Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Технический результат заключается в повышении эффективности и обеспечении безопасности ведения горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых путем оценки структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород, прогноза развития деформационных процессов. Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород включает бурение скважин и шпуров в подземных горных выработках диаметром ⌀40÷100 мм и более, длиной 5÷10 м и более. На стенки скважин наносят слой извести, водоэмульсионной краски или гипса. Используя оборудование фотовидеофиксации, получают негативное отображение скважины, по которому определяют структурную нарушенность исследуемого массива, распространение зон повреждения пород, и регистрируют процессы сдвижения и деформирования массива горных пород. 3 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Известны способ оценки предельного напряженного состояния горных пород и устройство для его осуществления, включающий бурение скважин из горной выработки, измерение смещений пород через определенный момент времени с помощью деформометра и интерпретацию замеров [Патент RU 2106493 С1, М.Кл. Е21С 39/00 от 26.09.1995 г.].

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость проведения измерений, наличие громоздкого математического аппарата, специального оборудования и сложной интерпретации результатов.

Известен способ определения неоднородностей массива горных пород, заключающийся в бурение шпура на контролируемом участке, досылке датчика в шпур, осуществлении измерений физического параметра при двух значениях величины измерительной базы, при этом о неоднородности массива судят по отношению измеренных значений физического параметра при начальном и повторном измерении [Патент SU 1794253 «Способ определения неоднородностей массива горных пород», кл. Е21С 39/00, 1985].

Известен также способ определения главных нормальных напряжений в массиве, заключающийся в том, что с поверхности выработки в трех ортогональных плоскостях бурят три параллельных шпура по схеме прямоугольной розетки скоростей, в них спускают на равные глубины датчики ультразвуковых волн, определяют скорости распространения продольных волн между каждой парой датчиков и по максимальным и минимальным значениям скоростей определяют ориентацию эллипса скоростной анизотропии, при этом направление длинной оси эллипса принимают одинаковым с направлением максимального главного напряжения. Используя тарировочные зависимости между скоростью распространения упругих волн и напряжением, полученные с применением метода разгрузки, вычисляют главные нормальные напряжения (Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982, с. 140-151). Недостатком данного способа является высокая трудоемкость проведения измерений и сложность обработки полученных данных измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выявления сейсмически опасного горного массива, включающий керновое бурение скважин, извлечение керна и оценку характера разрушения кернов скальных пород. Способ применяется для определения удароопасности участков горного массива в горных выработках [см. «Указания по безопасному ведению горных работ при строительстве и эксплуатации шахт на месторождениях Североуральского бокситового бассейна, подверженных горным ударам», Ленинград, ВНИМИ, 1988, с. 62-64 (прототип)].

Недостатком данного способа являются большие трудозатраты для его реализации, кроме того, при определении степени удароопасности горных пород учитывается лишь количество выпукло-вогнутых дисков толщиной 1-2 см в метровом интервале скважины и не учитываются вообще интервалы, где керн разрушен до щебня или дресвы. Интервалы, где керн был полностью разрушен на щебень, дресву или песок при бурении, характеризуются наибольшей напряженностью.

Целью изобретения является повышение эффективности и обеспечение безопасности ведения горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых путем оценки структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород, прогноза развития деформационных процессов и своевременного принятия эффективных мероприятий для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Указанная цель достигается использованием негативного изображения скважины и его дальнейшего картирования для определения зон повреждения пород.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена схема расположения отбуренных скважин или шпуров, на Фиг. 2 показаны образующиеся в скважинах, в результате деформирования массива, трещины, а на Фиг. 3 - фотография устройства для обработки скважин (шпуров).

На чертежах показаны шпуры 1 с нанесенным известковым, водоэмульсионным или гипсовым слоем 2 и образующиеся в скважинах, в результате деформирования массива, трещины 3.

Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород реализуется следующим образом.

