Способ контроля состояния горных выработок



Способ контроля состояния горных выработок
Способ контроля состояния горных выработок

 


Владельцы патента RU 2479718:

Трубецкой Климент Николаевич (RU)
Мальский Кирилл Сергеевич (RU)

Изобретение относится к горному делу, в частности к области контроля состояния горного массива посредством измерения величины деформации горных выработок или их участков. Техническим результатом является повышение эффективности и достоверности определения деформации поверхности горных выработок, снижение времени и трудоемкости процесса измерения. Способ включает периодические измерения во времени смещений приконтурных пород на контролируемом участке выработки с помощью измерительных элементов в виде замерных точек, нанесенных на поверхность по контуру горной выработки, относительно базового элемента. Фиксирование полученных результатов при первом измерении и использование их в качестве контрольных значений отсчета смещения пород относительно базового элемента при последующих измерениях. Определение величины и направления смещения замерных точек за промежуток времени между измерениями и суждение по ним о состоянии приконтурных пород вокруг выработки. В качестве базового элемента в горной выработке в прямой видимости всех контролируемых замерных точек устанавливают репер и фиксируют координаты его установки. На репере закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч которого первоначально ориентируют в горизонтальной плоскости вдоль горной выработки и фиксируют его положение. Затем изменяют угол наклона лазерного луча и совмещают его с замерной точкой, измеряют длину лазерного луча и угол его наклона к зафиксированному положению и используют их в качестве контрольных значений при последующих измерениях. В случае наличия расхождения результатов с контрольными измерениями определяют величину и направление смещения замерной точки за промежуток времени между измерениями. 2 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к области контроля состояния горного массива посредством измерения величины деформации горных выработок или их участков.

Известен способ определения смещения боковых пород, включающий бурение скважины по нормали или под углом к плоскости напластования, измерение и фиксирование значения ее радиуса, периодическое измерение и фиксирование параметров деформированного сечения скважины, длины полупериметра ее деформированного сечения в градусах между плоскостью напластования и осью скважины и определение величины смещения по приведенной формуле (см. патент РФ №1657644).

Недостатком известного способа является трудоемкость его осуществления из-за необходимости бурения скважин и определения смещения боковых пород.

Известен способ контроля состояния горных выработок, включающий измерение во времени смещения приконтурных пород с помощью комплекта глубинных реперов, размещенных в шпурах, пробуренных под углом 45° в сопряжении кровли и стенок, фиксацию момента изменения знака смещения пород и глубину в массиве, на котором это измерение происходит, и по нему судят о времени возникновения нарушения и по глубине его мощности (см. патент РФ №1293336).

Реализация этого способа сопровождается техническими трудностями: отсутствие возможности проведения измерений в нескольких местах одной и той же аппаратурой, отсутствие возможности массовых наблюдений за состоянием различных участков массива горных пород.

Общим недостатком известных способов является значительная трудоемкость, техническая и организационная сложность при проведении массовых измерений.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному способу является способ контроля состояния горных выработок, включающий измерение во времени смещений приконтурных пород на контрольном участке выработки с помощью измерительных элементов отсчета смещения пород относительно базового элемента, причем в качестве измерительных элементов смещений пород используют ряд замерных парных точек, предварительно нанесенных на поверхность пород по контуру выработки с расположением их в каждой паре встречно относительно друг друга, а в качестве базового элемента используют ось луча света, ориентированного вдоль контролируемого участка выработки, предпочтительно от источника света (генератора лазерного луча), размещенного в рабочем пространстве выработки вне зоны влияния указанных смещений, при этом измерения смещений пород осуществляют измерением расстояния между замерными парными точками в исходном состоянии и периодического измерения расстояния между этими точками в заданных промежутках времени, для этого измеряют расстояния от каждой из парных точек до оси луча и суммируют результаты, затем полученные значения сравнивают с ранее измеренными величинами в исходном состоянии в каждой паре, получают абсолютные значения смещений пород и по степени прироста судят о возрастании напряжений приконтурного массива пород выработки (см. патент РФ 2333359).

