Способ определения степени удароопасности массива горных пород

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения степени удэроопасности массива горных пород, основанным на регистрации и измерении параметров электромагнитной эмиссии. Цель изобретения - повышение точности и достоверности. Для этого измеряют параметры фотонной эмиссии в ультрафиолетовом диапазоне и определяют опасные категории массива. Параметры фотонной эмиссии измеряют с поверхности выработки и находят опасный участок с повышенным напряжением. Измеряют параметры фотонной эмиссии единицы площади поверхности опасного участка. При значениях, меньших критериальных, в центре опасного участка бурят скважину, измеряют параметры фотонной эмиссии по длине скважины с максимальным напряжением. Измеряют параметры фотонной эмиссии с единицы площади поверхности скважины и составляют номограмму критериальных значений фотонной , эмиссии горных пород. По соединяемой номограмме определяют степень удароопасности исследуемого участка массива горных пород. А ил. „-у г-Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4636068/03 (22) 12.01.89 (46) 07,01.92. 6юл. М 1 (71) Кузбасский политехнический институт (72) А.С.Денисов, А.A.Màëüøèí, В.В.Иванов и П.В.Егоров (53) 622,23.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1276829. кл. Е 21 С 39/00, 1986

Авторское свидетельство СССР

N1452983,,кл. Е 21 С 39/00, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ

УДАРООПАСНОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ

ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения степени удароопасности массива горных пород, основанным на регистрации и измерении параметров электромагнитной эмиссии.

Цель изобретения — повышение точности и

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения степени удароопасности массива горных пород, основанным на регистрации и измерении параметров электромагнитной эмиссии.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности.

На фиг. 1 показаны схемы фотоэмиссионных измерений (а — с поверхности выработок, б — с поверхности скважины); на фиг.

2 — схема измерений фотоэмиссии с поверхностей выработок и скважин; на фиг. 3— соотношение параметров, необходимых для оценки степени удароопасности приконтурной зоны массива горных пород одиночной выработки; на фиг, 4 — номограммы для оценки степени удароопасности.

5U«1703815 А1 достоверности. Для этого измеряют параметры фотонной эмиссии в ультрафиолетовом диапазоне и определяют опасные категории массива. Параметры фотонной эмиссии измеряют с поверхности выработки и находят опасный участок с повышенным напряжением. Измеряют параметры фотонной эмиссии единицы площади поверхности опасного участка. При значениях. меньших критериальных, в центре опасного участка бурят скважину, измеряют параметры фотонной эмиссии по длине скважины с максимальным напряжением. Измеряют параметры фотонной эмиссии с единицы площади поверхности скважины и составляют номограмму критериальных значений фотонной. эмиссии горных пород. По соединяемой номограмме определяют степень удароопасности исследуемого участка массива горных пород. 4 ил.

На фиг. 1-4 введены обозначения..1— светонепроницаемая труба; 2 — металлический экран; 3 — горная выработка: 4 — участок выработки с повышен н ым механическим напряжением; 5 — иэолинии поля механических напряжений; 6 — условные траектории измерений с поверхности методом телескопического обзора; 7 — зона концентрации напряжений; 8 — средние значения давления; 9 — повышенные давления в произвольных точках; 10 — характеристика равновесного давления вдоль контура выработки; 11 — максимальное давление, в центр пробурена скважина — 12, 13 — положения детектора при скважинных измерениях; С— расстояние до максимума спорного давления, б — ширина выработки. 1УА — размер

1703815 удароопасной зоны; коэффициент фотонной эмиссии Ktv, расстояние до максимума опорно о давления a/â и раэмерудароопасного участка 1уд/Ь вЂ” 14 — руд, 15 — пород.

Способ осуществляется следующим образом.

Шахтные измерения фотозмиссии с поверхностей выработок и скважин проводит один оператор. Измерения с поверхностей выработок проводят методом телескопического обзора фиг. 1 на фоне освещения в диапазоне ультрафиолетового света 160300 нм (ФЗУ-80).

Исследуя последовательно поверхность выработки, находят участок, где породы излучают ультрафиолетовый свет. Это участок микротрещинообразования с повышенным механическим напряжением. Определяют по показаниям индикаторов пульта прибора длину опасного участка.

Границы и центр опасного участка уточняют с помощью цилиндрического экрана путем уменьшения телесного угла потока излучения.

Прием сигналов с поверхностей выработок любого сечения проводят при одинаковых условиях. При расстоянии между бортом выработки и окном ФЗУ, равном 100 см, перемещая светонепроницаемую трубу, надетую на корпус детектора, получают эталонную площадь поверхности выработки

628 см . с которой регистрируют световые сигналы. Измеряют параметры фотоэмиссии и находят их значения с единицы площади и по номограмме, приведенной на фиг. 4, определяют степень удароопасности массива пород в зоне измеряемого участка выработки.

При значениях фотоэмиссии (ФЭ), меньших критериальных значений, по центру аномального участка бурят скважину (фиг. 2 и 3). Перед скважинными замерами методом телескопического обзора проверяют состояние поверхностей приэабойной части выработки. Включают пульт при закрытой крышке детектора и устанавливают режим работы прибора. Затем детектор с открытой крышкой, с подсоединенной штангой помещают в скважину, устье которой тампонируют светонепроницаемой пробкой. Затем эключают пульт и детектор перемещают вдоль скважины с помощью набора удлинительных штанг (фиг. 1б). Результаты замеров фиксируют через каждые

0.5 м, При неопасных значениях величин ФЭ, определяемых по показаниям индикаторов, замеры проводят до глубины скважины 6-8 м и находят опасный участок по максимальным значениям параметров фотоэмиссии.

