Способ контроля напряженного состояния массива горных пород

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, § НСОШЗЩй iq - ;-г йлш. I т I . I . .„ включающий прозвучивание ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между параллельными скважинами и по их глубине, определение местоположения максимума зоны опорного давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют длительность переднего фронта ультразвукового импульса, по относительному изменению последнего от глубины судят о распределении напряжения в окрестности горной выработки, при этом минимуму длительности переднего фронта ультразвукового импульса соответствует максимум зоны опорного давления. (Л 4:: СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

10 А (l9) (I1) 4(gg) Е 21 С 39/00

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3656924/22-03 (22) 06. 10. 83 (46) 07.04 ° 85. Бюл. У 13 (.72) В.С. Ямщиков, В.Л. Шкуратник и Д.Н. Сирота (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт (53) 622.235(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 620611, кл. Е 21 С 39/00, 1976.

2. Ямщиков В.С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М., "Недра", 1982, с. 159 (прототип) . (54)(57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЬБ ПОРОД, включающий прозвучивание ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между параллельными скважинами и по их глубине, определение местоположения максимума зоны опорного давления, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют длительность переднего фронта ультразвукового импульса, по относительному изменению последнего от глубины судят о распределении напряжения в окрестности горной выработки, при этом минимуму длительности переднего фронта ультразвукового импульса соответствует максимум зоны опорного давления.

1 149010

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при контроле напряженного состояния массива горных пород в окрестностях горных выработок. 5

Известен способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включающий бурение шпура, заполнение его твердеющим моногенным материалом, прозвучивание образован- 10 ного таким образом стержня акус" тическим сигналом, по изменению скорости или коэффициента затухания которого оценивают изменения напряженного состояния массива fi) . f5

Недостатком данного способа является невозможность оценки с его помощью пространственного распределения напряжения по глубине от контура 20 горной выработки (в частности, определения местоположения максимума зоны опорного давления) в связи с отсутствием доступа к торцу прозвучиваемого стержня, находящемуся в глубине массива.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включающий прозвучивание ультразву ковыми импульсами участков массива, ;расположенных между параллельными скважинами по их глубине, определение местоположения максимума зоны, опорного давления (2) .

Недостатком известного способа является низкая точность определения местоположения максимума зоны опорного давления, обусловленная тем, что при его реализации об изменении напряжений с глубиной судят по относительному изменению скорости распространения ультразвуковых колебаний от участка к участку. Однако различие в скоростях распространения ультразвуковых колебаний на участках вблизи контура выработки и в зоне опорного давления обычно не превышает 30Х, Такое незначитель- 5О ное различие не позволяет точно выявлять местоположение максимума зоны опорного давления. Этот недостаток особенно характерен для горных пород, обладающих высокой пластичностью (например, соляных горних пород), где указанное различие не превышает

i5-207, в результате чего ультразвуковой контроль напряженного состояния на с.оляных месторождениях практически не используется.

Цель изобретения — повышение точности контроля напряженного состояния массива горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля напряженного состояния массива горных пород, включающему прозвучивание ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между параллельными скважинами по их глубине, определение местоположения максимума зоны опорного давления, измеряют длительность переднего фрон-. та ультразвукового импульса, по относительному изменению последнего от глубины судят о распределении напряжений в окрестности горной выработки, при этом минимуму длительности переднего фронта ультразвукового импульса соответствует максимум зоны опорного давления.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа; на фиг. 2 - график зависимости относительного изменения длительности переднего фронта ультразвукового импульса с глубиной.

В кровле, стенке или почве выработки бурят две параллельные скважины (шпура) 1 и 2 на глубину 5-8 м, по которым параллельно перемещают излучающий ультразвуковой преобразователь 3 и приемный ультразвуковой преобразователь 4 дискретно с шагом

10-20 см.

Электрическими импульсами ультразвукового прибора 5 возбуждают излучающий преобразователь 3, с помощью которого импульсные ультразвуковые колебания излучают в межскважинное пространство 6. Преобразователем 4 принимают прошедшие межскважинное пространство 6 ультразвуковые колебания, длительность переднего фронта которых измеряют с помощью прибора 5.

Совокупность результатов измерений длительности фронта {фиг. 2) отражает распределение напряжений в окрестностях горной выработки с глуби-. ной. Так участок вблизи контура выработки характеризуется нарушением . сплошности массива, обусловленным воздействием буровэрывных работ и действием горного давления. На этом участке происходит интенсивное поглощение высокочастотных составляю49010

0Ã 7 75 Z ГХ Eп Рог.Г

Составитель Г. Алексеева

Редактор С.Патрушева Техред А.Кикемезей Корректор E ° Рошко

Заказ 1843/22 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

3 11 щих спектра ультразвукового импульса и соответственно уменьшение крутизны и увеличение длительности его переднего фронта. Далее по мере удаления точек измерения от контура выработки располагается участок с повышенными значениями напряжений, соответственно меньшей пористостью и трещиноватостью. Этому участку соответствует минимальная длительность фронта с .: Далее следует участок сохранного массива,. на котором не произошло изменение напряжений и структуры под влиянием выработки. Здесь длительности переднего фронта имеют промежуточные значения. по сравнению с первым н вторым участками.

Предлагаемый способ может .быть реализован и по методике акустического каротажа, когда прозвучиванию последовательно подвергаются участки массива, расположенные вдоль скважины по ее глубине, причем излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи располагаются в одной скважине.

Проводят экспериментальную проверку предлагаемого способа в подготовительных выработках рудников.

При зтам используют стандартную ультразвуковую аппаратуру УК-14П позволяющую измерять автоматически длительность переднего фронта ультразвуковых импульсов, Измерения показали, что длительность переднего фронта ультразвукового импульса является более информативным параметром при контроле напряженного состояния, чем скорость его распространения. Так в зоне опорного давления длительность .переднего фронта в 2-3 раза меньше длительности переднего фронта, полученной при измерениях на контуре выработки.

Предлагаемый способ позволяет получать своевременную оперативную информацию о перераспределении горного давления в окрестностях горных выработок, что необходимо для безо" пасного ведения горных работ.