PL168146B1

PL168146B1 - Method of estimating the extent of crump hazard in the immediate vicinity of mining work areas

Info

Publication number: PL168146B1
Application number: PL29556692A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Kopec; Wieslaw Grzebyk; Jan Butra; Antoni Jedrzejowski
Original assignee: Ct Badawczo P Miedzi Cuprum Sp
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1996-01-31
Also published as: PL295566A1

Abstract

1. Sposób oceny stopnia zagrożenia tąpaniami w bezpośrednim otoczeniu frontu robót górniczych, polegający na pomiarze aktywności sejsmoakustycznej górotworu przed i po odpaleniu ładunku materiału wybuchowego i określeniu wytężenia skał w otoczeniu miejsca pomiaru, znamiennytym, żejako ładunek materiału wybuchowego wykorzystuje się ładunki odpalane przy strzelaniu eksploatacyjnym, natomiast czujniki pomiarowe, korzystnie akcelerometry, odbierające impulsy sejsmoakustycznegórotworu umieszcza się w strefie roboczej wyrobiska za frontem robót eksploatacyjnych, a ocenę stopnia zagrożenia tąpaniami przeprowadza się uwzględniając wytężenie skał i przebieg zmian średniej intensywności występowania i średniej umownej energii impulsów mierzonych po odpaleniu ładunków eksploatacyjnych.1. Method of assessing the degree of rock bursts hazard in the immediate vicinity of the works front mining, consisting in the measurement of seismic-acoustic activity of the rock mass before and after firing the explosive charge and determining the rock strength in the vicinity of the site measurement, characterized by the use of charges as the charge of the explosive fired during operational shooting, while measuring sensors, preferably accelerometers, those receiving seismic-acoustic impulses are placed in the working zone pits behind the operational works, and the rock burst hazard assessment is carried out taking into account the effort of rocks and the course of changes in the average intensity of occurrence and average conventional energy of pulses measured after firing the charges consumables.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny stopnia zagrożenia tąpaniami w bezpośrednim otoczeniu frontu robót górniczych, znajdujący zastosowanie w górnictwie.The subject of the invention is a method of assessing the degree of rock burst hazard in the immediate vicinity of the mining works front, applicable in mining.

Znany ze stosowania sposób oceny stopnia zagrożenia tąpaniami jest oparty na metodzie mikrosejsmologicznej, polegającej na ciągłej rejestracji wstrząsów mikrosejsmicznych, wywołanych robotami górniczymi, przez sieć stacjonarnych sejsmometrów rozmieszczonych na obszarze kopalni. Na podstawie czasowo-przestrzenno-energetycznych rozkładów rejestrowanych wstrząsów określa się możliwość wystąpienia silnych wstrząsów w sąsiedztwie poszczególnych frontów robót górniczych. Taki sposób postępowania umożliwia jedynie sygnalizowanie wzrostu lub spadku zagrożenia wstrząsami, co nie jest równoznaczne z określeniem możliwości wystąpienia tąpań. Z tego powodu prognozowanie tąpań na podstawie danych mikrosejsmologicznych jest w znacznym stopniu zawodne.The known method of assessing the degree of rock burst hazard is based on the microseismological method, consisting in continuous registration of microseismic tremors caused by mining works by a network of stationary seismometers located in the mine area. Based on the time-space-energy distributions of the registered tremors, the possibility of strong tremors in the vicinity of individual mining works is determined. Such a procedure allows only to signal an increase or decrease in the risk of tremors, which is not synonymous with determining the possibility of rock bursts. For this reason, the prediction of bumps based on microseismological data is largely unreliable.