За фоновое принимают среднее значение фотоэмиссии при измерении на глубину 8 м.

Например, для скважины диаметром

105 мм определяют расстояние I между де5 текторов и круговым экраном из равенства

S -zR -2z rl. г где г — диаметр скважины. Тогда

10 — ю20

2лт 6,28 5,25

Определяют параметры фотоэмиссии с единицы площади поверхности участка с максимальным напряжением, а степень удароопасности пород измеряемого участка массива определяют по номограмме, приведенной на фиг. 4.

Фотоэмиссионный коэффициент при измерении стрелочным прибором с поверхностей выработок определяют иэ выражеФе„,. мма Кфам гдо, Фа макс

Фейн, максимальное значение величины мощности излучения на опасном участке выработки. Ф фо т. — значение мощности минимального излучения, регистрируемого при равновесных состояниях окружающего массива. При измерении с поверхностей выработок в ультрафиолетовом диапазоне частот с помощью цифрового табло при

35 обычном состоянии пород Мфон равно минимальному значению излучения NMu>, тогда иим.

Для повышения оперативности используют показания цифрового индикатора. При

N n I от

©e N — число регистрируемых

45 импульсов;

n — количество фотонов в импульсе;

Ь вЂ” предел измерения;

t — время регистрации;

Е фот- средняя энергия фотонов;

50 и выборе одинаковых пределов для величины Ь и t имеем Ф = N.ã.Ефрт. Число фотонов в импульсе и и энергия фотона Е фот для каждого ФЭУ постоянны. Для ФЭУ-83 и. Ефот=20 эВ. Поэтому степень удароопасностй оперативно определяют Ilo номограмме, представленной на фиг, 4, где N умножают на пбстоянную величину 20 и производят оценку состояния участка горного массива по Фв

1703815

На основании натурных исследований предложены критерии для отнесения участка к той или иной категории удароопасности в зависимых or параметров максимальной фотоэ лиссии. 5

В измеряемом интервале с применением критериев математической статистики найдена корреляционная зависимость между параметрами р и Фе с достаточной для шахтной практики точностью, зависимость 10 выражается следующей формулой:

Кфе СКР+О, где С -5,2, 0- 0,125, 15

При измерении с поверхностей скважин мощности излучения коэффициент Фе 8ÊÑ.

Жфо где ч- емакс максимальная величина мощ 20 ности излучения нв глубине скважины 0,91,6;

Ф,фон -средняя величина мощности излучения на глубине скважины 3-8 м.

При измерении с поверхностей скважин 25 интенсивности излучения Фе коэффициент

Nmakc фон где N „„, — максимальная величина количе- 30 ства импульсов в единицу времени и на глубине скважины 0,9-1,6 м; йфсн — средняя величина количества импульсов в единицу времени на глубине скважины 3-8 м. 35

Коэффициент ЭЭС акс

/Ъин.

40 где рмакс — величина ЗЭС на глубине 0,9..1,6м; р мин — средняя величина ЭЭС на глубине 3-8 м.

Способ выполняется с помощью изме- 45 рителя фотоэмиссии. содержащего два детектора и пульт.

Детектор для измерений с поверхноcreA выработок в ультрафиолетовом диапазоне света содержит фотоэлектронный 50 умножитель. усилитель, выпрямитель-делитель напряжения, генеэатор-преобразователь тока и светонепроницаемую трубу. надеваемую на корпус детектора.

Детектор для изменений с поверхно- 55 стей скважин в инфракрасном и видимом диапазонах света содержит мехам еский светонепроницаемый экран в виде металлического круга, жестко скрепленнс,о с помощью стер:коей с ободом с разрезом, который крепится на корпусе детектора.

Пульт содержит измеритель ал:,плитуды с микроамперметром, электронный счетчик с цифровым индикатором и стабилизированный автономный источник питания.

Как показывает практика, оперативнее измерять бесконтактным геофизическим способом с поверхностей выработок. Поскольку в течение года участков с 1-й степенью удароопасности встречается 1-2 раза. опасных участков 10-20, то число прогнозных скважин уменьшается до 15.

При замере параметров фотоэмиссии в них в нескольких точках до 3 м делается вывод: если показания индикаторов малы, порядка 10 имп/с для пород и 10 имп, с для руды, то опасности нет и замеры прекращаются; если показания измерителей большие, порядка

10 ими/с для пород и 106 имп/с для руды, то замеры проводят до глубины 8 м и по среднему значению параметров 3-8 м определяют фоновое значение (минимальное) или параметр фотоэмиссии "нетронутого массива", Формула изобретения

Способ определения степени удароопасности массива горных пород, включающий измерение параметров фотонной эмиссии в ультрафиолетовом диапазоне и определение опасных категорий массива, отличающийся тем, что, с цельЮ повышения точности и достоверности, параметры фотонной эмиссии измеряют с поверхности выработки, находят опасный участок с повышенным напряжением, задают критериальные значения фотонной эмиссии по повышенной интенсивности фотонной эмиссии, измеряют параметры фотонной эмиссии с единицы площади поверхности опасного участка, при значениях меньших критериальных в центре опасного участка бурят скважину, измеряют параметры фотонной эмиссии по длине скважины, находят участок скважины и максимальным напряжением. измеряют параметры фотонной эмиссии с единицы площади поверхности скважины, составляют номограмму критериальных значений фотонной э лиссии горных пород и по ней определяют степень удароопасности последующего участка массива горных пород.

1 "03815

11

J 3

) l (ри1.1

Фиа. 2 ( б ° . г l

Г с г

-.

l r Ф

1703815 о

7ф

Фм.4

Составитель М.Китайская

Редактор В,Бугренкова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Кучерявая

Заказ 47 Тираж ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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