Реализация известного способа связана со значительной трудоемкостью при измерении большого количества точек из-за необходимости перемещения и настройки на новом месте измерительной аппаратуры, возникновения значительных затруднений вплоть до невозможности проведения измерений в камерах большого сечения из-за большого расстояния между измерительными точками, недостаточной информативностью о состоянии поверхности горной выработки из-за измерения ограниченного количества точек.

Задачей изобретения является создание способа контроля состояния горных выработок, обеспечивающего повышение эффективности и достоверности определения деформации поверхностей горных выработок, в том числе большого сечения, с одновременным снижением времени и трудоемкости процесса измерений.

Задача решена путем создания способа контроля состояния горных выработок, включающего периодические измерения во времени смещений приконтурных пород на контролируемом участке выработки с помощью измерительных элементов в виде замерных точек, нанесенных на поверхность по контуру горной выработки, относительно базового элемента, фиксирование полученных результатов при первом измерении, использование их в качестве контрольных значений отсчета смещения пород относительно базового элемента при последующих измерениях, определение величины и направления смещения замерных точек за промежуток времени между измерениями и суждение по ним о состоянии приконтурных пород вокруг выработки, отличием которого, согласно изобретению, является то, что в качестве базового элемента в горной выработке в прямой видимости всех контролируемых замерных точек устанавливают репер и фиксируют координаты его установки, на репере закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч которого первоначально ориентируют в горизонтальной плоскости вдоль горной выработки и фиксируют его положение, затем изменяют угол наклона лазерного луча и совмещают его с замерной точкой, измеряют длину лазерного луча и угол его наклона к зафиксированному положению и используют их в качестве контрольных значений при последующих измерениях, в случае наличия расхождения результатов с контрольными измерениями определяют величину и направление смещения замерной точки за промежуток времени между измерениями из уравнения

h=LК·sinαК-LЗ·sinαЗ, м

где LК - контрольное значение расстояния до нанесенной точки, м,

αК - контрольное значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, град,

LЗ - значение расстояния до нанесенной точки, повторно измеренное через заданный временной интервал, м,

αЗ - значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой, к его горизонтальному положению, повторно измеренное через заданный временной интервал, град.,

h - абсолютная величина смещения участка с нанесенной замерной точкой, м.

При осуществлении заявленного способа достигается технический результат, заключающийся в повышении достоверности определения деформации поверхностей горных выработок, в том числе большого сечения, с одновременным снижением времени и трудоемкости процесса измерений. Технический результат достигается благодаря всей совокупности отличительных признаков в сочетании с ограничительными признаками.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано положение замерных точек 1, нанесенных на поверхности горной выработки 2 до деформации участка поверхности, положение замерной точки 3 после деформации участка поверхности, место размещения базового элемента, в качестве которого использован репер 4, с закрепленным на нем генератором лазерного луча, лазерный луч 5 которого ориентирован по длине горной выработки 2 в горизонтальной плоскости, положение 6 лазерного луча 5 при совмещении с замерной точкой 1 в первом измерении, угол 7 между лазерным лучом 5 и его положением 6 при совмещении с замерной точкой 1, положение 8 лазерного луча 5 при совмещении его с замерной точкой 3, угол 9 между лазерным лучом 5 и его положением 8 при последующем измерении.

На фиг.2 показана схема смещения точки 3 по отношению к точке 1.

Контроль состояния горных выработок заявленным способом осуществляют следующим образом.

