Способ прогноза нарушения сплошности участка массива горных пород

Изобретение относится к горному делу, используется для прогноза разрушения массивов горных пород при динамических проявлениях в них при изменении его напряженно-деформированного состояния. Способ основан на регистрации импульсов ЭМИ по длине выработки, измерении их длительностей τi, выделении импульсов с длительностью τрi, более чем на порядок превышающей τi, измерении периодов Тi следования импульсов с длительностью τi и выделении периодов Tpi следования импульсов с длительностью τрi. О начале нарушения сплошности участка по мере увеличения на него нагрузки судят по началу увеличения τрi, начиная с τрн, и началу уменьшения Трi, начиная с Трн, по последующему увеличению τрi до τp(n-1) и уменьшению Трi до Tp(n-1) судят о развитии процесса, а по установленным зависимостям τpn=(f)τрн и Tpn=(f)Трн судят о критическом состоянии нарушения сплошности участка массива, после которого наступает разделение его на фрагменты.

 

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для прогноза разрушения массивов горных пород при динамических проявлениях в нем, опасных для жизни горнорабочих, при изменении его напряженно-деформированного состояния (НДС).

Известен способ определения напряженного состояния массива горных пород по а.с. СССР №1086160, кл. E21C 39/00, опубл. в БИ №14 за 1984 г., основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения с постоянной скоростью и регистрации импульсов электромагнитной эмиссии (ЭМИ) в процессе нагружения, измерении амплитуды импульсов ЭМИ, определении их средней амплитуды, регистрации момента появления импульса с амплитудой, более чем на порядок превышающей среднюю, и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.

Недостатком этого способа является то, что регистрация амплитуд импульсов ЭМИ и определение их средней величины не могут быть однозначно интерпретированы как увеличение НДС массива, т.к. возникновение импульсов ЭМИ может быть связано, например, с разгрузкой напряжений на участке массива, что не влечет за собой катастрофических последствий, а наоборот, является профилактическим мероприятием для снятия повышенных напряжений в массиве и предотвращения его разрушения.

Другим недостатком является то, что возникновение повышенных амплитуд регистрируемых импульсов ЭМИ не всегда является определяющей характеристикой при оценке напряженного состояния массива, т.к. в подземных горных выработках находится большое количество электрооборудования, в т.ч. электроподстанции, излучающие электрические импульсы различной, зачастую значительной, амплитуды, которые могут быть ложно интерпретированы в качестве импульсов, дающих информацию об изменении состояния массива. Поэтому известный способ не отличается достоверностью измерений.

Следовательно, для большей достоверности диагностики НДС массива, а также прогноза его разрушения необходимо проводить дополнительные измерения какого-либо параметра импульсов ЭМИ, что позволит идентифицировать возникновение импульсов ЭМИ, связанных с трещинообразованием и, следовательно, с приближением стадии разрушения в массиве.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ контроля нарушения сплошности массива горных пород по а.с. СССР №1101552, кл. E21C 39/00, опубл. в БИ №25 за 1984 г., основанный на регистрации импульсов ЭМИ по длине выработки, измерении их длительности, определении средней длительности импульсов ЭМИ, возникающих при распределении горного давления, которую принимают за эталонную, выделении импульсов с длительностью, более чем на порядок превышающей эталонную, по появлению которых судят о возникновении расслоения.

Недостатком этого способа является то, что изменение длительности импульса ЭМИ зачастую не является фактором, характеризующим начало катастрофического разрушения, т.к. при возникновении микротрещины и сопутствующего ей импульса ЭМИ на границе двух резко различных по своим физико-механическим свойствам горных пород, например мраморов и базальтов, импульс ЭМИ может иметь параметры, отличные от параметров импульсов ЭМИ, возникающих в однородной среде (либо в мраморах, либо в базальтах), и иметь значительные длительности, хотя это и не связано с изменением НДС массива, а связано лишь с различием электрических характеристик пород, находящихся в контакте. Кроме того, при наличии различного рода включений, пустот, трещин и обводнений участков массива параметры импульсов ЭМИ вне зависимости от изменения НДС также могут существенно различаться между собой.

