Способ контроля напряженного состояния массива горных пород

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик рп947421 (61) Дополнительное к авт. сеид-ау (22) Заявлено 180180 (21) 2873200/22-03 (51) М. Кп.

Е 21 С 39/00 с присоединением заявки Мо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300782 Бюллетень Но 28

Дата опубликования описания 300782

t53) УДК 622.235 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.С.Ямщиков, Л.JI.Ïàðëoâ, B.Ì.Êàðáà÷èíñêèé, И.Ш.Коган, H.Æ.Áèòèìáàåâ и A.Â.Ко несенский, л

/, Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ YACCHBA ГОРНЫХ ГОРОД

Изобретение относится к контролю горного давления и его проявлениям, а именно к контролю устойчивости целиков и кровли горных виработок после проведенных очистных работ нет.осредственно в ходе технологического процессаъдобнчи полезных ископаемых подземннм способом.

Известен способ контроля напряженного состояния массива горных пород, заключающийся в измерении деформаций скважин, когда по деформациям, зафиксированным скважинным прибором, определяются значения действующих напря- 1з жений, которне сравниваются с предельными напряжениями, характеризующими предел прочности пород j1).

Однако известный способ позволяет зафиксировать деформации, накопленные только после установки скважинных приборов; значительная часть деформаций, накопленная до установки скважинных приборов, не регистрируется, что приводит к значительной погреш- 25 ности контроля напряженного состояния массива горных пород.

1 °

Известен также способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включакзщцй проходку сква- 30 жин в целиках и кровле выработки и регистрацию деформаций скважин (2) .

Недостаток укаэанного способа состоит в том, что нельзя добиться одновременно высокой точности измерения и оперативности контроля. Это обусловлено тем, что процессы деформирования горных пород развиваются во времени неравномерно, что особенно сильно сказывается при малой скорости деформаций на участке установившейся ползучести. В таком способе замеры рекомендуется снимать ежедекадно, а при возрастании скорости до 0,50,8 10 1/сут — ежесуточно. Скорость деформаций, определяемая как отношение деформаций, накопленных за опре-: деленный промежуток времени, к величине этого промежутка, при сокращении интервала времени между замерами может быть определена с большой погрешностью даже при точном измерении деформаций.

Целью изобретения является повышение точности измерения и оперативности контроля за. счет регистрации начального участка затухающей ползучести пород целиков и кровли.

Указанная цель достигается тем, что регистрацию деформаций скважин

947421 ведут непрерывно, определяют мгновенную скорость деформаций их, фиксируют промежуток времени до максимума мгновенной скорости деформаций скважин с момента взрыва при прохождении выработки, сравнивают его с промежутком времени, характеризующим степень устойчивости массива, и по результатам судят о напряженном состоянии горных пород. При этом регистрация максимума скорости за корот- 10 кое время может быть произведена. достаточно точно, так как максимум скорости затухающей ползучести может иметь значение, во много раэ превышающее значение скорости установившейся 5 ползучести, что позволяет значительно сократить время контроля и одновременно повысить его оперативность и точность.

На фиг.1.представлена горная выработка; на фиг.2 и 3 — графики деформаций в контролируемых целиках.

Горная выработка включает контролируемые целики 1, 2 и 3 в которых пробурены скважины 4, 5 и 6 с расположенными в них скважинными приборами 7, 8 и 9, измеряющими деформации и передающими показания по радиоканалу на пункт 10 сбора информации, расположенный в месте, защищенном от воздействия взрыва при прохождении горной выработки, а также взрываемый целик 11, На фиг.2 представлены график 12 деформаций в контролируемых целиках

1, 2 и 3 в зависимости от времени, когда их напряженное состояние далеко от разрушения, и график 13 деформаций в случае, когда. целики нагружены больше других и находятся в напряженном состоянии, близком к разрушению. На фиг.3 показаны график 14 мгновенных скоростей деформаций, соответствующий устойчивому напряженному состоянию целиков, и график 15 в случае, когда име-45 ются целики, нагруженные почти до предела прочности и находящиеся в напряженном состоянии, близком к разрушению. Кроме того, показан момент

16 времени, соответствующий максиму- 50 му мгновенной скорости деформаций.

Способ осуществляется следующим образом.

В целиках 1, 2 и 3, напряженное состояние которых контролируется, бурят скважины 4,5 и б, в которые устанавливают скважинные приборы

7, 8 и 9 с радиопередатчиками, показания от которых поступают на пункт

10 сбора информации. На одном из эта-60 пов прохождения горной выработки предусматривается просечка или полная выемка целиков 11. После взрывания целика 11 нагрузка, которую он нес, ступенчато переносится на контролируемые целики 1, 2 и 3, что приводит к увеличению деформаций, регистрируемых скважинными приборами 7, 8 и 9. Эти деформации содержат упругую составляющую и деформацию затухающей ползучести, изменяющуюся во времени и характеризуемую постоянной времени ретардации.

