 2. Величины регистрируемых интенсивностей излучения выдаются на экране дисплея 8 в местах расположения оптических датчиков в виде вертикальных отрезков 6 различной длины, а величина максимальной интенсивности и номер датчика, регистрирующего эту интенсивность, выдаются в форме цифровой информации в нижнем правом углу экрана. Эта часть работы компьютера 4 представляет работу блока 8 дисплея.

В измеряемой точке значение интенсивности оптического излучения характеризует величину геомеханического напряжения, пропорционального потенциальной энергии 6 участка пород. Циклически поступающие результаты 1,2,n измерений с анализирующего блока 6 на экране дисплея 8 создают картину распределения геомеханического напряжения в контролируемом массиве шахтного поля.

По показаниям блока 8 дисплея определяют максимальную интенсивность и номер датчика, выдавшего ее. Затем данный датчик находят на экране дисплея 8 и определяют расстояние от него до ближайшей горной выработки. Далее по скорости перемещения максимума интенсивности излучения за последние сутки, которую определяют по данным оптических датчиков 1,2,n на экране дисплея, и найденному расстоянию определяют время и место возможного динамического проявления массива пород.

Формула изобретения

1. Способ регионального прогноза удароопасности массива горных пород, включающий бурение скважины, размещение в ней датчика и измерение параметров фотонной эмиссии по длине скважины, отличающийся тем, что он включает бурение дополнительных параллельных рядов скважин в выработках горизонтов, ближайших к отрабатываемому рудному телу, причем промежутки между скважинами и датчиками выбирают равными расстоянию дальности реагирования номинальной чувствительности оптических датчиков на изменение динамического состояния участков массива пород, при помощи датчиков и измерителя информации проводят цикл измерений, определяют величину максимальной интенсивности фотонной эмиссии и номер датчика с максимальной интенсивностью, затем определяют время между появлением максимума интенсивности фотонной эмиссии на каждом последующем датчике, по которым определяют направление и скорость передвижения максимума интенсивности фотонной эмиссии, а также скорость изменения его величины, по которой судят о времени, месте и характере возможного динамического проявления массива пород относительно горных выработок в контролируемой части шахтного поля.

2. Устройство для регионального прогноза удароопасности массива горных пород, содержащее оптический датчик и блок обработки и отображения информации, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные оптические датчики, а блок обработки и отображения информации содержит коммутатор оптических датчиков, измеритель информации и компьютер, причем выходы оптических датчиков соединены с первым входом коммутатора оптических датчиков, выход которого подключен к первому входу измерителя информации, выход которого подключен к входу компьютера, выход которого подключен к вторым входам коммутатора оптических датчиков и измерителя информации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3