Способ прогноза удароопасности массива горных пород

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при выявлении наиболее напряженных участков (НУ) массива пород вокруг горных выработок, мощности этих НУ вглубь выработок, определении направления действия главных компонент тензора напряжений (КТН) и прогноза удароопасности. Цель изобретения - повышение надежности определения степени удароопасности путем учета мгновенного скачка изменения интенсивности электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) при воздействии промышленных помех и точности определения параметров ЭМЭ. Для этого измеритель с приемными антеннами перемещают вдоль выработки и производят измерение интенсивности ЭМЭ одновременно одинаково соориентированными, подключенными в противофазе двумя антеннами при различной базе между ними в наиболее НУ массива. Эти НУ определяют путем сравнения интенсивности нормального поля ЭМЭ с полученными данными интенсивности ЭМЭ вдоль выработки и при превышении этих значений ЭМЭ интенсивности нормального поля ЭМЭ их относят к наиболее НУ Устанавливают в наиболее НУ зависимость интенсивности ЭМЭ от базы регистрации и определяют граничные значения интенсивности ЭМЭ с учетом этих зависимостей и величины и направления действия КТН При сравнении полученных в массиве пород интенсивностей ЭМЭ с граничными устанавливают мощность наиболее НУ и его местоположение Степень удароопасности пласта устанавливают в зависимости от интенсивности ЭМЭ, градиента интенсивности, направления действия главной КТН уровня нормального поля ЭМЭ, глубины максимума интенсивности и диаметра выработки 2 ил (Л С о ел ел о ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4601012/03 (22) 01.11.88 (46) 07.06.91. Бюл. М 21 (71) Производственное объединение "Апатит" им.С.М.Кирова (72) А.А.Леонов (53) 622.832 (088.8) (56) Указанная по безопасному ведению горных работ на Хибинских апатито-нефелиновых месторождениях, склонных к горным ударам. Апатиты-Кировск, ПО "Апатит", ГОИ КФАН СССР, 1985.

Авторское свидетельство СССР

hh 1104270, кл. Е 21 С 39/00, 1984, (54) СПОСОБ ПРОГНОЗА УДАРООПАСНОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при выявлении наиболее напряженных участков (НУ) массива пород вокруг горных выработок, мощности этих НУ вглубь выработок, определении направления действия главных компонент тензора напряжений (КТН) и прогноза удароопасности. Цель иэобретения— повышение надежности определения степени удароопасности путем учета мгновенного скачка изменения интенсивности электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) при возИзобретение относится к горному делу и может быть использовано при выявлении наиболее напряженных участков массива пород вокруг горных выработок, мощности этих участков вглубь выработок, определении направления действия главных компо„„БЦ ÄÄ 1654595 Al (сП5 Е 21 F 5/20, Е 21 С 39/00 действии промышленных помех и точности определения параметров ЭМЭ. Для этого измеритель с приемными антеннами перемещают вдоль выработки и производят измерение интенсивности ЭМЭ одновременно одинаково соориентированными, подключенными в противофазе двумя антеннами при различной базе между ними в наиболее НУ массива. Эти НУ определяют путем сравнения интенсивности нормального поля ЭМЭ с полученными данными интен- Я сивности ЭМЭ вдоль выработки и при превышении этих значений 3М3 интенсивности нормального поля ЭМЭ их относят к наиболее НУ. Устанавливают в наиболее НУ зависимость интенсивности ЭМЭ от базы регистрации и определяют граничные значения интенсивности ЭМЭ с учетом этих зависимостей и величины и направления действия КТН. При сравнении полученных в массиве пород интенсивностей ЭМЭ с гра- Л ничными устанавливают мощность наиболее НУ и его местоположение. Степень Q1 удароопасности пласта устанавливают в за- 10 висимости от интенсивности ЭМЭ, градиен- (Я та интенсивности, направления действия главной КТН уровня нормального поля

ЭМЭ, глубины максимума интенсивности и диаметра выработки. 2 ил.

° евай нент тензора напряжений и прогноза удароопасности.

Цель изобретения — повышение надежности определения степени удароопасности путем учета мгновенного скачка изменения интенсивности электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) при воздействии промыш1654595

55 ленных помех и точности определения параметров 3МЭ, На фиг. 1 приведена схема проведения измерений магнитной составляющей ЭМЭ зондом с ферритовыми антеннами (а-г) и зондом с рамочными антеннами (д-ж); на фиг. 2 — номограммы определения степени удароопасности пород.

