Способ определения выбросоопасности горных пород

 

Изобретение относится к горной промышленности и м.б. использовано для определения напряженного состояния и выбросоопасности горных пород при ведении работ в горных выработках. Цель изобретения - увеличение достоверности и надежности оценки выбросоопасности горных пород. Устанавливают слой литологически однородных по структурно-текстурным признакам . Бурят опережающие скважины (ОС), устанавливают количество выпукловогнутых дисков (ВД) и при наличии ВД бурят дополнительную скважину нормально к ОС и степень выбросоопасности устанавливают по среднему количеству ВД в ОС и дополнительной скважине, а при отсутствии ВД в ОС породу считают невыбросоопасной. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ .ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752968/03 (22) 23.10.89 (46) 23,03,92. Бюл. й. 11 (71) Институт геотехнической механики АН

УССР (72) В.В.Лукинов, B.À.Áàðàíîâ, И.Н.Подрезенко, Л,А.Вайнштейн и В.С.Маевский (53) 622.832 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N.. 1059211, кл, Е 21 F 5/00, 1982.

Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа.

М.:Недра, 1977, с.96. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горной промышленности и м.б, использовано для опреИзобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения напряженного состояния и выбросоопасности горных пород при ведении работ в горных выработках.

В горной промышленности известен способ определения степени ударопасности массива горных пород, заключающийся в выбуривании скважины, подсчете количества выпукло-вогнутых дисков керна с каждого погонного метра скважины и определении зоны максимальных нагрузок с учетом средней толщины дисков и их прочности на сжатие.

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает расчленение песчаника на литологически различные слои, отличающиеся по вещественному составу, . Ж 1721260 А1 деления напряженного состояния и выбросоопасности горных пород при ведении работ в горных выработках. Цель изобретения — увеличение достоверности и надежности оценки выбросоопасности горных пород. Устанавливают слой литологически однородных по структурно-текстурным признакам. Бурят опережающие скважины (ОС), устанавливают количество выпукловогнутых дисков (ВД) и при наличии ВД бурят дополнительную скважину нормально к

ОС и степень выбросоопасности устанавливают по среднему количеству ВД в ОС и дополнительной скважине, а при отсутствии

ВД в ОС породу считают невыбросоопасной. структурно-текстурным характеристикам и физико-механическим свойствам.

Кроме этого, для его исполнения нужны дополнительные определения максимальных напряжений и прочности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения выбросоопасности песчаника, заключающийся в выбуривании скважины в направлении подвигания забоя и подсчете количества выпукло-вогнутых дисков керна с каждого погонного метра скважины. При количестве дисков более 30 — 40 песчаник относят к высокой степени опасности, а при выходе керна размером 150 — 200 мм и более, опоясанных трещинами и перемежаемых единичными дисками, породы относят к низкой степени опасности.

1721260

Недостатком известного способа является то, что дискообразование в одной скважине достоверно может указывать на повышенную степень напряженности горных пород только по одному направлению, нормальному по отношению к оси скважины, и не отражает распределение полей напряжения в горном массиве по другим направлениям.

Целью изобретения является увеличение достоверности и надежности оценки выбросоопасности горных пород при наличии выпукло-вогнутых дисков в скважине, Поставленная цель достигается тем, что по известному способу определения выбросоопасности горных пород, заключающемуся в выделении слоев песчаника по структурно-текстурным признакам, бурении скважин по каждому слою в направлении подвигания выработки, подсчете количества выпукло-вогнутых дисков керна с каждого погонного метра скважины, при наличии более 30 — 40 дисков выработка будет проходится в зоне высокой степени опасности, при наличии не более 20 — 30 дисков, перемежающихся породными цилиндрами длиной 50 — 100 мм с характерными кольцевыми трещинами, выработка будет проводится в зоне средней степени опасности, при выходе кернов размером

150 — 200 мм и более, опоясанных трещин и перемежаемых единичными дисками, выработка будет проводиться в зоне невысокой степени опасности, в случае образования дисков бурят дополнительную скважину, расположенную нормально к основной и при отсутствии дисков в дополнительной скважине относят к выбросонеопасной, а при наличии дисков степень выбросоопасности определяется по среднему количеству дисков по двум скважинам.

Диски могут образовываться в неравнокомпонентном поле осевых напряжений

20 — 40 MПа и радиальных 10 — 70 МПа. Тогда как B равнокомпонентном (изотропном) поле величина напряжения, при котором образовывались диски, достигала для песчаников 130 МПа. Порода отслаивается от стенок полостей выбросов, всегда повторяя форму полости, а керн скважин, пробуренных в выбросоопасных зонах в разных направлениях, всегда делился на выпукло-вогнутые диски нормально оси скважины.

Предлагаемый способ определения выбросоопасности горных пород реализуется следующим образом.

