Способ распознавания опасного состояния горных пород в массиве

 

Изобретение относится к горной промышленности , в частности к способам контроля горного давления. Сущность изобретения: на потенциально опасном участке массива горных пород в измерительной скважине одновременно регистрируют активность сейсмоакустической эмиссии и относительное изменение напряжения, причем активность САЭ регистрируют только в период изменения напряжения, определяют отношение количества зарегистрированных импульсов САЭ к разности между измеренным и начальным напряжением , по каждому циклу изменения напряжения, сопоставляют получаемое значение градиента активности с заранее за-1 данной нормой контроля и в случае превышения текущего значения градиента активности нормы контроля состояние контролируемого участка массива горных пород классифицируется как опасное. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

gs< s Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891529/03 (22) 17.12 90 (46) l5.03,93.Áþë.¹ 10 (71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР (72) Ю.Г,Алешин и И.А,Торгоев (56) Системы контроля горного давления, АН СССР ИПКОН вЂ” M., 1989 г.

Авторское свидетельство СССР

N 1216343, кл. Е 21 С 39/00. -1986.

Савич Л.И„Куюнджич Б.Д., Коптев В.И. и др. Комплексные инженерно-геофизические исследования при строительстве гидротехнических сооружений. M. Недра, 1990

r.. с.183-186,, Авторское свидетельство ССР

N 1086159, кл. Е 21 С 39/00, 1 984. (54) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ОПАСНОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В МАССИВ.Е

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам контроля горного давления, и может быть использовано при прогнозировании разрушения и удароопасности участков массива горных пород (МГП).

Целью изобретения является повышение достоверности распознавания опасного состояния горных пород в массиве за счет определения момента скачкообразного возрастания градиента активности импульсов сейсмоакустической эмиссии, вызванных изменением напряженного состояния контролируемого массива участка горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля напряженно.го состояния горных пород, заключающемся в контроле отношения количества импульсов САЭ к соответствующему иэме„„ЯЦ „„1802158 А1 (57) Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам контроля горного давления. Сущность изобретения: на потенциально опасном участке массива горных пород в измерительной скважине одновременно регистрируют активность сейсмоакустической эмиссии и относительное изменение напряжения, причем активность САЭ регистрируют тольго в период изменения напряжения, определя ют отношение количества зарегистрированных импульсов САЭ к разности между измеренным и начальным напряжением, по каждому циклу изменения напряжения, сопоставляют получаемое значение градиента активности с заранее эа. данной нормой контроля и в случае превышения текущего значения градиента активности нормы контроля состояние контролируемого участка массива горных пород классифицируется как опасное. 1 ил, нению температуры горных пород предлагается контролировать отношение импульсов САЭ к вызвавшему их изменению во времени напряжения, т.е, контролировать непосредственно градиент активности САЭ при изменении напряженного состояния и по скачкообразному возрастанию градиента активности естественной САЭ в контролируемой зоне судить о возникновении опасного-предразрушающего состояния горных пород.

Физические предпосылки изобретения заключаются в следующем. Поведение горной породы при возрастающей нагрузке с точки зрения ее сейсмоакустической активности характеризуется определенным образом. Наиболее общая завь,симость суммарного количества импульсов САЭ от напряженИя при нагружении породы. пол1802158

Отличие предлагаемого способа заключается, во-первых, в том, что активность

САЗ контролируется не в образцах, а непосредственно в массиве горных пород при изменении его напряженного состояния и, во-вторых, в том, что скачкообразное возрастание градиента активности САЗ соответствует началу стадии формирования предразрушающего состояния на контролируемом участке.

55 ученная впервые Моги, представлена на чертеже. Как видно иэ этой зависимости существует большой участок монотонно возрастающей активности САЗ примерно до напряжений составляющих 70-757, от разрушающих значений, а затем количество импульсов САЭ ЛМ приходящийся на единицу изменения напряжений Ао резко возрастает, что является одним из признаков начала разрушения.

Независимо от типа горных пород как при сжатии, так и при растяжении активность САЭ в предразрушающей стадии резко возрастает. Отмечен ная за ко номер ность скачкообразного изменения градиента активности САЗ в предраэрушающей стадии позволяет выявлять момент достижения контролируемым участком опасного состоя ния, когда напряжения достигают значений, составляющих 75-100 / от разрушающих.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что изменение горного давления контролируется напрямую, а не косвенным образом — через изменение температуры.

8ыбор.в качестве второго информативного параметра — изменения горного давления

АО; что позволяет, кроме того, осуществлять селекцию в общем потоке САЭ импуль- 30 сов, обусловленных этими изменениями, Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Новизна". Известны технические решения. в которых действующие значения напряже- 35 ний в массиве определяют путем механического нагружения извлеченных из массива и, следовательно, разгруженных образцов горных пород по моменту скачкообразного увеличения градиента интенсивности аку- 40 стической эмиссии, т,е. используется так называемый эффект Кайзера, заключающийся в том, что образец горной породы извлеченный из массива и поставленный вновь под нагрузку, излучает импульсы акустической 45 эмиссии лишь после того,- как будет превышен уровень напряжений, существовавший в массиве в момент отбора образца, На чертеже представлена типичная зависимость суммарного количества импульсов САЭ от напряжения при нагружении горной породы вплоть до разрушения.

