Способ прогноза ударопроявлений в горных выработках

 

Сущность изобретения: определяют физико-механические свойства горных пород и руд и градиент тензора поля напряжений с глубиной, сравнивают его с указанными выше характеристиками массива и определяют верхнюю границу ударопроявлений на основе данных геологической, геофизической и сейсмической разведки месторождений . Определяют в пределах мощности литологических слоев покрывающих пород слой непосредственной кровли месторождения , имеющий границу раздела сред с различной акустической жесткостью и имеющий величину не менее мощности рудного тела. После чего определяют предельный пролетустойчивого состояния данного слоя, и относят к неудароопасному массив руды, залегающий за пределами горизонтального интервала по падению рудной залежи с началом отсчета от границы с нетронутым массивом . 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л С

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАPCT8EННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (5!)5 Е 21 F 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876304/03 (22) 22,10,90 (46) 15.01.93. Бюл, ¹ 2 (71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР (72) А.В.Корн, К,А.Воинов, У.А,Рыскелдиев и

В,М,Москвиченко (56) Айтматов И.Т., Бекназаров Т.С., Таштаналиев К,Б. Прогнозирование глубины начала проявления динамических формразрушения горных пород при разработке рудных месторождений — В сб. Горные удары, методы оценки и контроля удароопасности,массивов горных пород (Материалы И

Всесоюзной конференции по механике горных пород, Фрунзе, 3 — 5 октября 1978 г,)

Илим, Фрунзе, 1979, с. 95 — 99), Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость горных выработок. Турчанинов И.А. Марков Г.А., Иванов В.И., Козырев А,А., Л„Наука, 1978, 256 с. (с, :1 56 — 157), Изобретение относится к горному делу и предназначено для прогноза местоположения очагов ударопроявлений тектонического типа при разработке пластообразных рудн ых месторожде ний.

Известен способ прогноза ударопроявлений в горн х выработках, основанный на определении физико-механических свойств горных пород с последующим сопоставлением их с предельными по устойчивости показателями для данного класса пород.

Критерием служит условие предельного равновесия Кулона-Мора.

Способ позволяет оценить начальную глубину ударопроявлений при условии од5Я,, 1788289 А1 (54) СПОСОБ ПРОГНОЗА УДАРОПРОЯВЛЕНИЙ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ (57) Сущность изобретения: определяют физико-механические свойства горчых пород и руд и градиент тензора поля напряжений с глубиной, сравнивают его с указанными выше характеристиками массива и определяют верхнюю границуударопроявлений на основе данных геологической, геофизической и сейсмической разведки месторождений, Определяют в пределах мощности литологических слоев покрывающих пород слой непосредственной кровли месторождения, имеющий границу раздела сред с различной акустической жесткостью и имеющий величину не менее мощности рудного тела; После чего определяют предельный пролетустойчивого состояния данного слоя, и относят к неудароопасному массив руды, залегающий за пределами горизонтального интервала по падению рудной залежи с началом отсчета от границы с нетронутым массивом. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. народности и выдержанности свойств массива горных пород на исследуемых участках, Однако способ не позволяет оценить нижнюю границу удароопасности. Вследствии этого на глубинах ниже этой границы продолжают проводить работы по прогнозу и профилактике горных ударов, что обуславливает высокие затраты.

Известен способ прогноза ударопроявлений в горных выработках, включающий определение физико-механических свойств горных породи руд, определение градиента тензора поля напряжений с глубиной, сравнение его с указанными выше характеристи1788289 ками массива и определение верхней границы ударопроявлений.

Способ:позволяет с невысокими трудозатратами, при отсутствии литологической расчлененности массива оперативно осуществлять прогноз начальной глубины удар опроявлений, Однако этот способ не позволяет прогнозировать глубину ниже которой проявление горных ударов маловероятно, что обуславливает низкую точность прогноза, а соответственно высокие затраты на прогноз и профилактические мероприятия на весь срок службы месторождения.

Целью заявляемого изобретения является повышение точности прогноза за счет выявления нижней границы ударопроявлений при разработке пластообразных рудных месторождений.

