RU1793062C - Способ прогноза аномальных геодинамических влений в горном массиве - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к горному делу иожет быть использовано дл  прогноза ге динамическйх  влений (горных ударов, ев фхвзрывов. внезапных выбросов, очагов сейсмических толчков) при отработке угольных , калийных и других месторождений полезных ископаемых.

Известен способ прогноза удароопас- ности массива горных пород, включающий бурение скважин в слоистом массиве, определение хрупкости каждого сло  и интенсивности акустической эмиссии при бурении. Сигналы принимают только в гра- нищах сло , по которому бур т скважину, и в диапазоне частот, соответствующих длине волны, меньшей двухкратной мощности са- мопо тонкого сло . Такой прием сигналов провод т одновременно в двух точках, которые располагают от забо  скважины на

рас

сто нии, большем ее п тикратного диаметра , и одна от другой, на рассто нииТюль- шем половины диаметра скважины.

С учетом акустического коэффициента затухани  и рассто ни  между точками измерени  исключают совпавшие импульсы по амплитуде и фазе. Получают по каждому слою распределение интенсивности акустической эмиссии в краевой зоне и сопоставл ют его между собой по всем сло м. При наличии по всем сло м концентрации интенсивности в краевой зоне в сравнении с интенсивностью в глубине массива прогнозируют удароопасность.

Недостатком способа  вл етс  большой обьем бурени , большое количество операций , и как следствие, высока  трудоемкость прогноза, что приводит к значительному снижению оперативности и достоверности способа.

Известен способ исследовани  зон повышенных напр жений в массиве горных

v| О

СО

о

Qs

кэ

пород, включающий бурение скважин и измерение количества энергии, затрачивав- мой на бурение 1 пог.м. При величине горного давлени  выше нормальной затраты энергии резко возрастают.

Недостатком способа  вл етс  невозможность учета  влени  локализации деформации в горных породах, при котором даже в услови х концентрации высоких напр жений энерги , затрачиваема  на буре- ние 1 пог.м скважины оказываетс  аномально низкой, так как величина пластически Деформируемого объема в отдельных случа х пренебрежимо мала. При этом достоверность определени  зон повышенных напр - жении резко снижаетс .

Наиболее близок к предлагаемому способ определени  степени, удароопасности угольных пластов, включающий поинтер- вальное бурение Скважины и на каждом ин- тервале определение выхода буровой мелочи и ее распределение по хрупкости, времени бурени  интервала, скорости подачи бурового инструментаи сёйсмЪакустйче-- с кой активности. По каждому показателю стро т графит его изменени  по длине скважины , по которым устанавливают максимальное значение показател  и рассто ние от кромки забо  до максимального значени  показател , полученные значени  пересчм- тывают на напр жени  и по ним устанавливают степень удароопасности по каждому показателю путем сравнени  полученных данных с критериальными.

Основным недостатком способа  вл - етс  то, что ни один из определ емых параметров сам по себе не  вл етс  пр мым критерием наличи  ни зон концентрации напр жений, ни удароопасности, Комплексный учет большого количества параметров увеличивает трудоемкость способа, но не повышает достоверности прогноза, что преп тствует широкому применению способа. Цель изобретени  - повышение достоверности , оперативности и снижение трудоемко- сти прогноза аномальных геодинамических  влений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу прогноза геодйнамиче- ских  влений, включающем бурение сква- жины, и выделение интервалов измерений по длине скважины, при бурении скважины поинтервально определ ют энергоемкость разрушени  и жесткость горных пород, сравнивают жесткость и энергоемкость последу- ющего и предыдущего смежных интервалов, при этом, если последующий интервал имеет жесткость большую, чем предыдущий, а энергоемкость меньшую, то данный интервал считают границей входа в зону опасную по

развитию аномальных геодинамических  влений (АГДЯ).

.Новизна предлагаемого способа заключаетс  в том, что при бурении скважины поинтервально определ ют акустическую жесткость и энергоемкость разрушени  горных пород, сравнивают друг с другом смежные интервалы по акустической жесткости и энергоемкости, и считают границей входа в опасную зону условие, когда из двух смежных интервалов более жесткий интервал имеет энергоемкость меньшую, чем предыдущий .

Из открытой печати неизвестно об их использовании в качестве критериев прогноза геодинамических  влений при разработке месторождений твердых полезных ископаемых.

Слои с большей акустической жесткостью (компетентные слои)  вл ютс  концентраторами напр жений и определ ют запасы энергии в горном массиве. Авторами установлено, что в отличие от общеприн того мнени  прочность, пластичность и энергоемкость разрушени  пород с ростом всестороннего давлени  не возрастают, а измен ютс  периодически при определенных давлени х эти параметры имеют аномально низкие значени . При этом разница между накопленной энергией и энергоемкостью разрушени  расходуетс  на кинетическую энергию разлета (отброса/выброса) разрушенного материала. Энергоемкость разрушени  компетентных слоев песчаника , например, в р де случаев оказываетс  меньше не только энергоемкости менее жестких слоев, но и энергоемкости слоев угл  и глинистого сланца.

