Способ определения параметров расслоения кровли горных выработок

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ПИ Ol) (51)4Е 21 С 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ где F— дЬ

Р

w кс

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3785042/22-03 .(22) 29.08.84 (46) 23.05.86. Бюл. Ф 19 (7l) Институт горного дела СО АН СССР (72) Н.Г. Кю, О.И. Чернов и Г.В. Черемных (53) 622.235(088.8) (56) Ямщиков В.С. и др. Дефектоскопия пустот под отводными каналами на Североуральском бокситовом руднике.-Горный журнал, 1979, У 6, с. 55-57.

Авторское свидетельство СССР

И 1008445, кл. Е 21 С 39/00, 1981. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАССЛОЕНИЯ КРОВЛИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, включающий возбуждение в массиве из скважины упругих колебаний и регистрацию этих колебаний, по параметрам которых определяют параметры расслоения кровли, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем определения скорости развития трещины, задают высоту расслоения кровли относительно горной выработки, на этой высоте возбуждают в массиве упругие колебания предварительным гидравлическим надрывом горной породы, у устья скважины регистрируют эти колебания, определяют максимальные значения частоты гармоник спектра этих упругих колебаний, проводят расслоение кровли и на определенных расстояниях от скважины регистрируют образующиеся при расслоении кровли упругие колебания на частоте, определяемой выражением

Емакс

L+AL частота, на которой регистрируют образующиеся при расслоении кровли упругие колебания; заданная высота расслоения кровли (относительно выработки); максимально допустимое отклонение расслоения от заданного значения; максимальная частота гармоник спектра упругой волны у устья скважины при возбуждении массива гидравлическим надрывом.

1232800

Определение параметров расслоения кровли производят следующим образом.

До расслоения кровли у устья скважины 3 устанавливают сейсмодатчик

8, подключают его к анализатору 9 спектра и подачей в зародышевую щель

4 небольшого объема жидкости под давлением через трубу 6 производят надрыв горной породы с образованием трещины 10. В результате образования трещины 10 возникает упругая волна, которая улавливается сейсмодатчиком 8. Сигнал с него поступает в анализатор 9 спектра, посредством которого определяют максимальную частоту гармоник принятого сигнала.

Затем вычисляют частоту, на которую должны быть настроены сейсмоприемники 12, по формуле Макс

F=

L+hL где F - частота, на которую настра ивают сейсмоприемники;

50

ИзоГ>ретение относится к горному делу, в частности к акустическим способам исследования и контроля структурных неоднородностей массива горных пород вокруг горных выработок, 5 и предназначено для определения зоны расслоения в кровле горных выработок при гидродинамической стратификации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения скорости развития трещины.

На чертеже покаэана схема определения параметров расслоения кровли горных выработок. I5

Здесь изображены выработка 1, массив 2 горных пород, скважина 3, зародышевая щель 4, пакер 5, труба

6, расслоение кровли 7, сейсмодатчик 8, анализатор 9 спектра, трещина 20

10, сейсмодатчики ll, сейсмоприемники

12 и устройство 13 эталонного времени.

При направленном расслоении кровли из выработки 1 в массиве 2 горных пород бурят скважину 3, в которой прорезают специальным устройством зародьппевую щель 4 (концентратор напряжения для задания требуемого направления разрыва горной породы), ЗО и устанавливают пакер 5. В эародьппевую щель 4 через трубу 6 подают жидкость под давлением, при котором происходит расслоение кровли 7.

Макс заданная высо а расслоения кровли (показана стрелками); максимально допустимое отклонение расслоения от заданного значения высоты; максимальная частота гармоник спектра упругой волны, возникающая в результате образования трещины !О и принятая датчиком 8 упругих колебаний.

В разных точках массива устанавливают через известные расстояния сейсмодатчики Il, которые подключают к настроенным на частоту F сейсмоприемникам 12. Последние устроены таким образом, что в них производит-, ся запись времени от устройства 13 эталонного времени, когда частота следования сейсмоимпульсов от расслоения кровли достигает максимального значения.

После проведения указанных операций подачей жидкости под давлением в трещину 10 от мощных насосных станций производят расслоение кровли 7.

