RU1786273C - Способ определени удароопасности массива горных пород - Google Patents

Abstract

Определ ют параметры скорости и амплитуды продольных и сдвиговых волн при нормальной и повышенной нагрузках. Определ ют относительные изменени  амплитуд и скоростей колебаний с взаимноортогональной пол ризацией. Определ ют критерии выбросоопасности горных пород дл  лабораторных и шахтных условий при сжимающих и раст гивающих нагрузках. При значени х критериев, полученных в шахтных услови х, больших или равных их значений, полученных в лабораторных услови х, массив горных пород считают удароопасным. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано дл  определени  состо ни  и свойств горных пород при отработке месторождений подземным спо- собом.

Известен способ определени  удароо- пасности массива горных пород, основанный на измерении скорости распространени  продольной и сдвиговой волн с помощью межскважинного прозвучи- вани  вблизи горной выработки, установлении величин и скоростей продольных и сдвиговых волн и предела прочности пород на сжатие при испытани х на образцах, расчете условны акустических показателей и прив зке к другим удароопасным признакам , получаемым в результате локального прогноза, и приближенной оценке степени удароопасности.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен , локален и не позвол ет однозначно оценивать степень удароопасности массива горных пород.

Известен способ определени  удароопасности массива горных пород, включающий отбор образцов горных пород при бурении скважин, установку в скважинах наблю- дательных станций по определению параметров колебаний продольных и сдвиговых колебаний, определение лабораторным путем по предварительно отобранным образцам скоростей и амплитуд продольных и сдвиговых волн при нормальной и повышенной нагрузках, измерение в массиве относительных изменений скоростей продольных колебаний, сопоставление полученных в шахтных услови х и на образцах информации с данными о напр женном состо нии массива горных пород и оценку уда- роопасности данного массива горных пород.

Этот способ также не дает однозначного ответа о состо нии удароопасности массива горных пород, локален, трудоемок, нетехнологичен, не позвол ет измер ть кинематические и динамические параметры сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной пол ризацией с высокой степенью точности.

СП

С

vj

00

а ю

а

Цель изобретени  - повышение точности и безопасности определени  удароо- пасности массива горных пород.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определ ют относительные изменени  амплитуд и скоростей коле- баний дл  продольных и сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной пол ризацией; при этом критерии выбросоопас- ности торных пород дл  лабораторных и шахтных условий определ ют при сжимающих и раст гивающих нагрузках, равных 0,7 от разрушающих напр жений, из соотношений:

Ki Vp/Ys 2. K2 Vp/Vs.3, .2/VS.3

(1).

K4 Ap/As-2, Ks Ар/As- 3, Ke As 2/As-3 и при значени х Ki - Кб полученных в шахтных услови х, больших или равных Ki - Кб, полученных в лабораторных услови х, массив горных пород считают удароопасным.

Сопоставл ют уровни амплитуд продольных и двух сдвиговых колебаний с напр жени ми при измерении колебаний и напр жений во времени в массиве горных пород, причем, измерение напр жений фиксируют тензодатчиками.

На фиг. 1 приведена блок-схема дл  осуществлени  способа, где 1 - дефектоскоп , 2-коммутатор, 3-наблюдательные станции, 4-самописец, 5-транскриптор; 6- цифропечатающее устройство; на фиг. 2 изображена наблюдательна  ультразвукова  станци  в массиве горных пород, где 7-горный массив, 8,10-скважины, 9,11-при- емный и излучающий ультразвуковые зонды со встроенными в них преобразовател ми Р, S- 2 и S 3-колебаний и с возможностью вращени  преобразователей сдвиговых колебаний нормально фронту распространени  упругой волны в пределах 2П по данному направлению распространени , 12-выработка.

Способ осуществл ют следующим образом . В месте наблюдени  за удароопас- ностью массива горных пород отбирают образца горных пород на которых затем в лабораторных услови х определ ют плотность и измер ют в них относительные изменени  амплитуд и скоростей продольной и двух сдвиговых волн с взаимно ортогональной пол ризацией при нормальном и высоком давлении вплоть до разрушени . В скважинах, пробуренных в массиве, стационарно размещают шахтные ультразвуковые зонды со встроенными в них преобразовател ми продольной и двух сдвиговых волн с взаимно ортогональной пол ризацией. Относительные изменени  амплитуд и скоростей продольных и двух

сдвиговых волн с взаимно-ортогональной пол ризацией на образцах определ ют на уровне 0,7 от разрушающих напр жений и по формулам (1) определ ют критерии удароопасности исследуемых горных пород. Затем с помощью блок-схем, представленных на фиг. 1, 2, выполн ют акусто-пол ри- зационные измерени  амплитуд и скоростей продольной и двух сдвиговых