Экспериментально установлено, что когда напряжения в породах приближаются к разрушающим, постоянная времени ретардации уменьшается, и это уменьшение может характеризовать напряженное состояние массива горных пород. Когда нагрузка на некоторые целики по сравнению с другими возрастает, приближаясь к разрушающим, изменяется кривая деформирования в контролируемых целиках. Если при напряжениях в целиках, далеких от разрушающих, кривая 12 деформаций во времени изменяется так, что скорость деформаций .уменьшается монотонно, то в случае, когда хотя бы один из целиков близок к разрушению, в других целиках кривая 13 деформаций имеет иной вид, при этом скорость деформаций сначала возрастает, а затем падает. В первом случае изменение иллюстрируется кривой 14, а во втором — кривой 15, где имеется отличный от нуля момент

16 времени, при котором наблюдается максимум скорости деформаций.

При увеличении напряжений хотя бы в одном из контролируемых целиков промежуток времени с момента взрыва при прохождении горных выработок до момента 16 времени, соответствующего максимуму скорости деформаций, увеличивается.

При осуществлении контроля напряженного состояния массива горных пород значения, передаваемые скважинными приборами 7, 8 и 9, непрерывно регистрируются в пункте 10 сбора информации, где они записываются на ленту самописца или передаются по проводам на поверхность для дальнейшей обработки в ЭВМ. По мере поступления новых значений деформаций вычисляются значения мгновенной скорости деформаций как отношение приращения деформаций за очень короткий промежуток времени к величине этого промежутка, которая должна быть тем меньше, чем точнее мы хотим определить положение максимума скорости деформаций ° Как,только значение скорости начнет уменьшаться, может быть зафиксирован момент времени, когда она имеет максимальное значение, и после этого фиксируют величину промежутка времени, прощедшего с момента производства взрыва при прохождении горних выработок до максимума мгновенной скорости деформаций. За947421

Формула изобретения фи 2

ВНИИПИ Заказ 5578/51 Тираж 623 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород,ул.. Проектная, 4 тем величину этого промежутка времени сравнивают с промежутком времени, характеризующим степень устойчивости массива данного месторождения. Если оказывается, что промежуток времени, зафиксированный с 5 момента производства взрыва при про- хождении горных выработок до момента наступления максимума скорости деформаций в пройденных скважинах, больше промежутка времени, характе- )9 ризующего степень устойчивости массива данного месторождения, то по этим результатам судят, что напряженное состояние массива горных пород близко к разрушающему, и горные выработки неустойчивы, если меньше — то далеко от разрушающего и горные выработки устойчивы.

Время, характеризующее степень устойчивости массива данного месторождения, определяется следующим образом. По мере фиксации промежутков времени с момента производства взрыва при прохождении горных выработок до максимума мгновенной скорости деформаций в пройденных скважинах при контроле напряженного состояния массива горных пород в устойчивых и неустойчивых выработках значения этих промежутков группируются в два класса, соответствующие устойчивому н неустойчивому состояниям горных выработок, граница между которыми и является промежутком времени, характеризующим степень устойчивости массива данного месторождения. 35

Одновременное сокращение времени на контроль напряженного состояния массива горных пород и повышение его оперативности дает возможность, применяя его в технологическом конт- 4р роле устойчивости горных выработок при добыче руды, снизить средний запас прочности целиков, не снижая безопасности ведения горных работ. Расчеты, проведенные по Формулам теории 45 надежности и теории информации, показывают, что средний запас прочности целиков может быть снижен с 2,2 до .1,9, т.е. потери руды, безвозмездно оставляемой в недрах, могут быть уменьшены в 1,153 раза.

При годовой производительности рудника 612 тыс.т экономический эффект по одному руднику от внедрения предлагаемого способа контроля составит 184 тыс.руб./год. Применение предлагаемого способа контроля напряженного состояния массива горных пород может быть осуществлено на многих месторождениях СССР, породы которых проявляют свойство ползучести (рудники комбинатов "Ачполиметалл", "Печенганикель", СУБР и др.).

Способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включавший проходку скважин в целиках и кровле выработки и регистрацию деформаций скважин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, и,оперативности контроля за счет регистрации начального участка затухающей ползучести пород целиков и кровли, регистрацив деформаций скважин ведут непрерывно, определяют мгновенную скорость деформаций их, фиксируют промежуток времени до максимума мгновенной скорости деформаций скважин с момента взрыва при прохождении выработки, сравнивают его c промежутком времени, характеризующим степень устойчивости массива, и по результатам судят о напряженном состоянии горных пород.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ямщиков В.С. и др. Система бесгроводного контроля устойчивости массива для подземных рудников.

"Горний журнал", 1977, 9 33, с.62-64.

2. Система непрерывного контроля состояния горных пород и выработок на руднике "Каула-Котсельваара" ° И., -ЦНИИТЭИ цветной металлургии, 1977, с.11-26 (прототип).