Способ определения границы напряженного массивавокруг горных выработок

HCAHИЕ (1ц54зок

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявл,;21.04.75 (21) 2127О41/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опублнковано25.01.77.Бюллетень № 3 (45) Дата опубликования описания28.04.77 (51) М. Кл.в

GO1V 1 OO

Гасударственный наиитот

Совета Министров СССР оо делам изооретений и открытий (53) УДК 55О,384 (088. 8) П. А. Богданов, Е. П. Чистяков, Е. Г. Ливочко, К. Я. Белозор и В. П. Волощенко

1

1 (Научно-исследовательский горнорудный институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ НАПРЯЖЕННОГО

МАССИВА ВОКРУГ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Изобретение отнм:ится к геофизическим способам разведки и может быть использовано, в частности, для определении границы напряженного массива вокруг горных выработок. б

Известен ультразвуковой метод, осуществляемь:й путем бурения скважин в массиве горных пород окружающих, выработку с последующим каротажем по длине скважины. Для осуществления этого ме- ð тода требуется выполнять работы по бурению скважин в исследуемом массиве и посылать источник колебаний и приемные датчики в скважину. Кроме того, ульт раэвуковой метод ые пригоден для ollBo- 15 временного исследования больших объемов горного массива вследствие необходимос ти бурения сетки скважин и малых баз между замерными точками.

В гесврнэической разведке известен спо- 20 соб годографов для определения глубины залегания пластов, который заключается в том, что тта основании сейсмограмм, полученных простреливанием профилей, .осуществляотся корреляция фаэ или пер- 25 вых вступлений по которым строят годов. рафы и производят их интерпретацию.

Однако для построения годографов не обходимы сейсмограммы упругих колебаний пластов горных пород, обладакицих различными физико-механическими спойся вами, хоторые бы служили границами раз дела. При этом толщина пластов должна быть несколько десятков сот метров.

Известен также способ акустического определения неоднородности массива вблизи выработки, заключающийся в том, что в звукопроводе возбуждают упругие колебания и регистрируют амплитуды отражеыных от неоднородностей упругих волн группой приемников,;. зсположенных в опреде- ленном порядке на поверхности вьктабот ки, в области горной выработки предварительно определяюг положение звукопровода, обраэованттого областью повышенных напряжений, локализованной вбли зи;вьработки„возбуждают упругие zone банкя опоеделечной частоты в звукопроводе и ло уровням сигналов принятых приемниками, достив аюппох псроговьпс

543905 величин, на пэверхнэсти вырабэтки определяют размер и форму неоднэрзднзсти.

Этот способ требует предварительного определения, местоположения звукопровода, что связано с выполнением трудоемких работ по бурению шпуров или скважин в стенке выработки для установления области повыш энных на пряжений. Крэме того, он требует размешсния излучателей упругих кзлебанш ; в этзй збласти.

Бурение шнуров в массиве дпя пэмешения излучателей упругих кэлебаний перераспределяет значение нагряжений в массиве и снижает тэчность замеров пэ оценке сэстэяния массива вокруг выработок.

Пелью изэбретения является повышение эффективности способа.

Этз дэстигается тем, чтз вззбуждают упругие колебания в диапазэне 1-5 кГц на 2О поверхнэсти ненапряженнэгз массива, направляют их перпендикулярнз к границе напряженного массива, и по кинематическим и динамическим характеристикам зарегистрированных колебаний судят о местоположении 25 этой границы.

Спзсоб пзясняется чертежами (фнг. и 2).

В горном массиве, окружающем выра- зо бэтку 1, пэц воздействием массы налегающих пэрэд возникают кэнцентрациы напряжений, которые можно резделить на три зэны: зэна ненапряженного массива 2, зона повышенного напряжения 3, зона естест- зз венного напряжения 4. Каждая из рассматриваемых зэн, вследствие разпичнэй нагруженнэсти массива, будет эбладать различными скзрэстями упругих колебаний.

В зэне 2 будет скэрзсть V,, в зэне 3 — 40

1, в ззне 4 — 7, сззтветственно сэзтнзыь.-.яе скэрэстей будет «Ч «Ч .

Предлагаемый способ оснэван на регистрадии прямых прэдзльных взпн прэхздяших пэ спэю 2, отраженных rpo зльных волн45 оТ зэны 3, а также прелэмленных прздзпьных волн в ззне 3, Для прзизвэдства замерзв источник упругих кэлебаний 5 и приемники упругих кэлебаний 6, 7, 8, 9, 1О, 11, 12, 13, 14 располагают на пэверхности вырабзтки 1, пэ профилям (фиг. 2).