Способ не требует разработки новой аппаратуры и не вносит изменений в технологию ведени  проходческих работ.

Пример. Способ прогноза аномальных геодинамических  влений по энергоемкости разрушени  акустически жестких (компетентных) слоев осуществл етс  следующим образом. Из забо  выработки бур т по ее оси разведочную скважину диаметром d S 80 мм. Длина скважины не менее 15м.

К пускателю электродвигател  бурового станка подключают самопишущий амперметр Н392, вход щий в регистрирующий блок аппаратуры УПКЛ (контрол  резинот- росовых лент) во взрывоискробезопасном исполнении, либо самопишущий киловатт- метр Н350. С помощью указанной самопишущей аппаратуры в процессе бурени  скважины фиксируют на диаграммной ленте изменение величины тока статора И, либо потребл емой мощности NI, завис щих в

i. - - .

основном только от энергоемкости разрушени  породы.

. На фиг, 1 приведен фрагмент записи из- фенени  во времени потребл емой мощно- :ти Ni при бурении скважины; на фиг.2 - овмещенный график изменени  жестко- JTH и энергоемкости разрушени  подлине скважины.

В св зи с тем, что скорость лентопро- тйжки фиксирована (1800 мм/час), энергоемкость разрушени  при бурении t погонного Metpa (п.м.) скважины I может быть оценена любым образом (например, с помощью планиметра как площадь под кривой изменени  мощности NI за чистое врем  бурени  1 п.м. скважины t Упрощенно:

I (Nt - Nxx) t,

гд4 Nxx - мощность холостого хода.

При неизменных параметрах бурени  Nx)| const (см.фиг. 1).

j По полученным данным с учетом рабочих характеристик двигател  бурового станка определ ют фактическую энерго- емкюсть разрушени  породы при бурении и стро т график ее изменени  по длине скважины, приведенный на фиг.2.

1о окончании бурени  в скважину с по- монфю досылочных штанг или бурового ста- ва досылают скважинный зонд дл  акустического каротажа (типа УЗС-72) с неподвижным датчиком-излучателем и подвижным датчиком-приемником типа УДЩ1-37П. Измен   базу между датчиками осуществл ют продольное профилирование скважины и определение акустической жестфсти. Вместо применени  подвижных датчиков возможно применение трех не- подвиркных датчиков-приемников установленных на разных рассто ни х от излучател  по циклоиде.

По полученным данным строитс  график изменени  квадрата скорости акустиче- ской (деформационной) волны Е длине скважины (фиг,2), который при неизменной плотности р адекватно отражает изменение упругих свойств (жесткости) материала . По результатам многочисленных

наблюдений плотность одного и того же сло  горных пород измен етс  не более чем на 5%.

Производитс  совмещение графиков изменени  жесткости и энергоемкости разрушени  по длине скважины. Так, на фиг.2 приведен совмещенный график изменени  квадрата скорости акустической (деформационной ) волны и энергоемкости разрушени  по длине скважины, полученный в

услови х шахты им. Стаханова ПО Красно- армейскуголь при проведении вентил ционного квершлага 1 гор. 1136 м блока № 4. Из фиг.2 видно, что на интервале отметок 3,0-4,5 м возрастает жесткость, а энергоемкость разрушени  уменьшаетс . Следовательно , можно утверждать, что этот интервал  вл етс  опасной зоной по АГДЯ.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позвол ет определ ть жест кость и энергоемкость разрушени  пород в процессе бурени  скважины (in situ) с автоматической регистрацией и последующей обработкой информации.

Прогноз выполн етс  в реальном масштабе времени, оперативно, При выполнении прогноза в нескольких з.або х целесообразно использовать ПЭВ.М. Указанна  последовательность выполнени  операций позвол ет достоверно с высокой точнс отью (до 1 м) оп редел ть границы входа в опасную зону и выхода из нее.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ прогноза аномальных геодинамических  влений в горном массиве, включающий бурение скважин, выделение интервалов измерений по длине скважин, оценку аномальности геодинамических  влений , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности оперативности и снижени  трудоемкости определени  аномальных геодииамических  влений в горном массиёе, при бурении скважин на каждом интервале определ ют энергоемкость разрушени  и жесткость горных пород, сравнивают энергоемкость разрушени  и жесткость последующего и предыдущего интервалов и при жесткости горных пород последующего интервала больше жесткости горных пород предыдущего интервала, а энергоемкости разрушени  последующего интервала меньше энергоемкости разрушени  предыдущего интервала, последующий интервал считают границей входа в зону опасную по аномальным геодинамическим  влени м.. ...........

   Г

   feet

   V™.L