На поверхности пород контролируемого участка горной выработки 2, находящихся под воздействием нагрузки со стороны горного массива, в прогнозируемых проблемных местах наносят замерные точки 1 предпочтительно из светоотражающего материала (например светоотражающей краской). В наиболее удобном месте контролируемого участка горной выработки 2, соблюдая условия прямой видимости всех замерных точек 1, размещают репер 4, на котором закрепляют генератор лазерного луча, предпочтительно лазерный дальномер-угломер. Фиксируют координаты и плоскость, перпендикулярную центральной оси горной выработки 2, в месте размещения репера 4. Ориентируют лазерный луч 5 лазерного генератора в горизонтальной плоскости вдоль центральной оси горной выработки 2 и фиксируют его положение. Изменяя угол наклона лазерного луча 5, направляют его на замерную точку 1. Наличие свечения последней свидетельствует о совпадении лазерного луча 5 с замерной точкой 1, что является сигналом для измерения длины лазерного луча 5 в положении 6 и угла его наклона 7 к зафиксированному положению лазерного луча 5 в горизонтальной плоскости. Таким образом фиксируют положение всех проблемных мест с нанесенными замерными точками 1. Через планируемый промежуток времени аналогичным образом производят измерения положения всех проблемных мест с нанесенными замерными точками 1.

При последующих измерениях совпадения значений длины лазерного луча 5 в положении 6 и угла его наклона 7 к горизонтальному положению с первоначальными значениями будут свидетельствовать об отсутствии деформации горной выработки в этом месте. В результате проявления горного давления некоторые замерные точки 1 смещаются относительно первоначального положения, занимают положение 3. Положение 3 замерной точки определяют и фиксируют аналогично предыдущим измерениям, определяют абсолютную величину и направление смещения участка горной выработки.

h=LК·sinαК-LЗ·sinαЗ, м

где LК - контрольное значение расстояния до нанесенной точки, измеренное лазерным дальномером, м,

αК - контрольное значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, измеренное лазерным угломером, град.,

LЗ - значение расстояния до нанесенной точки, повторно измеренное лазерным дальномером через заданный временной интервал, м,

αЗ -значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, повторно измеренное лазерным угломером через заданный временной интервал, град.,

h - абсолютная величина смещения участка с нанесенной замерной точкой, м.

За абсолютную величину смещения участка горной выработки принимают разность между исходным значением расстояния от замерной точки до лазерного луча в его горизонтальном положении и значением этого расстояния через определенный интервал времени.

Пример

Проведение измерений предлагаемым способом проиллюстрировано на следующем примере.

Горизонтальная выработка 2 сечением 3,6 м2 пройдена на расстоянии 200 м. В местах контроля наносят контрольные замерные точки 1 светоотражающей краской.

После определения места размещения использованного в качестве базового элемента репера 4, на нем на горизонтальной платформе закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч 5 которого направляют на контрольные точки 1. Фиксируют расстояние L до них и угол наклона a лазерного луча.

В качестве лазерного дальномера используют электронную лазерную линейку (Leica DISTO D8) с диапазоном измерений до 200 метров с точностью ±1 миллиметр на всей длине измерения, в качестве угломера - электронный лазерный угломер-уровень (geo-Fennel Multi) с точностью измерения углов до 0,1°.

Результаты первого измерения, занесенные в компьютер (базовые значения), составляют: Lk=30 м; αk=5°; sinαk=0,087.

Результаты второго измерения, занесенные в компьютер, составляют: LЗ=29,8 м; αЗ=4,7°; sinαЗ=0,082.

В компьютере вычисляется величина смещения (деформации) участка горной выработки по формуле:

где LК - контрольное значение расстояния до нанесенной точки, измеренное лазерным дальномером, м,

αК - контрольное значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, измеренное лазерным угломером, град.,

LЗ - значение расстояния до нанесенной точки, повторно измеренное лазерным дальномером через заданный временной интервал, м,

αЗ - значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, повторно измеренное лазерным угломером через заданный временной интервал, град.,

h - абсолютная величина смещения участка с замерной точкой, м.

h=30·0,087-29,8·0,82=0,18 м.

Таким образом, по сравнению с предыдущим измерением кровля выработки просела на 0,18 м.

Проводя измерения координат неограниченного количества контрольных точек, таким образом, на стенках, почве и кровле горной выработки можно за одну установку зафиксировать все положения контрольных точек и выявить все деформации горной выработки.

