Способ предотвращения разрушений блоков горных пород, содержащих полиметаллы

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 0 1 V 1 1 /О 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3581932/18-25 (22) 26.04.83 (46) 23.07.84. Бюл. )) 27 (72) Г.А.Соболев, В.М.Демин, 3-Ю.Я.Майбук и В.Ф.Лось (71) Ордена Ленина институт изики

Земли им.О.Ю.Шмидта (53) 550.837(088.8) (56) 1. Петухов И.M., Смирнов В.A.

Геофизические исследования горных ударов. M. "Недра", 1975 с.136.

2. Ржевский В.В., Новик Г.Я.

Основы физики горных пород. М., "Недра", 1978, с. 289-297.

3. Соболев Г.А, Демин В.М. и др.

Возникновение заряда полиметаллических руд в естественных условиях .под действием упругой волны. ДАН, т. 267, )) 6, 1982 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РА3РУШЕНИИ БЛОКОВ ГОРНЫХ ПОРОД, СОДЕРЖАЩИХ ПОЛИМЕТАЛЛЫ, заключающийся в возбуждении в исследуемом блоке упругих волн и измерении механических напряжений после возбуждения упругих волн, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда, возбуждают упругие волны с помощью накладных зарядов взрывчатых веществ, ВВ ), одновременно регистрируют сейсмические волны, электромагнитные сигналы и величину заряда электростатического поля на поверхности блока горных пород, измеряют времена из возникновения и время достижения максимального значения заряда электростатического поля, в момент достижения его максимума производят повторное возбуждение упругих волн взрывом и повторную регистрацию сейсмических, электромагнитных сигналов и величины заряда электростатического поля в том же пункте наблюдения, в момент достижения максимума суммарного значения заряда электростатического поля производят последующий взрыв и вновь ре-, щ

Q гистрируют те же параметры, укаэанный .цикл повторяют до осуществления

-электрического пробоя в блоке горных поРоЛ,о возникновении которого судят по появлению аномальных электромагнитных и сейсмических сигналов пос- Я ле прохождения упругих волн взрыва через пункт наблюдения, полученных из сравнения времен сейсмических и электромагнитных сигналов, вызванных предшествующими взрывами, при этом .в случае недостаточного для электрического пробоя значения величины заряда электростатического поля увеличивают мощность взрыва.

1104459

Изобретение относится к физике

Земли и может быть использовано в горном деле для управления горным давлением, а также при прогнозе и предотвращении горных ударов, выбросов угля, газа, обвалов, извержений .вулканов, землетрясений.

Известны способы предотвращения разрушений блоков горных пород, в которых обеспечивают снижение горного давления на продуктивный пласт или на его участки путем опережающей обработки защитных пластов, введения горных работ без составляемых целиков, сокращения проведения выработок впереди очистных работ, исключе- 15 ния встречных и догоняющих забоев.

Эти способы позволяют снизить механические напряжения в массине горных пород посредством специфической методики проходки гарных выработок: выбора рационального порядка отработки месторождения, изменения варианта системы разработки, изменения расположения выработок относительно 25 очистных пространств и .др. P1) .

Однако в процесс опережающей обработки защитных пластов входит проходка горной выработки над рудным пластом до его отработки, т.е. проводится большой объем горных работ: бурение шпуров, закладка ВВ, взрывание зарядов, крепление выработки, уборка породы. Все зто делается для снижения давления на продуктивный пласт, что требует применения большого объема горных работ.

Известны способы предотвращения разрушений блокон горных пород, в которых снижение способности к разрушению краевых частей продуктивно- 40

ro пласта, прилегающего к горной выработке, достигается путем изменения физико-механических свойств бурением разгрузочных скважин, ныбора оптимальной формы поперечного сечения, нагнетанием воды, снижени.ем динамических воздействий от взрывных работ за счет специальных методов проходки, сокращения объемов одновременно вэрываемого ВВ при массовых взрывах и др., упрочнения пород приконтурного массина установкой специальной крепи нагнетания в массив цементных растворов и полимерных смол, замораживания,воздействия энергией взрыва P2) .

Для изменения физико-механических . свойств опасного участка бурится несколько разгрузочных скважин длиной 10-15 м через 1-2 м, что на пло- 60 щади опасного участка, равного 50 м1 составляет 12-15 скважин или 200300 погонных метров буровых работ плюс затраты на перестановку бурового станка. Для уменьшения горного g5 давления в выработках делают оптимальную форму поперечного сечения: выбирают дополнительный объем горной массы сверху и с боков, как бы создавая овальную форму, а не квадратную, в пробуренные н опасном участке скважины нагнетают воду, .которая, просачиваясь па трещинам, производит плавное разгружение, для чего необходимо бурение порядка

10-15 скважин по 20 м, каждая из них приводит к большим затратам времени, остановке работ, уборке оборудования и т.п.