0 волн с взаимно-ортогональной пол ризацией непосредственно в массиве горных пород , дл  чего возбуждают посредством излучающего зонда 11 последовательно продольные и сдвиговые колебани  и реги5 стрируют эти волны приемным зондом 9. Зондирующие импульсы, прошедшие контролируемый массив 7, поступают на вход дефектоскопа 1 и через коммутатор 2, св занный с транскриптором 5, - на АЦП 6 и

0 точечный самописец 4, Полученную информацию в массиве горных пород сопоставл ют с лабораторными данными, полученными на образцах горных пород, дл  чего измер ют тензодатчиками напр 5 жени  в массиве горных пород, сопоставл ют их с уровн ми амплитуд продольных и двух сдвиговых колебаний во времени и по ним суд т об удароопасности горных пород в массиве, причем критерием выбросоопас0 ности горных пород считают отношение амплитуд и скоростей продольных и двух сдвиговых волн с взаимно-ортогональной пол ризацией при сжимающих и раст гивающих нагрузках на уровне 0,7 от разрушаю5 щих напр жений дл  пород данного типа.

Сущность способа состоит в том, что при различных видах напр женного состо ни  - сжимающих и раст гивающих нагрузках упругие волны ведут себ  следующим

0 образом. Скорости продольной волны и сдвиговых волн зависит от знака действующих напр жений и дл  сдвиговых волн - от пол ризации волны. На фиг. 3 приведены результаты измерений скоростей и ампли5 туд продольной и двух сдвиговых волн при различных контактных давлени х с использованием динамометрического метода измерени . Точность измерени  скорости находитс  в пределах 1 %, амплитуд-5%. На

0 фиг. 4 и 5 приведены результаты измерени  амплитуд и скоростей упругих волн в зависимости от приложенного давлени  дл  фой ита. На фиг, 6 приведены результаты натурных измерений амплитуд Р- и S-2-волн и

5 показано наступление удароопасного состо ни  со стороны сжимающих напр жений .

В таблице приведены результаты лабораторных испытаний горных пород Лово- херского ГОКа при одностороннем сжатии и

раст жении и найдены эмпирические зависимости между скорост ми продольной и двух сдвиговых волн и действующими в породах напр жени ми.

Преимущества способа состо т в том, что комплексирование двух методов измерени  удароопасности пород в массиве - пр мого с использованием тензодатчиков и косвенного с использованием информации на упругих волнах - позвол ет значительно повысить точность и безопасность при определении удароопасности массива горных пород в процессе ведени  горных работ и снизить веро тность про влени  динамики горного давлени  и уровень травматизма в подземных услови х по сравнению с известными традиционными методами определени  удароопасности горных пород в массиве.

Использование описанного способа позволит значительно повысить точность и информативностьгеоакустической информации об удароопасности массива горных пород по сравнению с имеющимис  способами, использующими в основном информацию на Р-волнах.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ определени  удароопасности массива горных пород, включающий отбор образцов горных пород при бурении скважин; установление в скважинах наблюда- тельных станций по определению параметров колебаний продольных и сдвиговых волн, определение лабораторным путем по предварительно отобранным образцам скоростей и амплитуд продольных и сдвиговых волн при нормальной и повышенной нагрузках, измерение в массиве горных пород относительных изменений скоростей продольных колебаний, сопоставлени  полученных в шахтных услови х и на образцах информацией с данными о

   напр женном состо нии массива горных пород, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и безопасности определени  удароопасности массива горных пород, определение относительных и изменений амплитуд и скоростей колебаний производ т дл  продольных и двух сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной пол ризацией , при этом критерии выбросоопас- ности горных пород дл  лабораторных и

   шахтных условий определ ют при сжимающих и раст гивающих нагрузках, равных 0,7 от разрушающих напр жений из соотношений

   Ki Vp/Vs.
2. 2. К2 Vp/Vs -з, Кз VS. 2/VS. з.

   К4 Ap/As -2, Кб Ap/As 3, Кб As 2/ AS . 3.

   где Vp, Ар - соответственно скорости и амплитуды продольных колебаний;

   Vs-3, As,3 скорости и амплитуды первого сдвигового колебани  соответственно: Vsi 2, ASV 2 - скорости и амплитуды второго сдвигового колебани  соответственно, и при значени х Ki-Кб, полученных в шахтных услови х больше или равных Ki-Ke, полученных в лабораторных услови х, массив горных пород считают удароопасным.

   2, Способ по п. 1, отличающийс  тем, что сопоставление уровней амплитуд

   продольных и двух сдвиговых колебаний с напр жени ми производ т при измерении колебаний и напр жений во времени в массиве горных пород, причем измерение напр жений фиксируют тензодатчиками.

   -125 0

   5QO 1000 б,м/смг Фиг.2

   тЪг.5

   Удароолосна  граница дл  данного / ма/rqpod /° л/ / сжимамщиг нагружа , хг/смг х

   Зеличмм регистрирует/ сигмалоД 0л7ношеме а мл м// #0Р- -So.

   Редактор

   Фиг.В

   Составитель А.Бакулин Техред М.Моргентал

   10

   Ж

   Корректор З.Салко