Поставленная цель достигается тем, что определяют на основе данных (геологической, геофизической и сейсмической) раз ведки . месторождения мощность литологического слоя Н йокрывающих пород непосредственной кровли месторождения, имеющего границу раздела сред с различной акустической жесткостью, с величиной не менее мощности грудного тела, после чего определяют, например, методом конечных элементов, предельный пролет устойчивого состояния выделенного слоя и отйосят к йеудароопасному массиву руды, залегающей за пределами горизонтального интервала предельного пролета по падению" рудной залежи, с началом отсчета от границы с нетронутым массивом, а для непологих рудных залежей дополнительно определяют вел.ичину;

Нп х = 1np sin ф, где p —. угол падения плоскости контактов литологических слоев массива горных пород, и относят к неудароопасному массиву руды, залегающий ниже отметки Н цх по вертикали.

Физические предпосылки способа основаны на закономерностях распространения упругих волн в анизотропно-напряженном массиве горйых пород, При распространении упругих волн в горных породах имеет место дифракции и дисперсия волнового фронта, которые в конечном счете определяют диссипацию энергии упругих волн. В наименьшей степени диссипация проявляется в направлениях распространения волн, не имеющих границ раздела сред, так как на такого рода границах происходит отражение и преломление исходного излучения, Известный опыт излучения удэроопасности массива горных пород указывает на то, что полавляющгс большинство горных ударов гроисхс, тит в конструктивных злементах систем разработки,.оказывающихся по тем или иным причинам; концентраторами напряжений. Так,подавляющее число горных ударов, представляющих наибольшую опасность, KGK с точки зрения жизни работающих, так и с точки зрения тяжелых производственных аварий, приурочено к передовым участкам горных работ или выступающим частям массива, где и формируется

10 зона опррного давления, Однако как пока, зана практика на ряде удароопасных месторождений с определенной глубины отработки наблюдается резкое падение интенсивности горных ударов при сохранении

15 прежнего уровня сейсмопроявлений, Отработка месторождений показала, что даже при системах разработки с закладкой выработанного пространства по мере развития горных работ на месторождениях происхо20 дит процесс расслоения (расслоение) литологических слоев покрывающих пород, который завершается разрушением консоли литологического слоя непосредственной в,вышележащий литологический слой, .а вместе с этим происходит перемещение и зоны опорного давления в вышележащий литологический слой. Мощность такого рода

30 слоев лежит в пределах от 5 — 10 м до 50 — 150 м. С этого момента времени и упругая волна с наименьшими потерями энергии будет распространяться именно в направлении этой зоны, тогда как в зону горных работ будет поступать существенно ослабленное

35 излучение, которое не способно вызывать там горных ударов. Необходимым условием для перемещейия зоны опорного давления является образование зоны отработанного массива горных пород на площади, обеспечивающей образование предельно допусти40 мого устойчивого пролета Lnp, Момент формирования таких условий и есть условие критической глубины, начиная с которой частота горных ударов резко уменьшается. Те же закономерности выявлены и при матема45 тическом моделировании. Этот физический процесс положен в основу заявленного способа.

На фиг. 1 — 3 изображена последовательность отработки руды с образованием выбранного пространства до создания предельного пропета Lnp при пологом залегании руды (вертикальный разрез); на фиг, 4

55 — стадия отработки с предельным пролетом

Lnp (вертикальный разрез) при наклонном залегании руды; на фиг. 5 — изолиния участка отработки с прогнозным положением предельной границы ударопроявлений.

Цифрами и буквами на фигурах обозначены: кровли, Вследствир этого происходит пере25 мещениа точки опоры С1 (фиг. 1-4) консоли

1788289

Tofl à покрывающих пород 1, литологический слой 2 мощностью Н непосредственной кровли, участки отработки границы раздела сред слоя Н 4, плоскость нетронутого массива 5, удароопасный интервал 6 шириной равный предельному пролету Е,р, неудароопасный рудный массив 7, Ci — точка опоры консоли, Способ осуществляется в следующей последовательности операций.