Способ контроля состояния горных выработок, включающий периодические измерения во времени смещений приконтурных пород на контролируемом участке выработки с помощью измерительных элементов в виде замерных точек, нанесенных на поверхность по контуру горной выработки, относительно базового элемента, фиксирование полученных результатов при первом измерении и использование их в качестве контрольных значений отсчета смещения пород относительно базового элемента при последующих измерениях, определение величины и направления смещения замерных точек за промежуток времени между измерениями и суждение по ним о состоянии приконтурных пород вокруг выработки, отличающийся тем, что в качестве базового элемента в горной выработке в прямой видимости всех контролируемых замерных точек устанавливают репер и фиксируют координаты его установки, на репере закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч которого первоначально ориентируют в горизонтальной плоскости вдоль горной выработки и фиксируют его положение, затем изменяют угол наклона лазерного луча и совмещают его с замерной точкой, измеряют длину лазерного луча и угол его наклона к зафиксированному положению и используют их в качестве контрольных значений при последующих измерениях, в случае наличия расхождения результатов с контрольными измерениями определяют величину и направление смещения замерной точки за промежуток времени между измерениями из уравнения
h=Lк·sinαк-Lз·sinαз, м,
где Lк - контрольное значение расстояния до нанесенной точки, м;
αк - контрольное значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, град;
Lз - значение расстояния до нанесенной точки, повторно измеренное через заданный временной интервал, м;
αз - значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой, к его горизонтальному положению, повторно измеренное через заданный временной интервал, град;
h - абсолютная величина смещения участка с нанесенной замерной точкой, м.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения напряжений в массиве горных пород. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оценки безопасного ведения горных работ под водными объектами. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности вследствие ведения подземных и открытых горных работ.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для регистрации сейсмических волн и деформаций в скважине. .

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

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

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

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

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

Изобретение относится к механике разрушения твердых тел и может быть использовано при определении прочностных свойств композиционных материалов и горных пород в строительной и горной областях промышленности

