Способ прогноза горно-тектонических ударов

 

Определяют направление осей главных напряжений дальнего поля и непрерывно определяют направление осей главных напряжений ближнего поля по данным механизмов сейсмоявлений. Одновременно определяют погрешность данных измерений. Измеряют максимальный шаг дискретности изменения направлений горизонтальных осей ближнего поля. Сравнивают по указанным полям направления осей соответствующих напряжений. В случае сокращения величины разницы между азимутами направлений осей перечисленных полей прогнозируют удароопасность. 1 з.п. ф-лы, и ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 5ц5 Е 21 F 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4875947/03 (22) 22. 10. 90 (46) 30.».92. Бюл. V 44 (71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР (72) А.В.Корн, К.А.Воинов и В.И.Иосквиченко (56) Методические указания по использованию систем непрерывного контроля удароопасности на угольных и рудных месторождениях. Л.: ВНИМИ, 1983, 52 с.

Авторское свидетельство СССР

Н 1656137, кл. Е 21 F 5/00, 1986, (54) СПОСОБ ПРОГНОЗА ГОРНО-ТЕКТОНИЧЕСКИХ УДАРОВ

Изобретение относится к горному делу и предназначено для прогноза аварийных ситуаций при производстве подземных горных работ.

Известен способ прогноза горнотектонических ударов, включающий установку сейсмоприемников по границам контрольного полигона и непрерывную регистрацию сейсмических явлений с локализацией зон повышенной сейсмоактивности.

Такой способ позволяет произвести районирование участков рудничног . го поля в зависимости от энергии произошедших явлений и произвести прогноз по месту ожидаемых явлений в будущие периоды времени. Однако, как показывает практика, связь между энергией сейсмического явления и вероятностью горного удара не однознач Ы „1778316 А1 (57) Определяют направление осей главных напряжений дальнего поля и .непрерывно определяют направление осей главных напряжений ближнего поля по данным механизмов сейсмоявлений, Однсвременно определяют погрешность данных измерений. Измеряют максимальный шаг дискретности изменения направлений горизонтальных осей ближнего поля. Сравнивают по . указанным полям направления осей соответствующих напряжений. В случае сокращения величины разницы между азимутами направлений осей перечисленных полей прогнозируют удароопасность. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. на. Вследствие этого произвести надежный прогноз степени удароопасности на основе выделения зон повышенной сейсмоактивности невозможно.

Известен способ прогноза горных ударов, включающий непрерывное определение в пределах контрольных полигонов параметров сейсмических волн и параметров напряженно-деформированного состояния пород. Прогноз горных ударов по этому способу осуществляетcR на основе анализа амплитудно-частотного спектра сейсмического события и фактического напряженного состояния на участках контроля. Данный способ позволяет в значительной степе» ни повысить точность прогноза, т.к. из всего класса событий выделяются только те длины волн, которые вызывают формирование стоячих волн и тем

1778316 самым обуславливают сложение напряжений,статического и динамического .. полей.

Однако этому способу присущи нексторые недостатки. Во-первых, высокая

5 трудоемкость, требуется постоянное перебазирование подземных станций ре- гистрации деформаций по мере развития горных работ, Во-вторых, эффектив- 1п ность данного способа снижается вслед" ствие невозможности осуществления заблаговременного прогноза, основанного на детерминированных зависимостях. 15

Целью изобретения является сниже" ние трудоемкости прогноза.

Поставленная цель достигается твм, что в пределах контрольного полигона определяют направление осей главных нормальных напряжений дальнего поля и непрерывно определяют направление осей главных напряжений ближнего поля по данным механизмов сейсмоявлений, одновременно определяют погреш- 25 ность измерений направлений осей каждого из полей, затем измеряют максимальный шаг дискретности изменения направлений горизонтальных осей ближнего поля, сравнивают по указанным полям направления,оевй соответствующих напряжений, и, в случае сокращения величины разности между азимутами направлений осей перечисленных полей

К,-(„ " +)ьу" (+V„r,+æ„,> по меньшей мере по направлению оси одного из главных напряжений до числа меньшего или равного нулю, прогнозируют 1 категорию удароопасности, где М>, направление оси главного нормального напряжения, числа n†= 2, 3 - индексы осей главных нормальных напряжений,(„ - текущее значение тек азимута и-й оси ближнего поля, f< и

f 1- —. соответственно погрешности в определении направления осей ближнего и дальнего полей напряжений,gg" макс. шаг дискретности изменения направления оси ближнего поля напряжений;

Физические предпосылки способа базируются на волковых процессах, протекакщих при сейсмоизлучениях. Прй, > 55 возникновении подвижки по тектоническому разлому в окружающее пространство излучается упругая волна напряжений. Распространение этой волны опре- деляется упруго-пластическими свойствами данной среды и ее напряженнодеформированиым состоянием. Причем эти два фактора в условиях региокального рассмотрения. непрерывно связаны между собой. Это происходит потому, что если, к примеру, по границе разлома имеется воздушный промежуток, то здесь происходит практически полное отражение упругой волны и, наоборот, если стенки трещины плотно сжаты под действием тектонических напряжений, условия распрост» ранения упругих волн практически идентичны сплошному массиву.