Следовательно, для большей достоверности прогноза необходимо проводить измерения дополнительного, уточняющего, параметра, характеризующего импульсы ЭМИ и приближение стадии нарушения сплошности участка массива горных пород.

Техническая задача - повышение достоверности прогноза разрушения массива горных пород за счет получения дополнительной информации о состоянии массива горных пород перед началом процесса его разрушения и детализации развития этого процесса.

Поставленная задача решается тем, что в способе прогноза нарушения сплошности участка массива горных пород, основанном на регистрации импульсов ЭМИ по длине выработки, измерении их длительностей τi, выделении импульсов с длительностью τpi, более чем на порядок превышающей τi, и определении начала нарушения сплошности исследуемого участка, согласно техническому решению дополнительно измеряют периоды Ti следования импульсов с длительностью τi, выделяя периоды Tpi следования импульсов с длительностью τpi, при этом о начале нарушения сплошности исследуемого участка массива по мере увеличения на него нагрузки судят по началу увеличения τpi, начиная с τ, и началу уменьшения Tpi, начиная с Трн, по последующему увеличению τpi до τp(n-1) и уменьшению Tpi до Tp(n-1) судят о развитии процесса нарушения сплошности исследуемого участка, а при соотношениях

τpn≥(2,6÷4,5)τ,

Tpn≤(3,8÷6,4)T,

где τpn - максимальное значение длительности τpi импульса ЭМИ на исследуемом участке (n-й период следования импульсов ЭМИ);

τрн - минимальное значение длительности τpi импульса ЭМИ на исследуемом участке, с которой начинается ее увеличение;

Tpn - минимальное значение длительности Tpi периода следования импульсов ЭМИ (n-й период следования импульсов ЭМИ);

Трн - максимальное значение длительности Tpi периода следования импульсов ЭМИ, с которого начинается ее уменьшение,

судят о критическом состоянии нарушения сплошности исследуемого участка, после которого наступает разделение его на фрагменты.

Как известно, длительности τpi импульсов ЭМИ, более чем на порядок превышающие длительности τi, пропорциональны размерам возникающих трещин, т.е. чем больше размер трещины, тем более низкочастотный, т.е. больший по длительности τpi, импульс ЭМИ она излучает. При слиянии трещин в более крупные длительности τpi еще более увеличиваются. Измерение длительностей Ti периодов следования импульсов ЭМИ с длительностью τi дополнительно к измерению их значений τi и выделение периодов Tpi следования импульсов с длительностью τpi позволяет более точно уловить момент возникновения большого количества трещин и предсказать скорое разрушение исследуемого участка массива горных пород.

Увеличение длительностей τpi импульсов ЭМИ, начиная с τрн, наряду с уменьшением длительностей Tpi периодов следования импульсов ЭМИ, начиная с T, по мере увеличения нагрузки на исследуемый участок массива свидетельствует о том, что возникает и прорастает большое количество трещин. Это позволяет судить о начале нарушения сплошности исследуемого участка массива. Дальнейшее увеличение длительностей τpi импульсов ЭМИ до τp(n-1) и уменьшение длительностей Tpi, периодов следования импульсов ЭМИ до Tp(n-1) позволяет проследить развитие процесса разрушения, т.е. процесса возникновения еще большего количества трещин и слияния их в еще более крупные, их ветвления и т.д., что делает возможным детализировать степень развития процесса нарушения сплошности участка массива и конкретизирует переход от начала нарушения сплошности к развитию процесса нарушения сплошности. Этот переход говорит о том, что массив уже более не способен выдерживать увеличивающуюся на него нагрузку, при этом оба параметра достигают критических значений τpn и Tpn.