При подземных горных работах в массивах с признаками действия высоких напряжений, вызванных природными или техногенными условиями в горной выработке, бурятся скважины или шпуры 1 диаметром ⌀ 40÷100 мм и более, длиной 5÷10 м и более. Затем на стенки скважины по всей ее длине специальным устройством (Фиг. 3) наносится слой извести, водоэмульсионной краски или гипса 2. При деформировании массив горных пород и нанесенный слой быстро реагируют на деформации и трескаются в местах действия напряжений 3. Скважины 1 обследуют с применением специального оборудования фотовидеофиксации, получая при этом негативный снимок скважины, по которому выполняют картирование, определяя натурное отображение скважины, структурную нарушенность исследуемого массива, распространение зон повреждения пород и регистрируя процессы сдвижения и деформирования массива. Через определенный промежуток времени наблюдения повторяют, устанавливая динамику развития деформационных процессов в исследуемом массиве горных пород.

Данный способ позволяет повысить эффективность ведения горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых путем оценки структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород по наблюдениям за негативным отображением деформируемых скважин, прогноза развития деформационных процессов и своевременного принятия эффективных мероприятий для обеспечения безопасного освоения недр.

Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород, включающий бурение скважин и шпуров в подземных горных выработках диаметром ⌀40÷100 мм и более, длиной 5÷10 м и более, отличающийся тем, что на стенки скважин наносят слой извести, водоэмульсионной краски или гипса, используя специальное оборудование фотовидеофиксации, получают негативное отображение скважины, по которому определяют структурную нарушенность исследуемого массива, распространение зон повреждения пород, и регистрируют процессы сдвижения и деформирования массива горных пород.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования сыпучих свойств геоматериалов. Устройство представляет собой сварную конструкцию башенного типа, устанавливаемую на верхней предварительно спланированной площадке отработанного карьера с обеспечением вертикальной устойчивости.
Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для рекомендаций по выбору способов и параметров дегазации сближенных угольных пластов.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при оценке структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород и прогноза развития деформационных процессов.

Изобретение относится к горному делу, в частности к средствам контроля состояния анкерной крепи и смещений вмещающих пород горизонтальных и наклонных подземных горных выработок, закрепленных анкерной крепью.

Изобретение относится к технике горного дела, добыче полезных ископаемых, в частности к устройствам для изучения физико-механических свойств горных пород, и может быть использовано в геологии, горной, газовой и нефтяной промышленности для расчета предельной величины давления гидроразрыва пласта.

Предложенная группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к технике создания скважинных инклинометрических систем, и может быть использована в горном деле для контроля деформационных процессов горных пород и закладочного массива.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения напряжений в массиве горных пород. Техническим результатом изобретения является определение факта превышения значением максимального главного напряжения критического уровня, равного или превышающего 0,9 от предела прочности при сжатии σсж, что свидетельствует о переходе породы в стадию предразрушения.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения направления максимального напряжения в конструктивных элементах систем разработки относительно пробуренных в них контрольных скважин.

Изобретение относится с горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Предложен способ определения газоносности массива угля в зоне его разрушения, включающий сменный режим работы очистного забоя по добыче угля, отработку пласта продольными полосами, измерение интенсивности газовыделения из отрабатываемого пласта в добычную смену и установление показателя нарастания интенсивности газовыделения в призабойное пространство лавы при разрушении угля.

Изобретение относится к способу и устройству для повышения добычи на месторождении, содержащем породу, которая включает в себя по меньшей мере один раскрываемый путем размельчения породы минерал ценного материала и по меньшей мере один другой минерал, причем минерал ценного материала имеет более высокую плотность, чем по меньшей мере один другой минерал.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для исследования энергообмена при деформировании и разрушении блочного горного массива. Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, гидравлические аккумуляторы энергии, связанные с механизмами поджатия и перемещения, источники давления, связанные с соответствующими аккумуляторами, пульсаторы давления, соединенные с соответствующими аккумуляторами и выполненные в виде гидроцилиндров со штоками, подпоршневая полость которых соединена с соответствующими аккумуляторами, эксцентриков, кинематически связанных со штоками гидроцилиндров, валов вращения эксцентриков и приводов вращения валов. Валы установлены соосно, а стенд снабжен электромагнитными муфтами для соединения валов с соответствующими приводами и электромагнитной муфтой для соединения валов между собой. Технический результат: расширение объема информации при исследовании энергообмена путем обеспечения испытаний как при независимой пульсации поджимающей и перемещающей нагрузок, так и при синхронной пульсации с плавным и ступенчатым изменением частоты пульсаций с возможностью регулирования смещения циклов пульсаций в ходе испытаний. 1 ил.