Совпадение осей ближнего и даль- него полей указывает на то, что во всем объеме указанной области массива горных пород происходит закрытие всех трещин и восстанавливается исходное природное состояние. 8 таких условиях сейсмические волны из гипоцентра явления распространяются в зону горных работ практически без потерь энергии (практически отсутст— вует отражение, рассеяние и преломление волны), что способствует максимально возможной передаче динамическс1й составляющей поля напряжений и обуславливает максимальную веро- ятность горного удара.

На фиг. 1-4 показана схема осу».ествления предлагаемого способа . (Е.г и Ее - тензор дальнего и ближнего полей напряжений, соответственно;

G,,(7,(7 - величины главных нормальных напряжений поля E Q,,U эе е

6> — величинь> главных нормальных йапряжений Ее поля; Х, Y, Z — оси координат; g 0(z, h g - азимуты поля Е.;, ),Ц!>,...,Ь(1 - дискретные изменения положения оси главных горизонтальных нормальных напряжений Ее поля; 11> " "е - максимальный шаг дискрет- ности изменения положения оси главных нормальных горизонтальных напряжений Ее поля, величина критического шаге дискретизации - 6(p).

Способ осущестрляется в;едедующей последовательности операций.

В пределах контрольного полигона

1 (фиг. 1) одного из участков месторождения определяют напряжение аейй

5, Д О, 0 главных нормальных напря t т жений дальнего поля Е . Данную операцию осуществляют, например, путем реконструкции поля природных напряжений по данным тектоноструктурного

7 с вероятностью 95 (а именно при такой доверительной вероятности рассчитываются величины погрешности

ЬЕT и "6 fe) следует ожидать, что следующее положение оси G, совпадает с положением оси С, . Значит с этого момента времени в пределах полигона

1 прогнозируют 1 категорию удароопа10 сности в рассматривавмом случае n=l.

Рассмотрим выполнение способа на примере одного иэ участков Североуральских бокситовых месторождений.

На участке 11 c rop — 560 шт, 1415 14 "с по данным гидроразрыва скважин .направление оси максимального (по абсолютной величине) снимающего на.,о пряжение имеет азимут М =3, Погрешность измерений данным способом ле20 жит в пределах 15< или в градусах

М 0,45 .

Погрешность измерения азимута оси ближнего поля Е по данным механизмов сейсмоявлений А fe =10 . Последовательные значения (по данным сейсмостанции "Североуральск" ) азимутов углов поля Е следующие Ь@ =305.;

И =310 6 1 ц =312; Agq. =g21 А9г = о

=330; Agg =342 ; т =350; Ь Рз =354, 30 М =ц " " =9 — Af ц " " =0 9

ыь =<4+Ьч j+ f jыл I +иеjv л

=354 +9 +0,45+0,9 =364 35о=4,35

Ling > p(n следовательно с момента когда ось ближнего поля Е приняла псе ложение Ы1) следует прогнозировать 1 категорию удароопасности.

В настоящее время разработан алгоритм и программы обеспечения, позволяющие автоматически осуществлять щ такой расчет.

Программным путем осуществляется регистрация текущего значения угла („ - текущего значения оси главного тек нормального напряжения поля F . 3a.д5 тем осуществляется операция ойределетек ния угла Я с учетом погрешности измерений Ь „=(gp„Q„) 5 f д (р азимут положения оси поля Е в момент времени р+1 сейсмоявления ц (соответственно (- азимут положения оси поля Ее в момент р-ro сейсмоявления). Каждый раз ЭВИ формируется выборка из.6/ " на момент времени сР,л, и определяется на этот ма, @ мент времени j Ь Д, 1 с учетом всех предшествующих 64)< . Это значение складывается с (" (k Ъ p+1) с теку5 1 анализа тектоноструктур 2-4 или прямых измерений методом гидроразрыва пород иэ скважин. В пределах этого ж, полигона 1 непрерывно определяют на ,основе данных сейсмостанции направ ление осей главных нормальных напряе е е

" жений 5<,,6, G> ближнего поля E no данным механизмов сейсмоявлений локальной тектоники 5 (см. фиг. 1), Данные измерений напряжений обоих полей фиКсируют на круговых диаграммах (фиг. 2-4). В процессе измерений

Ilo стандартным методикам определяют погрешность 6 f и 6fв измерений направлений обоих полей Е и Ее. Затем измеряют максимальный шаг дискретности И 1 изменения направления осей Е. На фиг.3 и 4 показано последовательное йзмерение шагов дискретности Ь®,..., 6() и выделение из нихh(gq, как максимального, т.е.