При соотношениях

τpn≥(2,6÷4,5)τ,

Tpn≤(3,8÷6,4)T,

где τpn - максимальное значение длительности τpi импульса ЭМИ на исследуемом участке (n-й период следования импульсов ЭМИ);

τрн - минимальное значение длительности τpi импульса ЭМИ на исследуемом участке, с которой начинается ее увеличение;

Tpn - минимальное значение длительности Tpi периода следования импульсов ЭМИ (n-й период следования импульсов ЭМИ);

Трн - максимальное значение длительности Tpi периода следования импульсов ЭМИ, с которого начинается ее уменьшение,

говорят о критическом состоянии нарушения сплошности участка массива, после которого наступает разделение его на фрагменты.

Указанная совокупность признаков дает дополнительную необходимую информацию о приближении разрушения участка массива, что позволяет определить более достоверно момент его разрушения на фрагменты и таким образом решить поставленную задачу.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом. В подземной горной выработке на участке массива, где предполагается проводить горные работы, предварительно по длине выработки регистрируют соответствующие микротрещинообразованию импульсы ЭМИ, например, прибором РЭМИ-3, измеряют длительности τi самих импульсов ЭМИ и длительности Ti периодов их следования, по которым судят о состоянии участка массива.

Пусть импульсы ЭМИ по длине выработки регистрируют достаточно редко, например 4 имп. в минуту, что соответствует периоду их следования Ti~15000 мс, а сами длительности τi этих импульсов ЭМИ имеют значения, например, 150 мкс.

Затем на этом участке массива начинают проходить, например, встречную горную выработку, которая нагружает массив, при этом изменяется его равновесное состояние и величина напряжения на этот участок увеличивается. Это вызывает слияние микротрещин в большие трещины, происходит начало увеличения длительностей τi импульсов ЭМИ до длительностей τpi, превышающих более чем на порядок длительности τi, например, до 1600 мкс, которые выделяют. При этом по длине выработки количество самих измеряемых импульсов с длительностью τpi за равные промежутки времени увеличивается, а периоды Тpi их следования уменьшаются, например, до ~14000 мс.

О начале нарушения сплошности исследуемого участка массива по мере увеличения на него нагрузки судят по началу увеличения τpi, начиная с τ (например, от τpi~1600 мкс до τpi~2000 мкс), и началу уменьшения длительности Tpi периода следования, начиная с T (например, от Tpi=13764 мс до Трн=10461 мс). По этому начальному, минимальному, значению длительности τ импульсов ЭМИ и начальному, максимальному, значению длительности Tрн периода следования импульсов ЭМИ судят о начале нарушения сплошности исследуемого участка массива, т.к. это свидетельствует о начале возникновения системы больших трещин на исследуемом участке массива горных пород.

При последующем, еще большем нагружении участка массива в нем возникает еще большее количество различных трещин, которые, сливаясь, образуют большие системы трещины с еще большими значениями τpi, например τp(n-1)=4852 мкс, и с еще более уменьшающимися длительностями Tpi периода, например Tp(n-1)=2988 мс, свидетельствующими о том, что начало нарушения сплошности переходит в развитие нарушения сплошности. Далее, при последующем, еще большем нагружении участка массива количество трещин еще более возрастает и развитие нарушения сплошности приближается к критическому состоянию.

При соотношениях:

τpn≥(2,6÷4,5)τ,

Tpn≤(3,8÷6,4)T,

где τpn - максимальное значение длительности τpi импульса ЭМИ на исследуемом участке (n-й период следования импульсов ЭМИ);

τрн - минимальное значение длительности τpi импульса ЭМИ на исследуемом участке, с которой начинается ее увеличение;

Tpn - минимальное значение длительности Tpi периода следования импульсов ЭМИ (n-й период следования импульсов ЭМИ);

Трн - максимальное значение длительности Tpi периода следования импульсов ЭМИ, с которого начинается ее уменьшение,

судят о критическом состоянии нарушения сплошности исследуемого участка, после которого наступает разделение его на фрагменты.

Критическое состояние иллюстрирует достижение конечного, максимального, значения τpn длительности импульсов ЭМИ на участке массива, когда оно изменяется по сравнению с начальным значением τ, например, от ~2000 мкс до ~τpn 5,2÷9,0 мс (соответственно для хрупких и пластичных горных пород), и уменьшение длительности Tpn периода следования импульсов ЭМИ по сравнению с начальным изменением длительностей Трн периодов следования импульсов ЭМИ, например, от ~10461 мс до ~2752÷1634 мс (соответственно для хрупких пластичных горных пород).