Способ осуществляют следующим образом, Предварительно на участке массива горных пород, на котором предполагается осуществлять контроль напряженного состояния с целью распознавания опасного (предразрушающего) состояния, с помощью специального теста определяют предельное значение градиента активности САЭ, которое служит нормой контроля. Для этого в предварительно пробуренной измерительной скважине на глубине свыше 1-2 м с помощью скважинного домкрата осуществляют постепенное нагружение стенок скважины при ступенчато возрастающем уровне давления в гидросистеме скважинного домкрата, адекватного постепенно возрастающему уровню напряжения. В процессе нагружения контролируют две величины; давление в гидросистеме и активность САЭ.

Контроль активности САЗ осуществляют с помощью датчика САЭ, который крепится к стенке скважины в непосредственной близости от домкрата или на самом домкрате.

Скорость увеличения нагрузки для скважинного домкрата при использовании ручного гидравлического насоса высокого давления типа БН-3, составляет, как правило от 0,15 до 0,30 МПа/мин, Используя постоянное ступенчатое приращение давление величиной 1-2 МПа определяют изменение в уровне активности САЭ на каждую ступень нагружения до тех пор,пока на протяжении

2-3 ступеней нагружения не начнут фиксироваться аномально высокие приращения числа импульсов САЭ на каждую ступень нагружения, соответствующие достижению уровня нагрузки до напря>кений, составляющих 70-7570 от разрушающих значений.

На зависимости количества импульсов САЭ от напря>кения, представленной на чертеже, момент аномального возрастания активности САЭ соответствует излому . графической зависимости при и =0,75 а>, когда медленное и монотонное возрастание количества регистрируемых импульсов САЭ сменяется резким почти скачкообразным возрастанием их числа при нагружении. Усредненное по трем ступеням нагружения аномально возросшее значение градиента активности используется в дальнейшем в качестве нормы контроля.

После определения нормы контроля скважинный домкрат вместе с датчиком

САЗ извлекают из измерительной скважины и недалеко (20-50 см) от места проведе1802158 ния предварительного теста по контролируемому нагружению устанавливают в этой же скважине пьезоэлектрический измерительный преобразователь, объединяющий в себе датчик давления и датчик 5 сЕйсмоакустической эмиссии, подключаемые к стандартной контрольно-измерительной аппаратуре-регистратору активности

САЭ, например типа АЭР-2Ш и самописцу уровня для регистрации изменения горного 10 давления. В качестве пьезоэлектрического измерительного преобразователя могут испОльзоваться импедансные головки типа

8000 или 8001 фирмы Брюль и Кьер (Дания) или аналогичные им. Электрический заряд, 15 возникающий на электродах пьезоэлектрического кристалла преобразователя, пропорционален воздействующей на него силе сжатия, т.е. горному давлению, Одновременно пьезоэлектрический 20 кристалл (керамика) преобразователя воспрйнимает импульсы САЭ;

При изменении напряженного состояния контролируемого участка массива горных пород скважина деформируется и в 25 результате изменяется усилие на датчик давления, Количество импульсов САЭ ЛИ, за егистрированных при изменении горного давления, отнесенное к разности между начальным и измеренным давлением, ха- 30 ра теризующим степень измененйя напряженного состояния Ло; дает текущее значение градиента активности САЭ, котороЕ затем сопоставляетс с нормой контроля.

Если в условиях измейения йапряженного 35 состояния в процессе контроля будет зафиксировано превышение текущего значения градиента активности САЭ заранее заданной нормы контроля, свидетельствующее о приближении предразрушающей ста- 40 ди, напряжен ное состояние контролируемого участка массива горных пород классифицируется как опасное, Использование предлагаемого спбсоба распознавания опасного состояния горных 45 пород в массиве обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества;

1. Одновременный контроль относительного изменения напряжения и активности САЭ существенно повышает достоверность распознавания опасного состояния горных пород по сравнению с распознаванием по одному из этих параметров, 2. Обеспечивается селекция s общем потоке сигналов САЭ и акустических помех импульсов САЭ, вызванных изменением напряженного состояния, что наряду с повышением достоверности распознавания способствует повышению помехозащищенности"способа и позволяет вести оперативный непрерывный контроль напряженного состояния в условиях действующих шахт и рудников без остановки производства в реальном масштабе времени..

Формула изобретения

Способ распознавания опасного состояния горных пород в массиве, включающий регистрацию количества импульсов сейсмоакустической эмиссии от действующей нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности распознавания опасного состояния горных пород в массиве за счет определения момента скачкообразного возрастания градиента активности импульсов сейсмоакустической эмиссии (САЭ), вызванных изменением напряженного состояния контролируемого участка массива горных пород, предварительно определяют значение нормы контроля градиента активности сейсмоакустической эмиссии, соответствующей 70-75 . от разрушающих значений напряжений, в пробуренной измерительной скважине на контролируемом участке массива горных пород в процессе регистрации количества импульсов сейсмоакустической эмиссии определяют отношение количества импульсов САЭ к вызвавшему их изменению напряжения, сравнивают полученное значение с заранее заданной нормой контроля и в случае превышения полученного значения градиента активности САЭ нормы контроля состояние горных пород в контролируемой зоне массива классифицируется как опасное.

1802158

0 7®р.

Мовряженое

Составитель И. Иванунь

Техред M,Mîðãåíòàlt Корректор М, Петрова

Редактор

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

Заказ 839 Тираж : . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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