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений открытым способом. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения потенциальной поверхности скольжения и изменения геомеханического состояния массива горных пород в окрестностях этой поверхности. Способ включает периодическое определение сдвижения реперов, расположенных на откосе горных пород и прилегающей к нему земной поверхности, в вертикальной и наклонной плоскостях и построение полных векторов смещения поверхности откоса. Реперы размещают в скважинах, пробуренных в откосе горного массива, по сдвижению которых рассчитывают величину относительной деформации горных пород в приоткосной зоне для каждой скважины по математической формуле. По линии, соединяющей точки с критическими значениями относительной деформации, определяют границу потенциальной поверхности сдвижения пород приоткосной зоны. 4 ил.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям горных пород, в частности к способам контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах. Техническим результатом является повышение точности и достоверности определения координат возможного горного удара или обрушения массива горных пород. Способ, в котором бурят шпуры, устанавливают в них датчики акустической эмиссии, сигналы с датчиков акустической эмиссии регистрируют и обрабатывают, по результатам обработки судят о прогнозе опасного состояния массива горных пород. Обработку сигналов производят с применением анализа знаков вступления импульсов акустической эмиссии. Для каждого источника акустической эмиссии строят распределение знаков вступлений на стереографической проекции. При выявлении закономерного группирования знаков вступления импульсов акустической эмиссии судят о наличии опасного состояния массива горных пород, определяют соотношение действующих напряжений, рассчитывают величины углов падения и простирания для опасных плоскостей и направлений. По анализу распределения в объеме массива горных пород знаков вступления импульсов акустической эмиссии вычисляют координаты возможного горного удара или обрушения массива горных пород. 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения трещиноватости горных пород. Технической результат направлен на определение недостающей системы трещин, находящейся в глубине массива горных пород. Способ определения внутренней системы трещин на обнажениях, включающий замер азимутов простирания трещин и азимутов падения плоскостей трещин. Недоступную для непосредственных измерений характеристику системы трещин, находящуюся внутри массива горных пород, определяют по замерам обнаженных открытыми горными работами плоскостей, входивших в эту систему трещин до обнажения. Замеры ведут только тех плоскостей, которые не являются плоскостями отрыва при ведении взрывных работ или работ горной техники. Это определяют по налету на плоскостях окислов железа, других элементов или остатков заполнителей трещин. 3 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов в целях борьбы с внезапными выбросами угля и газа путем оперативного и надежного определения влажности угольного пласта при увлажнении. Техническим результатом является увеличение оперативности и повышение безопасности при определении влажности угля в угольном пласте в шахтных условиях при увлажнении краевых зон ударо- и выбросоопасных угольных пластов. В способе пневмосверлом сверлят скважину в боку подготовительной выработки, определяют скорость сверления до увлажнения и после увлажнения угольного пласта, а прирост влажности определяют из результатов сопоставления измерений скорости сверления и результатов предварительных лабораторных исследований.3 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровой технике, и предназначено для исследования режимов бурения горных пород. Техническим результатом является повышение точности измерения режимных параметров бурения за счет возможности независимого приложения к отрезку буровой штанги с буровым инструментом крутящего момента, усилия подачи, импульсов крутящего момента и импульсов осевого усилия. Стенд содержит опорную плиту, отрезок буровой штанги с буровым инструментом, установленный в опорах, гидроцилиндр подачи, тензометрические звенья, вращатель, образец породы. Стенд дополнительно содержит ударный механизм-возбудитель импульсов осевых усилий и ударный механизм-возбудитель импульсов крутящего момента, закрепленные на опорах, расположенных на неподвижной опорной плите, ударные механизмы-возбудители импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента закреплены с возможностью передачи импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента на штангу с буровым инструментом через тензометрические звенья, причем вращатель, с закрепленным на его валу образцом породы, размещен в податчике, имеющем возможность перемещения по направляющим рамы. 3 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям горных пород и материалов, имеющих хрупкий характер разрушения, и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях. Сущность: осуществляют нагружение образца двумя встречно направленными сферическими инденторами до его раскалывания, фиксируют разрушающую силу, определяют в разрушенном образце площадь поверхности трещины отрыва, проходящую через ось нагружения, и геометрические параметры разрушенных зон в областях контакта с обоими сферическими инденторами, вычисляют растягивающее напряжение разрыва образца и среднее сжимающее напряжение на границе большей из разрушенных зон и определяют в качестве механических свойств образца предел прочности и сопротивление срезу. Из обломков разрушенного образца собирают составной образец, на торцах которого определяют геометрические параметры разрушенных зон - диаметр остаточных отпечатков от инденторов и длину лунок выкола вдоль поверхности трещины отрыва. Определяют площадь поверхности большей разрушенной зоны на контакте с инденторами, предел прочности при всестороннем растяжении, максимальное сопротивление срезу и коэффициент Пуассона по формулам. Технический результат: упрощение испытаний, повышение точности определения механических свойств образцов и информативности испытаний. 5 табл., 2 ил.

Изобретение относится к горному делу, используется для прогноза и контроля разрушения массивов горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния. Технический результат - получение дополнительной информации о состоянии участка массива и детализация процесса его разрушения во времени. Способ включает регистрацию во времени сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ), измерение их спектральных амплитуд и построение по результатам измерений спектрально-временной матрицы этих амплитуд по мере роста частоты и времени, определение частотных поддиапазонов по мере роста частоты и выделение в каждом из них близких по значениям спектральных амплитуд. На матрице выделяют незамкнутыми линиями три группы увеличивающихся во времени близких по значениям спектральных амплитуд. Наблюдают на матрице в каждой группе расширение во времени поддиапазонов частот и площадей каждой группы, по которым судят о нарастании процесса разрушения участка массива горных пород. Одновременно с выделением групп на матрице последовательно регистрируют в каждый момент i времени разности между максимальной и минимальной величинами из близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, соотношения этих разностей, разность этих соотношений и количество спектральных амплитуд в каждой группе в каждый момент времени. По уменьшению указанных соотношений и их разностей, последующей их стабилизации во времени и по увеличению количества этих амплитуд в третьей группе судят о начале интенсивного возникновения трещин. 2 ил.
Наверх