Таким образом, совокупность перечисленных операций позволяет производить более точный прогноз разрушения участка массива горных пород и тем самым решить поставленную задачу.

Способ прогноза нарушения сплошности участка массива горных пород, основанный на регистрации импульсов электромагнитного излучения (ЭМИ) по длине выработки, измерении их длительностей τi, выделении импульсов с длительностью τрi, более чем на порядок превышающей τi, и определении начала нарушения сплошности исследуемого участка, отличающийся тем, что дополнительно измеряют периоды Тi следования импульсов с длительностью τi, выделяя периоды Трi, следования импульсов с длительностью τрi, при этом о начале нарушения сплошности исследуемого участка массива по мере увеличения на него нагрузки судят по началу увеличения τрi, начиная с τрн, и началу уменьшения Трi, начиная с Трн, по последующему увеличению τpi, до τp(n-1) и уменьшению Трi до Tp(n-1) судят о развитии процесса нарушения сплошности исследуемого участка, а при соотношениях
τрn≥(2,6÷4,5)τрн,
Трn≤(3,8÷6,4)Трн,
где τрn - максимальное значение длительности τрi импульса ЭМИ на исследуемом участке (n-й период следования импульсов ЭМИ);
τрн - минимальное значение длительности τрi, импульса ЭМИ на исследуемом участке, с которой начинается ее увеличение;
Трn - минимальное значение длительности Трi периода следования импульсов ЭМИ (n-й период следования импульсов ЭМИ);
Трн - максимальное значение длительности Tpi, периода следования импульсов ЭМИ, с которого начинается ее уменьшение,
судят о критическом состоянии нарушения сплошности исследуемого участка, после которого наступает разделение его на фрагменты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для дистанционного периодического контроля вертикальных деформаций стволов на шахтах и рудниках.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для дистанционного периодического контроля деформаций пород кровли горных выработок.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для дистанционного периодического контроля деформаций пород кровли. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для непрерывного контроля напряженного состояния и степени удароопасности краевых зон массива горных пород в подземных выработках.

Изобретение относится к горному делу, а именно к неразрушающим методам контроля горных пород, строительных материалов и конструкций, и может быть использовано для определения состояния, предшествующего разрушению (предразрушению) горного массива, зданий, сооружений и прогноза катастрофических ситуаций, а также для лабораторных исследований образцов горных пород и строительных материалов.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения смещений горных пород, элементов строительных конструкций и инженерных сооружений, и может быть использовано для диагностики состояния приконтурного массива.

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для определения физико-механических характеристик горных пород в полевых условиях. .

Изобретение относится к области сейсмических исследований и может быть использовано для контроля развития трещин в породах в процессе добычи различных полезных ископаемых.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для количественной оценки натурных наблюдений геомеханической роли закладочного массива (ЗМ) при его взаимодействии с породными целиками (ПЦ) различного производственного назначения.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения напряженного состояния горной породы в массиве. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам горной геофизики, и предназначено для определения напряжений в породном массиве путем нагнетания жидкости под давлением в герметизированный участок скважины до разрушения ее стенок

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для определения механических свойств горных пород

Изобретение относится к физико-механическим испытаниям материалов и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях

Изобретение относится к области интенсификации добычи нефти, газа, конденсата, в частности к устройствам для изучения физических свойств расклинивающих материалов

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения взаимного смещения геоблоков и динамико-кинематических характеристик волн маятникового типа

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способу дистанционного измерения смещений пород кровли в подземных горных выработках

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройству для измерения смещений пород кровли в подготовительных выработках

Изобретение относится к физико-механическим испытаниям материалов и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования проявления горного давления в горных выработках

Изобретение относится к горному делу, используется для прогноза разрушения массивов горных пород при динамических проявлениях в них при изменении его напряженно-деформированного состояния

Наверх