Изобретение относится к исследованию механических свойств горных пород. Технический результат заключается в упрощении процесса проведения измерения энергоемкости за счет возможности удаления фракций разрушенной горной породы посредством вращения перфорированного стакана. Устройство для определения энергоемкости разрушения горных пород включает станину, перфорированный стакан для помещения в него испытуемых образцов горной породы, пуансон и нагрузочный гидроцилиндр. При этом перфорированный стакан установлен относительно станины через упорный и радиальный подшипники, а через шлицевое соединение связан с рукоятью для вращения стакана. 1 ил.

Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве и различных сооружений, например плотин. Технический результат - контроль с одного места пространственного распределения напряжений, снижение трудоемкости эксплуатации устройства и упрощение его конструкции. Способ включает установку в породном массиве через скважину устройства для реализации способа. Определение в заданной плоскости значений напряжений по трем направлениям, ориентированным под углом 120° относительно друг друга, по которым находят распределение напряжений в заданной плоскости и оценивают напряженное состояние горных пород. В породном массиве через скважину создают шаровую полость, которую заполняют раствором, отвердевающим и расширяющимся при отвердении. Устройство для реализации способа устанавливают в центре шаровой полости. Распределение напряжений определяют еще в двух плоскостях, которые вместе с первой образуют три ортогональные плоскости, проходящие через центр шаровой полости. Затем представляют распределения напряжений на ортогональных плоскостях в виде эллипсов, по которым, как по трем проекциям на ортогональные плоскости, строят эллипсоид. После этого напряженное состояние горных пород оценивают по ориентациям и численным значениям полуосей эллипсоида. Устройство включает измерительную систему с датчиками силы и регистратор. Измерительная система выполнена в виде шара с радиальными отверстиями, расположенными в ортогональных плоскостях, проходящих через центр шара. Радиальные отверстия расположены под углом 120° относительно друг друга в каждой из указанных плоскостей. В эти отверстия вставлены стержни. Датчики силы установлены между стержнями и дном этих отверстий. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности, горных пород при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений. Стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород, содержащий раму, размещенные на ней платформу для образца, механизм перемещения платформы, захват для контробразца и связанный с ним механизм взаимного поджатия образца и контробразца, согласно изобретению он снабжен опорной площадкой Г-образной формы, дополнительным захватом для дополнительного контробразца и дополнительным механизмом для взаимного поджатия дополнительного контробразца и образца, связанным с дополнительным захватом для контробразца, при этом каретка имеет Г-образную форму и установлена на опорной площадке с обеспечением взаимодействия с обеими стенками опорной площадки. Предлагаемый стенд обеспечивает проведение испытаний в новых условиях - при действии поджимающей нагрузки как по одному, так и по двум направлениям, ориентированным под углом друг к другу, что позволяет моделировать энергообмен при действии как гравитационной, так и тектонической силы. Это существенно расширяет объем информации при исследовании энергообмена в блочном массиве горных пород. 2 ил.