Znany jest również sposób oceny stopnia zagrożenia tąpaniami, który polega na pomiarze aktywności sejsmoakustycznej górotworu przed i po odpaleniu ładunku materiału wybuchowego oraz określeniu wytężenia skał w otoczeniu miejsca pomiaru. W sposobie tym, ładunek zawierający około 1 kg materiału wybuchowego umieszcza się w płytkim, małośrednicowym otworze strzałowym, który wykonuje się najczęściej w ociosie wyrobiska dojściowego, przed frontem robót górniczych. W określonej!stałej odległości od otworu strzałowego wykonuje się płytki otwór, w którym umieszcza się czujnik pomiarowy w postaci geofonu, współpracujący z przenośną aparaturą rejestrującą przebieg aktywności sejsmoakustycznej górotworu w przedziałach czasowych przed i po odpaleniu ładunku materiału wybuchowego. Im większa jest intensywność występowania i umowna energia impulsów sejsmoakustycznych rejestrowanych po odpaleniu ładunku, w stosunku do intensywności występowania i umownej energii impulsów rejestrowanych przed odpaleniem ładunku, oraz im mniejszy jest czasowy gradient intensywności i umownej energii impulsów po odpaleniu ładunku, tym większe jest wytężenie skał otaczających czujnik pomiarowy w promieniu do kilkunastu metrów. Z kolei, im większe wytężenie skał, tym mniejszy przyrost naprężeń powoduje ich zniszczenie, zatem prawdopodobieństwo tąpnięcia skał przy wstrząsach sejsmicznych wzrasta. Ocena stopnia zagrożenia tąpaniami w bezpośrednim otoczeniu frontuThere is also a known method of assessing the degree of rock burst hazard, which consists in measuring the seismoacoustic activity of the rock mass before and after firing the explosive charge and determining the effort of rocks in the vicinity of the measurement site. In this method, a charge containing about 1 kg of explosive is placed in a shallow, small-diameter blast hole, which is most often made in the side of the access excavation, in front of the mining works. At a defined constant distance from the blast hole, a shallow hole is made, in which a measuring sensor in the form of a geophone is placed, cooperating with portable equipment recording the seismic-acoustic activity of the rock mass in the time intervals before and after firing the explosive charge. The greater the intensity of occurrence and the conventional energy of the seismic-acoustic pulses recorded after firing the charge, in relation to the intensity of occurrence and the conventional energy of the pulses registered before firing the charge, and the smaller the temporal gradient of intensity and conventional energy of the pulses after firing the charge, the greater the intensity of the surrounding rocks measurement sensor within a radius of several meters. On the other hand, the greater the effort of the rocks, the smaller the increase in stress causes their destruction, therefore the probability of rock bursts in case of seismic events increases. Assessment of the rock burst hazard in the immediate vicinity of the front

160 146 robót górniczych na podstawie pomiarów uzyskanych w znanym sposobie jest mało dokładna, gdyż wymaga ekstrapolacji wyników, ze względu na dużą odległość miejsc wykonywania pomiarów od frontu robót. Zasięg przestrzenny wykonywanych pomiarów jest nieduży, a jego zwiększenie wymaga zwielokrotnienia miejsc pomiarów, co praktycznie jest niemożliwe. W efekcie powyższego sposób ten jest mało przydatny do oceny stopnia zagrożenia tąpaniami w miejscu, gdzie ma szczególnie ważne znaczenie, to jest w bezpośrednim sąsiedztwie frontu robót eksploatacyjnych.160 146 mining works, based on the measurements obtained in the known method, is not very precise, as it requires extrapolation of the results, due to the large distance of the measurement sites from the front of the works. The spatial range of the measurements performed is small, and its increase requires the multiplication of the measurement sites, which is practically impossible. As a result of the above, this method is of little use in assessing the degree of rock burst hazard in a place where it is of particular importance, i.e. in the immediate vicinity of the operational works front.

Wynalazek dotyczy sposobu oceny stopnia zagrożenia tąpaniami w bezpośrednim otoczeniu frontu robót górniczych, polegającego na pomiarze aktywności sejsmoakustycznej górotworu przed i po odpaleniu ładunku materiału wybuchowego i określeniu wytężenia skał w otoczeniu miejsca pomiaru. Istota wynalazku polega na tym, że jako ładunki materiału-wybuchowego wykorzystuje się ładunki odpalane przy strzelaniu eksploatacyjnym, natomiast czujniki pomiarowe, korzystnie akcelerometry, umieszcza się w strefie roboczej wyrobiska za frontem robót eksploatacyjnych. Z uzyskanych wyników pomiarów aktywności sejsmoakustycznej górotworu określa się stopień zagrożenia tąpaniami, uwzględniając wytężenie skał oraz przebieg zmian średniej intensywności występowania i średniej umownej energii impulsów sejsmoakustycznych mierzonych po odpaleniu ładunków eksploatacyjnych. Akcelerometry są sprzężone akustycznie z górotworem poprzez kotwy stropowe. Mierzone impulsy sejsmoakustyczne klasyfikuje się według klas, dla poszczególnych parametrów: czas narostu, maksymalna amplituda przyspieszenia i czas trwania, po czym wyznacza się ich umowną energię i średnią umowną energię w pomiarowych przedziałach czasowych. Umowna energia impulsów jest iloczynem klas ich poszczególnych parametrów.The invention relates to a method of assessing the degree of rock burst hazard in the immediate vicinity of the mining works, consisting in measuring the seismic-acoustic activity of the rock mass before and after firing the explosive charge and determining the effort of rocks in the vicinity of the measurement site. The essence of the invention consists in the fact that the charges fired during operational shooting are used as the charges of the explosive, while the measuring sensors, preferably accelerometers, are placed in the working zone of the excavation behind the operational works. From the obtained results of measurements of the seismic-acoustic activity of the rock mass, the degree of rock burst hazard is determined, taking into account the rock strain and the course of changes in the average intensity of occurrence and the average conventional energy of seismic-acoustic pulses measured after firing the operating charges. Accelerometers are acoustically coupled with the rock mass through ceiling anchors. The measured seismic-acoustic pulses are classified according to classes, for individual parameters: accretion time, maximum acceleration amplitude and duration, and then their conventional energy and average energy in the measuring time intervals are determined. The conventional energy of impulses is the product of the classes of their individual parameters.