Возникающие при этом упругие импульсы принимаются сейсмодатчиками 11 в точках их установки, анализируются и на индикаторах приемников высвечивается время прохождения границы эоны расслоения контролируемых областей массива горных пород.

Способ основан на формировании в массиве горных пород упругой волны, по спектральному составу аналогичной той, что возникает в результате расслоения кровли, настройки на эту волну приемных устройств, временной селекции максимальных частот следования сейсмических импуль— сов и определения характера расслоения по времени прохождения его фронта через контролируемые области кровли.

Способ предназначен для слежения эа двюкением границы зоны расслоения кровли, где расстояние от плоскости образующейся щели до мест установки приемников является известным. Заданием параметров измерительной аппаратуры можно создать такие условия, когда каждый из сейсмодатчиков будет воспринимать сейсмическую информацию от развивающейся щели на ограниченном узком участке движения ее фронта.

С целью устранения влияния на измерение собственных резонансных частот

1232800 каналов измерения нелинейную верхнюю часть полосы пропускания датчиков следует обрезать фильтром. ВреднымИ являются и нйжние составляющие спектра упругих колебаний фронта расслоения, так как они обладают относитель. но слабым затуханием и воздействуют одновременно на большое число сеймодатчиков. Полоса фильтра, стоящего после сейсмодатчика, выбирается из характеристик сейсмодатчика, свойств горных пород и расстояния от выработки до расслоения кровли.

Известно, что при распространении в породном массиве амплитудные значения гармоник упругой волны изменяются по закону

-я

A A о.е. где А — амплитудное значение нео которой гармоники упругой волны при ?=О;

А — текущее значение этой амплитуды;

R — коэффициент поглощения этой же гармоники;

L — расстояние прохождения волны.

При этом

- яь - И ьI> -А/% -дЯч где d. — — логарифмический декремент затухания, определяющий степень затухания амплитудного значения волны на участке, равном длине волны;

F — - частота:;олебаний волны;

V — - скорость распространения волны в породном массиве.

Таким образом

Ь F=a-1п—

Ао

V где а=—

Амплитуду упругой волны у фронта щели при стационарном нагружении на массив в период образования расслоения можно считать квазипостоянной. Из-за ограниченной чувствительности приемников существует А„ мин ниже которой упругая волна не улавливается. Максимальная частота

F гармоники сейсмического сигмокс нала, которая улавливается при прохождении волны расстояния Ь, определяется из соотношения

1 А

F = — -Й.1п - макс 1, А

Фин

При постоянной амплитуде упругой волны в месте ее возникновения (у границы расслоения ) и заданной чувствительности приемника

Ь.F =const, Макс

При всех прочих равных условиях увеличение дальности прохождения упругой волны возможно за счет пропорционального уменьшения ее частоты ь+,ь= " L

10 gF

Применительно ск предлагаемому спо» собу максимальную частоту гармоник спектра определяют у устья скважины в период проведения предварительного надрыва. Расстояние Ь и возможно его отклонение 6L от выработки до расслоения задается исходя из технологических требований подземного производства. Частота, на которую настраивают сейсмоприемники, определяется из полученной формулы. Таким образом, обеспечивается гарантия при. ема каждым из сейсмодатчиков сигналов акустической эмиссии, сопровождающих развитие расслоения и создаваемых продвигающимся фронтом.

Кроме того, обеспечивается отсеивание подавляющей части низкочастотных составляющих спектра сейсмического сигнала, распространяющихся на значительные расстояния, являясь помехой при выборе полезного сигнала.

Особенностью предлагаемого способа является селекция зон пространства горного массива посредством датчи. ков упругих волн с выбранным частотным диапазоном и определенной чувствительностью измерительного оборудования, т.е. каждый из сейсмодат40 чиков принимает сейсмическую информацию о развитии расслоения лишь на ограниченном участке движения фронта расслЬения.

Применение предлагаемого способа

45 позволяет не только определять параметры расслоения кровли горных выработок, но и управлять процессом расслоения, т. е. по получаемым данным в наглядной информативной форме судить о достигнутых размерах трещи-. ны и давать рекомендации для режимов нагнетания жидкости при осуществлении гидроразрывов. Кроме того, способ применим в массивах с любыми свойст вами горных пород и прост в технической реализации в условиях шахт и рудников, опасных по газу, пыли и ! выбросам.