На фиг, 1 поясняется проведение измерений поперечной составляющей интенсивности электромагнитной эмиссии 1р, кроме ого, р и Ipl соответственно угол поворота зонда и значение соответствующей этому углу интенсивности электромагнитной эмиссии; ракс и рМи соответственно угол поворота зонда до получения максиМдЛЬНОГО IPMa c И МИНИМаЛЬНОГО фмин ЗНа чений интенсивности электромагнитной эми сии; у„,кс — направление д"йствия главных компонент тензора напряжений в плоскости вращения магнитной антенны;

L — база между антеннами.

На фиг. 2 h — глубина регистрации, hpp— глубина зоны разрушенных пород; hMavc— гл.бина максимума интенсивности электромагнитной эмиссии; f — длина эоны повышенных напряжений.

Способ осуществляется следующим образом.

Ппоизводят регистрацию интенсивности электромагнитной эмиссии l по профилю с шагом Х = 2 м при базе 1 = 1 м. Оси ферритовых антенн сориентированы вдоль выработки так, чтобы а точках наблюдения регистрировать суммарную электромагнитную эмиссию сс всех направлений, перпендикулярных оси выработки. Положение антенн относительно стенок выработки ео всех точках (фиг, 18) ссхраняют на одном уровне(е средней части выработки по высоте и ча одинаковом расстоянии от ее бортов). Если выработкой вскрыты литологически однотипные породы, то уровень нормального поля рассчитывают по всем точкам прсфиля (пикетам) по формуле и

low -Х 1 /и, I =1 где n — число пикетов.

Показания Iq I, которые отличаются от

log áîëåå чем в 2,5 раза, отбрасывают Ilail аномальные при уровне вероятности)3= 0,1, Производя- повторное вычисление Io по значениям оставшихся lq и полученное значение принимается за уровень нормального фона в выработке. В случае, если выработкой вскрывается ряд разнотипных пород, то расчет нормального 10 фона проводят по наименее хрупким их разновидностям. После оценки 4 определяют участки

40 по профилю выработки, в которых 1 макс >

> 2 Ipg, и на этих участках проводят повторные измерения lg. В случае. если эти значения отличаются от первоначальных замеров не более, чем на 10, на указанных участках профиля производят дальнейшие измерения, Если значения отличаются более, чем Hà 10 (, от первоначальных, то процесс измерения повторяется в укаэанной последовательности до получения погрешности не более 10 .

Затем в укаэанных точках профиля поворачивают антенны на угол >т/2 (фиг. 16) и вращают их вокруг оси Х. Производят измерения поперечной составляющей Ip до получения максимального значения Ip =!рмакс с шагом Л p = 30 . Вертикальному положению осей антенн отвечает наибольшая чув. ствительность к источникам поля. расположенным в горизонтальной плоскости. По максимальной амплитуде поперечной составляющей интенсивности электромагнитной эмиссии lp =!у>акс находят угол узмакс. а по минимальной амплитуде Ip = 1рмакс— угол рм><. которые отличаются между собой на угол л/2. Участки наибольших напряжений на контуре выработки определяются геометрически по пересечению с ним линии, проходящей от оси профиля измерений Х под углом ра<с. а в плоскости, наклоненной под углом рмтк<, действуют инварианты главных ндпряжениЙ гтмакс (фиг. 13), Используя рамочные антенны, первый профиль проводят при ориентировке их перпендикулярно оси Х (фиг. 1д), магнитный момент направлен по оси Х. В аномальных точках определяют рМВКС и pMPIH (макс Il !мин (фиг. 1е). Наиболее напряженными считают те участки, где наибольшего значения достигает полная интенсивность ЭМЭ, рассчитываемая по формуле.= о.....) (.).

При возможности визуального определения направления действий максимальных напряжений по внешним признакам удароопасности профилирование проводится сразу в плоскости наибольших напряжений на контуре выработки.

В качестве регистратора можно использовать счетчики числа событий (регистрируют огибающие сигналов от событий). счетчики числа осциляций (регистрируют число превышений амплитуды сигнала над порогом срабатывания регистратора и измерителя напряженности поля).