Dzięki wykorzystaniu w sposobie według wynalazku strzelań eksploatacyjnych i odbieraniu impulsów sejsmoakustycznych górotworu w strefie roboczej wyrobiska, za frontem eksploatacyjnym, możliwa jest ocena stopnia zagrożenia tąpaniami przestrzeni roboczej przy każdym przemieszczeniu frontu robót. Sposób według wynalazku pozwala na systematyczne, równoczesne, śledzenie głównych uwarunkowań tąpań w poszczególnych odcinkach strefy roboczej danego frontu eksploatacyjnego, to jest stanu odprężenia otoczenia strefy roboczej i charakteru procesu relaksacji górotworu przy przemieszczaniu frontu. Wynalazek umożliwia ocenę stopnia zagrożenia tąpaniami w miejscach o największej koncentracji osób i maszyn górniczych. Efektów takich nie uzyskuje się stosując znane sposoby oceny stopnia zagrożenia tąpaniami.Thanks to the use of operational shootings in the method according to the invention and receiving seismic-acoustic impulses of the rock mass in the working zone of the excavation, behind the operational front, it is possible to assess the degree of rock bursts in the working space at each movement of the work front. The method according to the invention allows for systematic, simultaneous tracking of the main conditions of rock bursts in individual sections of the working zone of a given operational front, i.e. the state of relaxation of the working zone surroundings and the nature of the rock mass relaxation process when the front is moved. The invention enables the assessment of the rock burst hazard level in places with the highest concentration of people and mining machines. Such effects are not achieved using known methods of assessing the degree of rock burst hazard.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie wykonania, który ilustruje sposób oceny stopnia zagrożenia tąpaniami w bezpośrndnim otoezeuiu frontu robgt górniczych, którepo p ljn jest przedstawiony na rysunku.The invention is explained in an embodiment which illustrates the method of assessing the degree of rock burst hazard in the immediate vicinity of the mining work front, which is shown in the drawing below.