Приемники на стенке вырабзтки размещаются отдельными группами в зоне действия прямэй прэдэльнэй вэлны /P /

6, 7, 8, отраженной /Рll/ 9, 1О, 11; преломленной /Р121/ 12, 13, 14.

Упругие волны от источника колебаний

5 распространяются вэ все стзрэны и к группе приемняков 6, 7, 8 будет прахэдить прямая прздэльная вз... з ° . При достижении прямзй взлнзй,з-.. -.: ояженнэго массива 3 здесь об :;, ...: той этраженная Р11 и прелом;=н-.= : 121.

Все перечисленнь:е ь -л.н рэг .стрируются. Повтэрные замерь. прзизвздят, помещая истэчник кэлебаний в точку 15. Пэ зарегистрированным первым вступлениям кзлебаний стрэят годэграфы вэлн Р; P

P . Гэдэграф прямой продольной волны

11 р, дает эценку скорости распространения упругих колебаний в зоне ненапряженнэгз массива (Ч /, кэторую можно определить пэ следующей формуле:

1, / А ()

А где - скорость прямой продольной волны в ненапряженнэм массиве; — расстэяние от источника коле4 баний дэ приемников 6, 7, 8; время распространения прямэй

А продольной вэпны в ненапряженнэм массиве.

По значению скэрзсти зценивают сзстэяние ненапряженнэгз массива вэкруг выработки, Годзграф этраженнэй вэлны P пззвзляет установить время прихода отраженнэй волны и определить толщину слоя ненапряженнэго массыва вокруг выработки по формуле: где h< - толщина слоя ненапряженного массива, soKp выработен;

1 — время распространения отраженной волны; к - расстояние от источника колебаа ний дэ приемников отраженнэй волны 9, 1О, 11.

По производной годографа преломленной волны P определяют эффективное значение скорости продэльнэй волны в наппряженнэм массиве. ьЕ =VV22 где 4Q- приращение расстояний между подача упругих волн заданной частоты

12, 13, 14;

М, - приращение времени действия препэмпеннэй волны пэ профилю приемников 12, 13, 1$;

Ч вЂ” скэрэсть прелэмленной волны в зэне ненапряженного массива.

Кэпичественное значение скорости

V позвэляет оценивать состоянне напряженнэгэ массива вокруг выработки. Счи5439О5

30 где (Риг. 1 тая, чтэ прелэмленные волны в напряженном массиве идут вдоль егэ поверхности, вхэдя в него пэд углом пэлногэ внутреннегэ этражения 4.,глубину расположения напряженнэгэ массива определяют пэ формуле: ч,(„,v,-t,)

Икco5 ".

fl — глубина распэложения напряжен3. нэго масина; — время распространения прелом411 ленной волны;

- расстояние от источника колебаз ний до приемников преломленной вэлны 12; — угол полного внутреннего отражения (9<и 3 = V /Ч ).

Использование предлагаемого способа эбеспечивает пэ сравнению с существующими способами следующие преимущества: не требуется производить рабэты по бурению шпурэв и скважин в исследуемэм массиве;

?5 подача упругих волн заданной частоты

1-5 кГц позволяет произвэдить фильтрацию колебаний и выделить полезные прэдэльные волны, несущие информацию о состоянии массива; 30 использование в качестве отражающего слоя границ зэн напряженнэгэ массива и запись этраженных и преломленных вэлн эт этэгэ слоя позволяет производить экспресс-оценку состояния массива вэкруг выработок; можно определять глубину распространения зоны ненапряженного и местопэлэжения напряженнэго массива по двум типам волн, отражающей и преломленной, что обеспечивает надежность и достоверность результатоз.

Формула изобретения

Способ определения границы напряженного массива вокруг горных выработок путем возбуждения и регистрации упругих колебаний на стенке выработки с пэслецующим анализэм зарегистрированных колебаний, отличающийся тем, чтэ, с целью повышения эффективности способа, возбуждают упругие колебания в ненапряженном массиве в диапазоне

1-5 кГц, направляют их пергжндикулярно границе напряженного массива и по кнне» матическим и динамическим характеристикам зарегистрированных колебаний судят о местоположении этой границы.

Составитель Э. Волконский

Редактор E. Скляревская ТехредО. Луговая Корректор E. К)гас

Заказ 1033/63 .- Тнралс 71 Пэднисное

UHHHAH Государственного комит зта:. .овета Мини<.тров С(СР ио дуплам изобиетеиий и открытий

llSO35, Москва, ЖЗ5, Рауыская наб., д. 4/5 фюпави ППП Патент, г. Ужгород, ул. оектная, 4