На участках, где 1 акс > 2 lpg, производятся глубинные исследования распределения источников ЭМЭ их интенсивности и

1654595 амплитуды. Для этого зонд располагается на контуре выработки на участке наибольших напряжений с ориентировкой магнитного момента в плоскости, перпендикулярной направлению оси выработки(фиг, 1в, ж), производятся измерения интенсивности

ЭМЭ при различной базе и чувствительности регистратора.

Для прогноза удароопасности можно использовать зависимость интенсивности электромагнитной эмиссии от напряженного состояния 1(д) и номограмму, аналогичную номограмме для определения категории удароопасности методом дискования керна, на горизонтальной оси которой от макс hp.n. кладывается, а по вертикальОеыр ной Убвыр (фиг. 2), Определение категории удароопасности производится в следующей последовательности.

По результатам шахтных измерений

3 I рассчитывается и строится зависимость

Э и с1 (L). С этой зависимости по шкале h снисьh мается heave и 3. Рассчитывается f/беыр, точка с полученными координатами выносится на номограмму I фиг. 26.

В укаэанном случае координаты точки 1 макс р.п.

22$; f/деыр = 23, Чем выше оеыр анизотропия напряжений, тем выше вероятность горного удара (или другого проявления горного давления) и интенсивнее разрушение выработки. Левая часть номограммы учитывает анизотропию.

Из точки 1 параллельно границам номограммы в осях I/беыр опускаЛмакс h p.n. беыр ются до оси Udevp, далее поднимаются в левой части номограммы (как показано стрелкой) до полученного при измерении значения !рмакс/Iðìíí (ось IpMBKc/Iðìèí на фиг. 26 не проградуирована — градуируется сопоставлением предлагаемого способа с базовыми конкретно для каждого месторождения).

Далее из полученной точки 2 опускают перпендикуляр на ось k/d, p. Полученная точка пересечения характеризует удароопасность выработки в зависимости от того, в зоне какой категории она находится.

Характерная номограмма для пород Хибинских месторождений показана на фиг.

26. При ориентировке зонда во время глубинных исследований (фиг. 1г) регистрация производится в двух точках расположения антенн, в этом случае более сильная зависимость глубины регистрации от базы.

Способ регистрации интенсивности

5 ЭМЭ с противофазным подключением антенн может быть применен при прогнозе удароопасности методом акустической эмиссии. В этом случае в противофазе подключаются сейсмодатчики. чем достигается

10 подавление помех и изменение глубины регистрации при изменении базы.

Формула изобретения

Способ прогноза удароопасности массива горных пород, включающий измерение

15 интенсивности электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) пород при перемещении измерителя с приемной антенной вдоль выработки. определение уровня нормального поля ЭМЭ в выработке, выделение участков массива. в

20 которых интенсивность ЭМЭ превышает интенсивность ЭМЭ нормального поля, отнесение к наиболее напряженным участкам, где интенсивность ЭМЭ достигает максимальных значений, определение на этих

25 у глотках углов регистрации максимальной и минимальной величин поперечной составляющей интенсивности ЭМЭ. определение по направлению минимального угла интенсивности ЭМЭ направления действия глав30 ной компоненты тензора напряжений, определение степени удароопасности в зависимости от интенсивности ЭМЭ, градиента интенсивности направления действия главной компоненты тензора напряжений

35 уровня нормального поля ЭМЭ, глубины максимума интенсивности и диаметра выработки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности определения степени удароопасности путем учета мгновен40 ного скачка изменения интенсивности ЭМЭ при воздействии промышленных помех и гочности определения параметров ЭМЭ, измерение интенсивности ЭМЭ производят одновременно одинаковосоориентирован45 ными подключенными в противофазе двумя антеннами при различной базе между ними в наиболее напряженных участках массива, устанавливают зависимость интенсивности

ЭМЭ от базы регистрации и определяют

0 граничные значения интенсивности ЭМЭ с учетом этих зависимостей. и величины и направления действия главной компоненты тензора напряжений, а при сравнении полученных в массиве горных пород интенсив5 ностей ЭМЭ с граничными значениями устанавливают мощность наиболее напряженного участка и его местоположение OT носительно контура выработки.

1654595 (PE f

30 60 Ю

Составитель Г.Васючкова

Техред М,Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор И.Шулла Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1941 Тираж 294 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5