1Ц АО"с) =j6Q . Данная операция влроритмически выполняется следующим о6, :разом.

После анализа механизма сейсмоявления в память ЭВИ сейсмостанции заносят величину азимута положения оси, например максимального главного нормального напряжения 6 (направе

1 ления остальных определяется однознач но, т.к. они строятся по ортогональ" ной схеме). После этого при очередном (втором) сейсмоявлении вновь опреде" ляют азимут оси и по разнице этих углов определяют Ьф . При следующем сейсмоявлении вычисляют разницу между углом второго положвиия G и нае стоящего с получением 6Q вычисляют разницу d(P< - Ьф. (1). Если (1) положительно, то в памяти сохраняют величину (), если разница (1) отрицательна, то -6V .

При четвертом сейсмоявлении аналогично вычисляют G и сравнивают с оставшимся в памяти числом и т.д. до тех пор, пока максимальное на данный момент времени щ е"сj, сложен- . ное с величиной погрешности измерения углов каждого из полей Е> и Е, не окажется большим или равным углу между последним .положением оси 6

l поля Ев (на фиг. 4 это 6 4 ) и оси

; G поля Е . Это положение может быть т . выражено формулой

Если эта разница будет отрицательной или равной нулю, то с этого момента

78316 6 щим значением азимута оси поля Ев в момент времени с„ если сумма оказывается большей либо равной углу то участок месторождения относят к

1 категории удароопасности.

При реализации следующего сейсмоявления вновь рассчитывают величину ц. Если она оказывается меньшей чем то 1 категория отменяется.

Ожидаемый технико-экономический и иной эффект от использования изоб- 10 ретения заключается в повышении его эффективности при прогнозе горнотектонических ударов, по данным статистики СУБРа лишь 30 случаев, в которых имели место сейсмоявления с 15 энергией больше 10 Дж привели к разрушениям выработок, т.е. в 70/ случаев следовало бы не применять профилактические мероприятия. Таким образом, применение способа позволит 20 (с учетом доверительной вероятности и вариации результатов) сократить объем профилактических мероприятий на 30-353.

Ф о р м у л а изобретения

1. Способ прогноза горно-тектонических ударов, включающий непрерывное определение в пределах конт- ЭО ролькых полигонов параметров сейсмических волн и.параметров напряженно-деформированного состояния пород, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, в 35 пределах контрольного полигона определяют направление осей главных налпяжений дальнего поля и непрерывно определяют направление осей .главных напряжений ближнего поля по данным механизмов сейсмоявлений, одновременно определяют погрешность измерений направлений осей каждого иэ полей, затем измеряют максимальный шаг дискретности изменения направлений горизонтальных осей ближнего поля, сравнивают по указанным полям направления осей соответствующих напря" жений и в случае сокращения величи.ны разницы между азимутами направлений осей перечисленных полейб(„.-(Q „ +

+ ма +У " få %gèfò) по меньшей мере по направлению оси одного из главных горизонтальных напряжений до числа, меньшего либо равного нулю прогнозируют I категорию удароопасности, где C(- направление оси и-го главного нормального напряжения, п=1, 2, 3 - индексы осей главных нормальных напряжений, g „ - теку" тек щее значение азимута и-й оси ближнего поля, fe и fт - погрешности опре" деления осей соответственно ближнего и дальнего полей напряжений, м " - максимальный шаг дискрет" ности изменения направления оси ближ" него поля напряжений.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю" шийся тем, что направление осей главных напряжений дальнего поля определяют реконструкцией поля природных напряжений по данным тектоноструктурного анализа или прямыми из» мерениями методом гидроразрыва пород из скважины.

1778316 7

Фиг, 3 лР

Составитель А.Корн

Редактор З.Ходакова Техред И.Иоргентал Корректор Ц.Иуска

Заказ 4172 . Тираж Подписное

М

ВНИИПК !государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"., r.ужгород, ул. Гагарина, 101