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для оценки качества железорудного материала при добыче с помощью горных погрузочных средств, преимущественно экскаваторов и фронтальных погрузчиков. Технический результат направлен на повышение эффективности работы горного погрузочного средства за счет оценки качества железорудного материала непосредственно в ковше погрузочного средства с точностью, обеспечивающей отнесение материала к руде или породе. В способе контроля качества железорудного материала формируют в стенке ковша отверстие, которое с внутренней стороны ковша закрывают заглушкой из немагнитного материала. Создают в зоне образовавшейся полости магнитное поле с помощью постоянного магнита с осевой намагниченностью. Измерение изменения магнитного поля при наполнении ковша породой производят с помощью двух цифровых магнитометров, установленных симметрично относительно магнита в плоскости, перпендикулярной оси магнита и проходящей через его центр, с ориентированными встречно измерительными осями. Суммарный сигнал магнитометров, передают по проводному или беспроводному каналу связи на расположенное в кабине горного погрузочного средства и/или в пункте контроля приемное устройство, в котором согласно таблице соответствия показаний магнитометров и процентного содержания железа определяют содержание железа в материале, находящемся в ковше. Если содержание железа не менее заданного, то материал в ковше относят к руде и только тогда он идет на погрузку. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения направления действия и значений главных напряжений в горном массиве, оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Технический результат заключается в повышении точности определения направления главных напряжений, обеспечении безопасности и эффективности освоения месторождения. Способ включает бурение скважин или шпуров в подземных горных выработках длиной от 5 м, диаметром от 40 мм. На внутреннюю поверхность скважин наносят метки в виде окружности маркером или краской. Определяют положения камеры видеоэндоскопа относительно горизонта, направления деформирования горизонтальных и наклонных скважин, сдвигов и ориентации трещин с помощью видеоэндоскопа обследуют скважины. По полученным снимкам оперативно определяют наименьший диаметр скважины, направление которого соответствует направлению действия максимальных напряжений в массиве. На снимках определяют параметры обозначенных контуров d1, d2, при этом направления максимального сжатия скважины указывает на направление действие максимальных напряжений σ1. Определяют угол α - между вертикалью и направлением действия максимальных напряжений, угол β - между вертикалью снимка и направлением действия максимальных напряжений, величину сдвига ΔH. Строят графическое изображение исследуемых участков с нанесением, например, схемы деформирования участка или сдвига. Деформации скважины определяют в зависимости от d1 - начального диаметра скважины, d2 - наименьшего диаметра деформируемой скважины и K1 - эмпирического коэффициента, учитывающего физико-механические свойства горных пород и структурную нарушенность массива в направлении действия максимальных напряжений. 3 ил.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке карбонатных месторождений с целью комплексной подготовки для переработки минерального сырья. Технический результат заключается в повышении производительности и комплексности добычи карбонатного минерального сырья, дифференциации получаемой продукции с увеличением ее товарной стоимости, повышении безопасности, надежности ведения работ и снижении капитальных затрат. С учетом предварительной оценки на основе акустического показателя трещиноватости дополнительно по каждому блоку определяют удельную компоненту трансформации путем выделения зон по направлению и глубине трещин посредством профилирования участков с определением скорости распространения продольных, поперечных упругих волн в блоках и в зависимости от плотности, дифференцируемых прочностных и теплофизических параметров выделенных зон посредством программного обеспечения для уточнения направления слоистости, типа карбонатных пород и прогнозирования энергетических параметров воздействия на выделенные зоны блоков, затем проводят, с оставлением в целости блоков прочной породы, вначале селективную выемку выделенных зон блоков для получения щебня различных марок и карбонатного сырья с помощью стрелового карьерного комбайна, затем выемку блоков прочной породы.

Изобретение относится к определению области распространения, размеров и геометрии трещин и систем трещин, образовавшихся в результате гидроразрыва пласта, конкретно относится к способу и устройству для создания микросейсмических событий внутри трещин и систем трещин. Технический результат заключается в повышении точности и безопасности определения размеров и геометрии трещин гидроразрыва. Способ картирования трещин в пределах углеводородсодержащей зоны подземного пласта, через которую проходит скважина в первом варианте содержит закачивание группы частиц центров присоединения в трещины подземного пласта. Выборочное присоединение первых реакционноспособных частиц к частицам центров присоединения. Закачивание группы первых реакционноспособных частиц в трещины. Закачивание группы вторых реакционноспособных частиц в трещины после закачивания первых реакционноспособных частиц. Вызывание в трещинах группы реакций с участием группы первых и вторых реакционноспособных частиц. Создание группы микросейсмических событий в результате реакций. Во втором варианте способ содержит закачивание группы первых реакционноспособных частиц в трещины зоны подземного пласта, закачивание группы вторых реакционноспособных частиц в трещину после закачивания первых реакционноспособных частиц. Избирательное присоединение вторых реакционноспособных частиц к первым реакционноспособным частицам. Вызывание в трещинах группы реакций с участием группы первых и вторых реакционноспособных частиц и создание группы микросейсмических событий в результате реакций. В третьем варианте способ содержит закачивание группы реакционноспособных частиц в трещины зоны подземного пласта. Причем каждая реакционноспособная частица содержит по меньшей мере два материала, изначально разделенные перегородкой. Удаление перегородки и создание группы микросейсмических событий в местах расположения в трещинах реакционноспособных частиц посредством реакции между по меньшей мере двумя материалами. 3 н. и 29 з.п. ф-лы, 20 ил.