Przykłdd. W przestrzeni roboczej wyrobiska górniczego uninszczn się dwa czujniki poninrowe, mające postać nhtnOnrznntoów i współpracujące z elektronicznymi licznikami 1, 2 impulsów sejsmoakustycznyi^li. Jeden czujnik jest umieszczony w odległości 7 m od czoła przodka, a drugi w odległości 15 m od czoła przodka. Akce0erzme0oy są sprzężone z górotworem za pośrednictwem kotew stropowych. Ładunki materiałów wybuchowych, służące do strzelania eksploatacyjnego, są rozmieszczone w dziesięciu przodkach 3. Każdy ładunek zawiera 300 kg amonitu. Odległość między czujnikami tznaarzwyni wynosi 160 m. Latopaka 1, 2 są uruchamiane bezpośrednio przed wykonaniem strzelania eksploatacyjnego i odbierają impulsy seJsmonkusOytzne górotworu z przestrzeni o poomaepau około 50 m od miejsca ich umieszczenia. Impulsy są klafahfknpny e wedłi g lali s ai a kangzyo a ów, ick ic, jak c zza narostu, maksymalna poiOi^ ia o^Γspaeioerdn ia i as is tapia. i. Czas narostu jest czasem od momentu detekcji do wystąpienia maksymalnej amplitudy przyspieszenia. Następuje zliczazie impulsów poszczególnych klas w zaprogramowanych przedziałach czasowych. Pierwszy przedział czasowy obejmuje 3 minuty poprzedzające odpalenie ładunków eksploatacyjnych. Drugi przedział czasowy obejmuje 5 iizuO bezpośrednio po strzelaniu eksploatacyjnym, trzeci przedział czasowy obejmuje 5 minut Oiczonytk od ósmej minuty po odpaleniu ładunków, czwarty przedział czasowy obejmuje 30 iizuO liczonych od dwudziestej minuty po odpaleniu ładunków i piąty przedział czasowy obejmuje 30 πιροΟ liczonych od sześćdziesiątej minuty po odpaleniu ładunków. Latzpiki 1, 2, współpracujące z nikootrzteszrnn, dokonują zliczeń impulsów według klas, w poszczególnych tzmiarowytk przedziałach- czasowych, dokonują wyliczeń średnich intensywności występowania i średniej umownej energii impulsów w poszczególnych okresach zliczeń przed i po strzelaniu eksploatacyjnym. Umowra energia impulsów jest iloczynem klas poszczególnych parametrówEx. In the working space of the mining excavation, two poninr sensors are installed, in the form of nhtnOnrznnts and cooperating with the electronic counters of 1 and 2 seismic-acoustic pulses. One sensor is located 7 m from the face of the face and the other 15 m from the face of the face. Akce0erzme0oy are coupled to the rock mass by ceiling anchors. Charges of explosives for operational shooting are distributed in ten faces 3. Each load contains 300 kg of ammonite. The distance between the sensors of the mining site is 160 m. Latopaka 1, 2 are activated immediately before the operational shooting and receive the rock mass sequence signals from the pooma zone about 50 m from the place of their placement. The pulses are klafahfknpny wedłi e g a and a doll are kangzyo and that, ick c as c from the outside of the buildup, the maximum poiOi ^ ia of ^Γ spaeioerdn ia and as is Tapia. i. The rise time is the time from detection until the maximum acceleration amplitude occurs. The impulses of each class are counted in programmed time intervals. The first time period is the 3 minutes preceding the firing of the operating charges. The second time period covers 5 iizuO immediately after the operational shooting, the third time period covers 5 minutes from the eighth minute after firing the charges, the fourth time period covers 30 iizuO from the twentieth minute after firing the charges and the fifth time period includes 30 πιροΟ counted from the sixtieth minute after firing charges. Latzpiki 1, 2, cooperating with nikootrzteszrnn, make counts of pulses according to classes, in particular time intervals, they calculate the average intensity of occurrence and average conventional energy of pulses in particular periods of counts before and after operational shooting. The contracted energy of impulses is the product of the classes of individual parameters

168 146 impulsów. Po upływie 2,5 godziny od strzelania eksploatacyjnego zdejmuje się liczniki 1, 2, odczytuje i interpretuje wyniki pomiarów. W przykładowych pomiarach pierwszy licznik 1 wskazuje średnią intensywność występowania impulsów w kolejnych przedziałach pomiarowych, w min1, : 10, 360, 270, 105, 90, oraz średnią umowną energię impulsów: 0, 10, 26, 18, 36. Drugi licznik 2 wskazuje średnią intensywność występowania impulsów w kolejnych przedziałach czasowych, w min1,: 5, 30, 16, 8, 2, oraz średnią umowną energię impulsów, odpowiednio: 2, 6, 10, 2, 2. Wynika z tego, że większe wytężenie skał jest w otoczeniu pierwszego licznika 1, niż w otoczeniu drugiego licznika 2. Tam też występują wahania średniej umownej energii impulsów po strzelaniu eksploatacyjnym, natomiast w otoczeniu drugiego licznika 2 średnia umowna energia impulsów po strzelaniu eksploatacyjnym maleje monotonicznie do niewielkiej wartości. Świadczy to, że w otoczeniu pierwszego licznika 1 proces odprężania górotworu jest niestabilny. Wytężenie skał oraz przebieg zmian średniej intensywności występowania i średniej umownej energii po strzelaniu eksploatacyjnym wskazują, że stopień zagrożenia tąpaniami w wyrobisku roboczym, w otoczeniu pierwszego licznika 1 jest znaczny, natomiast w otoczeniu drugiego licznika 2 zagrożenie tąpaniami jest znikome. Dla uproszczenia sposobu oceny stopnia zagrożenia tąpaniami wprowadza się dodatkowo wyliczenie syntetycznego wskaźnika stabilności górotworu Ws, definiowanego wzorem:168 146 pulses. After 2.5 hours from the operational shooting, counters 1 and 2 are removed, and the measurement results are read and interpreted. In the exemplary measurements, the first numerator 1 indicates the average intensity of pulses in successive measurement intervals, in min1,: 10, 360, 270, 105, 90, and the average energy of the conventional pulses: 0, 10, 26, 18, 36. The second numerator 2 indicates average intensity of pulses occurrence in consecutive time intervals, in min1, 5, 30, 16, 8, 2, and the average conventional pulse energy, respectively: 2, 6, 10, 2, 2. It follows that the greater effort of rocks is in the vicinity of the first counter 1, than in the vicinity of the second counter 2. There are also fluctuations in the average conventional pulse energy after operational shooting, while in the vicinity of the second counter 2, the average conventional energy of pulses after operational shooting decreases monotonically to a small value. It proves that in the vicinity of the first numerator 1, the process of rock mass relaxation is unstable. The rock strain and the course of changes in the average intensity of occurrence and mean conventional energy after operational shooting indicate that the degree of rock bursts hazard in the working excavation, in the vicinity of the first counter 1 is significant, while in the vicinity of the second counter 2 the risk of rock bursts is negligible. To simplify the method of assessing the degree of rock burst hazard, the calculation of the synthetic rock mass stability index Ws, defined by the formula:

Ws = ion+ _o -i ₂ ^r- + _oJN. · i¹ ² -5 4--4 4-^-° ) · (4N- )Ws = ion + _o -i ₂ ^r - + _o JN. I ¹ ² -5 4--4 4- ^- °) (4N-)

N_ 13, N, ¹ N_ 13, N, ¹

EnEn

00 E,00 E,

50 E.50 E.

) E_c gdzie Np l^, N3, O4, oznaczają średnią intensywność występowania impulsów w poszczególnych pomiarowych przedziałach czasowych, kolejno od pierwszego do piątego, w min-1, a Ep E2> E3, E4, E5 oznaczają średnią umowną energię impulsów w poszczególnych pomiarowych przedziałach czasowych, kolejno od pierwszego do piątego. W przykładowym sposobie realizacji wynalazku wskaźnik ten wynosi 6 dla przestrzeni otaczającej pierwszy licznik 1, i 185 dla przestrzeni otaczającej drugi licznik 2. Stopień zagrożenia tąpaniami jest tym większy im mniejsza jest wartość syntetycznego wskaźnika stabilności przy dużych średnich intensywnościach występowania i dużych średnich umownych energiach impulsów w pomiarowych przedziałach czasowych po strzelaniu eksploatacyjnym.) E _c where Np 1 ^, N3, O4, mean the average intensity of the pulses in the individual measuring time intervals, successively from the first to the fifth, in min-1, and Ep E2> E3, E4, E5 mean the conventional average pulse energy in each measuring time intervals, successively from the first to the fifth. In an exemplary embodiment of the invention, this index is 6 for the space surrounding the first numerator 1, and 185 for the space surrounding the second numerator 2. The degree of rock burst hazard is the greater the lower the value of the synthetic stability index at high average intensities and high average conventional pulse energies in measuring time intervals after operational shooting.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 1,50 zł °Price PLN 1.50 °

Claims

Patent claims

1. The method of assessing the degree of rock burst hazard in the immediate vicinity of the mining work front, consisting in measuring the seismic-acoustic activity of the rock mass before and after firing the explosive charge and determining the stress of the rocks in the vicinity of the ppmiiar site, characterized by the fact that the material load is used Charges fired during operational shooting, while measuring sensors, preferably accelerometers, receiving seismic-acoustic impulses of the rock mass, are placed in the working zone of the excavation behind the front of operational works, and the assessment of the rock burst hazard is carried out taking into account the intensity of the rocks and the course of changes in the average intensity of occurrence and average conventional energy of the pulses measured after firing the operating charges.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the accelerometers are acoustically coupled to the rock mass through ceiling anchors.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the seismic-acoustic pulses received by the accelerometers are classified according to classes, for individual parameters, such as the accretion time, the maximum acceleration amplitude and duration, and then their conventional energy and average energy in successive measurement time intervals are determined. .

* * *