Кроме того, в данных способах не используются геофизические поля и для их реализации требуется большой объем дополнительных буровых и горных работ, горные выработки, крепь, раствор, закачка воды и т.п.).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ предотвращения разрушений блоков горных пород, содержащих полиметаллы, заключающийся в возбуждении в исследуемом блоке упругих волн и измерении механических напряжений после возбуждения упругих волн, В известном способе снятие механических напряжений с краевых частей рудного пласта достигается с помощью камуфлетных взрывов. Для этого н опасном участке, в котором наблюдается "постреливание", бурятся шпуры или скважины (10-15 шт. и в них закладываются заряды ВВ весом 1-4 кг н зависимости от степени удараопасности, крепости горных по-. род и т.п. Подрыв зарядов производится произвольно практически одновременно; в затомпонированных шпурах и скважинах с целью создания наибольшей передачи энергии взрыва в блок,З(, Однако известный способ связан с проведением дополнительных буровых работ, подготовкой скважин или шпуров для камуфлетивных взрывов и использует одно физическое поле — сейсмическое

Целью изобретения является повышение производительности труда.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предотвращения разрушений блоков горных пород, содержащему полиметаллы, заключающемуся в возбуждении в исследуемом блоке упругих волн и измерении механических напряжений после возбуждения упругих волн, возбуждают упругие волны с помощью накладных зарядов взрывчатых веществ (BB) одновременно регистрируют:се смические волны, электромагнитные сигналы и величину заряда электростатического поля на поверхности блока горных пород, измеряют времена их возникновения и время достижения максимального значения заряда электростати1104459

45 ческого поля, в момент достижения .

его максимума производят повторное возбуждение упругих волн взрывом и повторную регистрацию сейсмических, элект омагнитных сигналов и величины заряда электростатического поля в том же пункте наблюдения, в момент достижения максимума суммарного значения заряда электростатического. поля производят последующий взрыв и вновь регистрируют те же параметры, указанный цикл повторяют до осуществления электрического пробоя в блоке горных пород, о возникновении которого судят по появлению аномальных электромагнитных 15 и сейсмических сигналов после про хождения упругих волн взрыва через пункт наблюдения, полученных из сравнения времен сейсмических и электромагнитных сигналов, вызванных 20 предшествующими взрывами, при этом в случае недостаточного для электрического пробоя значения величины заряда электростатического поля увеличивают мощность взрыва. 25

Способ заключается в том, что вблизи места горной выработки, в которой возникло повышенное механическое напряжение небольшой интенсивности — "стреляние", производят взрыв

ВВ, в пункте наблюдения, расположенном в другой выработке, регистрируют одновременно сейсмические и вызванные ими электромагнитные сигналы на поверхности пласта, содержащего полиметаллы, заряд электростатического поля, возникающий под действием упругой волны взрыва, измеряют времена их возникновения и время достижения максимума электрического заря да пласта, в момент достижения его 40 максимума производят повторный взрыв, который еще увеличивает заряд электростатического поля и повторно регистрируют сейсмические и электромагнитные сигналы и величину суммарного электростатического поля в том же пункте наблюдений; в момент. достижения максимума суммарного значения заряда электростатичес.кого поля производят последующий взрыв и вновь регистрируют те же параметры. Указанный цикл повторяют до тех пор, пока на сейсмическом и электромагнитном каналах не зарегистрируют аномальные сигналы, возникающие после прохождения упругих 55 в лн взрыва через пункт наблюдения, время возникновения которых больше времени возникновения сейсмических и электромагнитных сигналов, вызванных взрывами, появление таких 60 сигналов свидетельствует о возникн"вении электрического пробоя и локального разрушения (толчка ) в бл. ке горных пород. Если заряд электростатического поля перестал воз-, б5 растать, а электрический пробой не осуществился, увеличивают мощность взрыва.

В предлагаемом способе используются измерения комплекса геофизических полей: сейсмического, электромагнитного и электростатического, а в известном — одного сейсмического. Кроме того, в известном способе производят несколько взрывов зарядов ВВ., размещенных в скважинах или шпурах, подрываемь.х ОдновреМен.— но и произвольно во времени.

В предлагаемом способе прогодит-. ся последовательное взрывание одиночных взрывов, причем время взрыва, последующего за первым, определяется по времени достижения максимума электростатического заряда.

Для этой цели проводят непрерывное измерение электростатического заряда. Одновременно в течение всего периода последовательного взрывания регистрируют сигналы еще двух физических полей: сейсмического и элек-тромагнитного. Такое взрывание позволяет проводить накопление и поддержание электростатического заряда в массиве горных пород. При этом возникают сейсмические и электромагнитные сигналы рудного пласта, возбуждаемого упругой волной, взрыва.