Способ заключается в том, что управляюще-регистрирующий сервер регистрирует измерительные сигналы колебаний из установленных в прилегающих к лаве штреках трехмерных геофонных измерительных зондов, синхронно пространственно ориентированных во всех измерительных каналах и в синхронизированном временном интервале, а также в тесной корреляции с сигналами, информирующими о режиме работы и местоположении очистного комбайна в выработке лавы и на этой основе, при взаимодействии с преобразующим сервером, локализует сейсмические явления. После окончания очистным комбайном каждого реза производится анализ относительных изменений напряжений в угольном массиве впереди фронта очистной лавы по методу сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания, с использованием зарегистрированной энергии волны. После окончания реза, когда очистной комбайн неподвижен, осуществляется активная сейсмическая скоростная или амплитудная томография путем просвечивания горного массива между прилегающими к лаве штреками с помощью сейсмических волн, вызываемых срабатыванием дистанционно запускаемых с поверхности шахты, посредством преобразующего сервера импульсных возбудителей колебаний. Производится анализ напряжений по методу пассивной сейсмической скоростной или амплитудной томографии, с использованием в качестве источника колебаний просвечивающей сейсмической волны толчков, вызываемых горной разработкой. Затем периодически составляется усредненная томографическая карта концентрации относительных изменений напряжений, и составляют карты отдельных видов томографии. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горному делу, предназначено для осуществления контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород, в том числе имеющего блочную структуру, и может быть использовано для оценки и прогноза устойчивости горных выработок при производстве добычных работ. Технический результат - повышение точности определения местоположения зон локализации деформаций. Предложен способ, при котором на контролируемом участке бурят скважину из подземной горной выработки в направлении контура отрабатываемого пространства. Отбирают керн, по анализу которого определяют размеры, местоположение естественных блоков в массиве горных пород и границы между ними. Проводят испытания отобранного керна для каждого типа горной породы по глубине скважины и определяют величину предельно допустимой упругой деформации данного типа горной породы. Устанавливают реперы вдоль продольной оси скважины в пределах естественных блоков. Места установки реперов выбирают в непосредственной близости к границам естественных блоков, а при отсутствии последних - через определенный интервал по глубине скважины. Дальний репер закрепляют вблизи контура отрабатываемого пространства. Измеряют величины смещений между смежными реперами вдоль продольной оси скважины. Дополнительно измеряют величины смещений каждого репера вдоль продольной оси скважины относительно кондуктора, которые используют при вычислении величин деформаций массива горных пород, жестко закрепленного на устье скважины, для чего каждый из реперов оснащен автономной гибкой связью, например струной из нержавеющей стали, один конец которой закреплен на репере, а другой конец выведен через установленный на кондукторе измерительный блок и соединен с натяжным устройством для создания постоянного натяжения гибкой связи с возможностью перемещения натяжного устройства вдоль нее. После измерения смещений вычисляют по ним величины деформаций массива горных пород, а по деформациям - параметры упругих или неупругих деформаций, по которым оценивают изменения НДС массива горных пород на контролируемом участке. Причем параметры упругих или неупругих деформаций естественных блоков массива горных пород определяют путем сравнения полученных величин деформаций массива горных пород с предельно допустимой величиной упругой деформации данного типа горных пород. Далее фиксируют зоны их локализации, определяют параметры этих зон. Наступление активной стадии деформирования горной породы в зоне неупругих деформаций и ее продолжительность, вплоть до обрушения приконтурного массива в отработанное пространство, устанавливают по тем реперам, на которых регистрируют величины смещений относительно кондуктора с незатухающей скоростью. Величину предельно допустимых смещений реперов, при которой происходит обрушение приконтурного массива, определяют в момент обрыва гибкой связи любого из реперов и используют ее для прогноза дальнейших обрушений прилегающего к отработанному пространству массива горных пород при последующем контроле его НДС по сохранившимся в работоспособном состоянии реперам. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Технический результат заключается в повышении эффективности и обеспечении безопасности ведения горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых путем оценки структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород, прогноза развития деформационных процессов. Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород включает бурение скважин и шпуров в подземных горных выработках диаметром ⌀40÷100 мм и более, длиной 5÷10 м и более. На стенки скважин наносят слой извести, водоэмульсионной краски или гипса. Используя оборудование фотовидеофиксации, получают негативное отображение скважины, по которому определяют структурную нарушенность исследуемого массива, распространение зон повреждения пород, и регистрируют процессы сдвижения и деформирования массива горных пород. 3 ил.

Наверх