По результатам испытания штуфового или кернового материала на исследуемом месторождении определяют физико-механические свойства горных пород и руд, а по данным известных спосбов, например, гидроразрыва определяют элементы тензора поля напряжений для отдельных его локальных участков, которые в дальнейших расчетах принимают в качестве граничных, По известным случаям динамических проявлений на данном месторождении определяют верхнюю границу ударопрпявлений, т.е, наMM8HbLLIóþ глубину при KoTopblx имели место горные удары, Далее на основе геологической, геофизической и сейсморазведки определяют из всей толщи покрывающих пород 1 мощность Х литологического слоя являющегося непосредственной кровлей на участках отработки 3 и имеющего границу 4 раздела сред пород с различной акустической жесткостью. Мощность слоя Н должна быть не менее мощности h рудного тела. После этого определяют, например, методом конечных элементов предельный пролет Lnp устойчивого состояния данного слоя Н. Здесь следует учесть, что слой Н может содержать в себе ряд прослойков меньшей мощности. Однако данный способ оговаривает потерю устойчивости совокупного слоя Н > h, Иначе перемещение точки

С1 консоли на величину меньшую h не обеспечит перемещение зоны концентраций напряжений на интервал больше длины волны, способной вызвать стоячую волну в целиках высотой h. В то время как стоячая волна, которая и является причиной препятствующей релаксации напряжений, и она то в конечном счете приводит к горному удару.

Следовательно,в висячем боке рудного тела определяют такую совокупность прослойков, чтобы во-первых, их суммарная (совокупность) мощность была не менее Н, во вторых, контакт последнего из них в совокупной мощности должен проходить по границе сред с различной акустической жесткостью. После этого размечают на площи месторождения от границы с нетронутым массивом 5, по падению рудной залежи интервал 6 длиной I >p и относят массив за

его пределами к неудароопасному.

Для пластообразных р дчых зале :ей с негоризонтальным залеганием определяют глубину Н,,уд начиная с которой массив так же относят к неудароопасному:

Нн,уд > Lnp sin p, г ;е p — угол паде.ния плоскостей контактов литологических слоев. Таким образом, определение на основе данных разведки (геологической, геофизической или сейсмической) месторождения мощности литологического

10 слоя покрывающих пород непосредственной кровли месторождения, имеющего границу раздела сред с различной акустической жетскостью величиной не менее мощности рудного тела, определение предельного пролета устойчивого состояния данного слоя и отнесение к неудароопсному массиву руды, залегающего за пределами горизонтального интервала предельного пролета по падению рудной зале20 жи, с началом отсчета от границы с нетронутым массивом, а для непологих рудных залежей определение величины Н„уд =

L

25 горных пород и отнесение к неудароопасному массива руды залегающего ниже отметки

Нн, д по вертикали, позволяет повысить точность прогноза, является новой совокупностью операций, обладающей

30 существенными отличиями от известных способов, Пример, Конкретное использование способа мы рассмотрим на примере конкретных условий разработки месторождения

"Красная Шапочка" ПО "Севуралбокситруда" (СУБР).

Известняки покрывающей толщи. Е =

55000 МПа; v= 0,26; у= г7,027. Зона обру40 шения (зона отработанных запасов) характеризовалась: Е = 4500 МПа; ю = 0,26; у ных элементов, В результате расчета получено: L„p = 918 м, при угле падения- 30 H„p

=459 м.

Следовательно, ниже отметки 459 м массив относят к неопасному по горно-тектоническим ударам.

Формула изобретения

1, Способ прогноза ударопроявлений в горных выработках, включающий определение физико-механических свойств горных пород и руд, определение градиента тензора поля напряжений с глубиной, сравнение его с указанными характеристиками массива и определение верхней границы ударопроявлений, отличающийся тем. что. с целью повышения точности прогноза за

=0027; h =; Н =150 м

Расчет производился методом кснеч1 788289 сне выявления нижней границы ударопрояплений при разработке пластообразных рудных месторождений, определяют на основе данных разведки месторождения мощность литологического слоя покрывающих пород непосредствейной кровли месторождения, Имеющего границу раздела сред с различной акустической жесткостью величиной не менее мощности рудного тела, после чЕго определяют предельный пролет Lgp устойчивого состояния выделенного лоя и относят к неудароопасному массив руды, залегающий за пределами горизонтального . интервала предельного пролета по падению рудной залежи с началом отсчета от границы с нетронутым массивом, 5

2, Способ по и. 1, отличающийся тем, что для неполных рудных залежей дополнительно определяют величину

Нмзкс = Lnp slflp ° где p — угол падения

10 плоскости контактов литологических слоев массива горных пород, 1788209

1788289

Составитель А,Корг

Техред М.Моргентал

Редактор А,Соколова

Корректор С.Лисийа

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

Заказ 62 Тираж Подписное

ВНИИПИ Гэсударсгвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1,13035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; 4/5