Эти сигналы закономерны и не являются аномальными. В какое-то время, определяемое электрофизическими и механическими свойствами конкретного горного массива, накапливается электростатический заряд, достаточный для пробоя. Электрический пробой ведет к локальному разрушению, породы и характеризуется одновременным появлением в электромагнитном канале измерителя мощного электрического сигнала, а в сейсмическом — упругих колебаний. Одновременная регистрация этих двух параметров отбрасывает ) отбраковывает как электрические, так и сейсмические случайные помехи.

В известном способе снятие механического напряжения производится путем разрушения внутренних частей опасно напряженного массива непосредственно взрывом в скважинах, пробуренных в этом же блоке специально для этих взрывов. При этом необходимо их заложить ближе к опасному участку.

В предлагаемом способе разрушение осуществляется не от механического действия взрыва, а электрическим пробоем в участках массива, и для этих целей нет необходимости взрывать непосредственно в опасном участке. Взрывание осуществляется небольшими накладными зарядами вдали от опасного участка, например, зарядом

ВВ весом 0,3 кг на расстоянии 301104459

Составитель

Техред A.À÷

Л.Воскобойников

Корректор A.Äçÿòêî

Редактор Л.Гратилло

Заказ 520á/33 Тираж 711

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, MQGKba, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

40 м от опасного участка. Вес заряда и расстояние выбираются в зависимости от электрофизических и механических свойств пород так, чтобы появлялся электростатический заряд. Дальней- 5 шим последовательным взрыванием в укаэанном режиме добиваются увеличения до электростатического заряда критического значения. Большая или меньшая величина заряда ВВ просто укоротит либо удлинит соответствующий процесс накопления заряда (для обнаружения, например, кварцевых жил с малой величиной пьезомодуля требуется увеличение веса заряда и приближение заряда ВВ к объекту исследований, что говорит о том, что поиск зависит от электрофизических свойств руд). Если электростатический заряд возник и накопляется, то

oct уменьшении механического напря- 20 жения судят по выделению сейсмической и электромагнитной энергий из блока породы путем регистрации аномальных сигналов одновременно на сейсмическом и электромагнитном каналах.25

Операция измерения механических напряжений обязательна не всегда, так как выделение энергии из опас- 30 ного блока, фиксируемое сейсмоприемником, установленным в нем, свидетель.ствует об уменьшении внутренней энергии внутри блока и, следовательно, локального уменьшения механических 35 напряжений. Дополнительным (практическим ) критерием уменьшения механических напряжений является прекращение

"стреляния" на опасном участке. Операция измерения механических напряже-40 ний, если она необходима, проводится известными способами.

Таким образом, в предлагаемом способе путем неоднократного воздействия упругих волн на механически 45 напряженные блоки горных пород, решается задача накопления заряда электростатического поля в массиве горных пород, электрического пробоя, частичного разрушения массива и выде-50 ления энергии из массива и, следовательно, уменьшения его механических напряжений в этой области.

Предлагаемый способ опробован на месторождении редких металлов. Измерительная и регистрирующая аппаратура установлена вблизи центрального целика, пункты взрыва расположены на нижнем горизонте в полевом штреке в 8-12 м от рудного пласта. Измерение электромагнитного поля проводи- лось с помощью аппаратуры радиоимпульсного метода, прием сейсмических сигналов — с помощью стандартного сейсмоприемника. Электрический заряд руды измерялся электрометром, позволяющим измерять напряженность электрического поля, равную 40 В/м. Запись сейсмических колебаний и электрического заряда осуществлялись на осциллографе. Под действием упругих волн одиночных предварительных взрывов рудный пласт генерировал радиоимпульсы, время возникновения которых равно 1,5-1, 8 мс после момента взрыва, время прихода сейсмических колебаний к сейсмоприемнику составляет 2,32,2 мс, максимум электростатического поля на поверхности пласта возникает через 38-40 с от момента взрыва и равен б 10 Кл/см . Проведено четыре взрыва весом 2 кг каждый, при последнем взрыве звряд достигал величины

4 10 " Кл/см . После последнего взрыва через 531 с сейсмоприемником, установленным на целике, зарегистрированы мощные продолжающиеся 1 с ) и затем слабые продолжающиеся еще

4,5 с ) сейсмические колебания, по выделившейся энергии соответствующие взрыву 120-160 кг ВВ. Одновременно зарегистрирован мощный электрический импульс, свидетельствующий о заряде в рудном пласте. В целике произошло внутреннее разрушение толчок . После этого перестало происходить "постреливание" породы с поверхности целика, а механическое напряжение в целике упало на 190 кг/см,от 1220 кг/см до 1030 кг/cM ).

Предлагаемый способ эффективен по сравнению с известным за счет сокращения времени и трудоемкости горных работ на снятие механических напряжений, так как используются геофизические способы, не требующие проходки в массиве пород скважин, шпуров и тем более горных выработок.