Для неопасных по выбросам песчани1 ков, на горизонте 708 м песчаника d4Sd4 в южном полевом дренажном штреке шахты бурились опережающие скважины. Диски наблюдались по керну скважин, пробуренных от пикета 122 + 5,5 м до пикета

5 154+ 0,8 м (30 — 40 дисков на 1 погон. м), от пикета 155+ 5 м до пикета 159+ 7 м (30 — 40 дисков на 1 погон.м), от пикета 164+ 7 м до пикета 166+ 5 м (до 50 дисков на 1 погон.м).

В геологическом отделе шахты было отобра10 но пять каротажных диаграмм ранее пробуренных геолого-разведочных скважин с поверхности в районе проведения южного дренажного штрека, По геолого-геофизическим данным каротажных диаграмм и опи15 саниям шахтного геолога было выделено четыре слоя в песчанике d4Sd4, по которым

1 шла выработка. В районе пикетов 122 + 5;

153+ 5; 155+5 и 161+ 8 м были пробурены дополнительные скважины в выделенных

20 слоях песчаника, расположенные нормально к основным, буримым параллельно проведению выработки. В дополнительных скважинах дисков не обнаружено. Проводившийся на данном участке локальный

25 прогноз по комплексу геолого-геофизических параметров с отбором проб, петрографическими и коллекторскими исследованиями также показал отсутствие выбросоопасности. Таким образом, иссле30 дованный участок песчаника, несмотря на дискообразование керна опережающих скважин, отнесен к выбросонеопасному, что подтверждено фактическими (отсутствие выбросов) и эмпирическими (локальный

35 прогноз) данными.

Для опасных по выбросам песчаников и низкой степени опасности. На горизонте

1136 м песчаника LiSli в квершлагах N 1 и 2 шахты бурились опережающие скважины.

40 Выпукло-вогнутые диски наблюдались по керну скважин, пробуренных в квершлаге

М 1 от пикета 21+ 6,6 м до пикета 22+ 6.6 м (40 дисков на 1 погон.м) и в квершлаге М 2 от пикета 15+ 9 м до пикета 164 + 4 м (50

45 дисков на 1 погон.м) и от пикета 16+ 5 м до пикета 17+ 6 м (30 — 40 дисков на 1 погон.м.).

По геолого-геофизическим данным каротажных диаграмм ближайших геологоразведочных скважин периода детальной

50 разведки и данным шахтного геолога в песчанике было выделено два слоя, по которым проводились параллельно идущие горные выработки, По верхнему слою в районе пикетов 22+ 1 и 16+ 2 были пробу55 рены дополнительные скважины, расположенные нормально к основным, пробуренным по оси выработок. В дополнительных скважинах также наблюдались диски (30 — 40 пикетов на 1 погон. м). Данный слой песчаника был отнесен к выбро1721260

35

45

Составитель Н.Руденко

Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Редактор Л.Гратилло

Заказ 937 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 соопасным и впоследствии в нем наблюдались выбросы пород.

В нижнем слое песчаника также была пробурена дополнительная скважина в районе пикета 16 + 8 м, заложенная нормально оси выработки основной скважины. Количество дисков в этой скважине не превышало 10 на 1 погон.м,.чаще же встречались кольцевые трещины или керна длиной 10 — 20 см. В среднем по двум скважинам по нижнему слою в количество дисков не превышало 18 — 20 дисков на 1 погон. м. Данный слой был отнесен к низкой степени опасности, впоследствии в нем, по данным. шахтных геологов, наблюдались отдельные микровыбросы, не учитываемые специальной службой прогноза, Проводившийся параллельно локальный прогноз совпал с описываемым прогнозом по дискам, Проведенный анализ на шахтах подтвердил положение о том, что в выбросоопасной зоне порода вследствие больших напряжений находится в изотропном напряженном состоянии, которое можно выявить однозначно по выпукло-вогнутым дискам кернов не менее двух скважин, расположенных нормально одна относительной другой и пробуренных в однородном слое песчаника.

Формула изобретения

5 Способ определения выбросоопасности горных пород, включающий выделение слоев песчаника по структурно-текстурным признакам, бурение скважин по каждому литологически однородному слою песчани10 ка в направлении подвигания выработки, подсчет количества выпукло-вогнутых дисков керна с каждого погонного метра скважины, оценку выбросоопасности горных пород. отличающийся тем, что, с целью

15 увеличения достоверности и надежности оценки выбросоопасности горных пород при наличии выпукло-вогнутых дисков в скважине, в литологически однородном слое песчаника бурят дополнительную

20 скважину нормально к основной и при отсутствии дисков в дополнительной скважине породу считают невыбросоопасной, а при наличии в дополнительной скважине выпукло-вогнутых дисков породу относят к

25 выбросоопасной, при этом степень выбросоопасности определяют по среднему количеству выпукло-вогнутых дисков в основной и дополнительной скважинах.