RU2094831C1 - Method of prediction of dynamic manifestations of mountain pressure - Google Patents

Method of prediction of dynamic manifestations of mountain pressure Download PDF

Info

Publication number
RU2094831C1
RU2094831C1 RU94021787/25A RU94021787A RU2094831C1 RU 2094831 C1 RU2094831 C1 RU 2094831C1 RU 94021787/25 A RU94021787/25 A RU 94021787/25A RU 94021787 A RU94021787 A RU 94021787A RU 2094831 C1 RU2094831 C1 RU 2094831C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radon
concentration
rock
zone
shock
Prior art date
Application number
RU94021787/25A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94021787A (en
Inventor
В.И. Уткин
А.К. Юрков
Original Assignee
Институт геофизики Уральского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт геофизики Уральского отделения РАН filed Critical Институт геофизики Уральского отделения РАН
Priority to RU94021787/25A priority Critical patent/RU2094831C1/en
Publication of RU94021787A publication Critical patent/RU94021787A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2094831C1 publication Critical patent/RU2094831C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: geophysics. SUBSTANCE: method is based on analysis of change in concentration of radon measured continuously in air flow pumped out of rock mass. Data of at least two sensors are necessary for analysis. One of sensors is positioned at distance of not more than 100 m from shock- hazard zone, and the other is removed from that zone for at least 400 m. Probability of mountain shock is judged by reduction of radon concentration at measurement point located near shock-hazard zone and by increase in radon concentration at distant measurement point. EFFECT: more effective prediction. 4 dwg

Description

Изобретение относится к геофизике и предназначено для использования при оперативном прогнозировании динамических проявлений горного давления (горных ударов) в глубоких шахтах, при обеспечении безопасного ведения горных работ в условиях, при которых возрастает возможность горных ударов. The invention relates to geophysics and is intended for use in the operational forecasting of dynamic manifestations of rock pressure (rock blows) in deep mines, while ensuring safe mining operations in conditions under which the possibility of rock blows increases.

Цель изобретения повышение достоверности оперативного прогноза горных ударов в глубоких шахтах. The purpose of the invention to increase the reliability of the operational forecast of rock strikes in deep mines.

Поставленная цель достигается тем, что в способе прогнозирования динамических проявлений в качестве предвестника используют величину эксхаляции (выделение из минералов и горных пород) радиоактивного газа радона в массиве горных пород, которая изменяется в зависимости от изменения напряженного состояния горного массива. При этом для целей краткосрочного (на уровне часов) прогноза непрерывно регистрируют кратковременные в диапазоне от минуты до одного часа вариации концентрации радона и торона в непрерывном потоке воздуха (газа), откачиваемого из горного массива не менее, чем в двух точках наблюдения, расположенных на разных расстояниях от удароопасной зоны в шахте, как в непосредственной близости от нее, так и в дальней зоне, на расстоянии не менее 400 м, причем, датчики размещаются в массиве на глубине, обеспечивающей достаточный для получения значимых изменений концентраций радона эффективный объем горных пород, оказавшихся под действием изменившегося горного давления. This goal is achieved by the fact that in the method for predicting dynamic manifestations, the exhalation value (emission from minerals and rocks) of radon radioactive gas in the rock mass is used as a precursor, which varies depending on changes in the stress state of the rock mass. At the same time, for the purposes of short-term (at the level of hours) forecast, continuously varying short-term in the range from minute to one hour variations in the concentration of radon and thoron in a continuous stream of air (gas) pumped out of the rock mass at least in two observation points located at different distances from the shock hazard zone in the mine, both in the immediate vicinity of it and in the far zone, at a distance of not less than 400 m, moreover, the sensors are placed in the array at a depth that is sufficient to obtain significant measurements The decrease in the concentration of radon is the effective volume of rocks that are under the influence of altered rock pressure.

Известны способы оценки опасности по горным ударам, оперативного прогнозирования горных ударов, использующих в качестве предвестников (прогнозных параметров) различные геофизические явления: сейсмоакустическую эмиссию и электромагнитное излучение, декремент затухания упругих волн при прохождении через массив, отношение скоростей прохождения продольных и поперечных волн и т.п. Все известные способы дают положительные результаты в конкретных различных условиях применения, однако все эти способы практически неприменимы в условиях работающей шахты, где имеется большое количество техногенных помех в виде сейсмических сигналов, вызываемых работой транспорта, буровых станков, проведением взрывов для разрушения (отпалка) породы, где имеется большой уровень электромагнитных помех, вызываемых транспортом, буровыми и насосными установками. Known methods for assessing the danger of mountain impacts, operational forecasting of mountain impacts using various geophysical phenomena as precursors (forecast parameters): seismoacoustic emission and electromagnetic radiation, the attenuation decrement of elastic waves passing through the array, the ratio of the velocities of longitudinal and transverse waves, etc. P. All known methods give positive results in specific different application conditions, however, all these methods are practically not applicable in a working mine, where there is a large number of technogenic interference in the form of seismic signals caused by the operation of vehicles, drilling rigs, explosions to destroy (dump) rocks, where there is a high level of electromagnetic interference caused by vehicles, drilling rigs and pumping units.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения опасности по горным ударам в шахте. В этом способе измеряется изменение проницаемости исследуемого горного массива во времени, что фиксируется путем контроля скорости изменения давления в специально пробуренной в горном массиве скважине. При этом в скважине создается либо вакуум, либо избыточное давление и контролируется время изменения давления до начального, естественного уровня в данной части горного массива. Данный метод имеет три существенных недостатка. Closest to the proposed method is a method for determining the danger of rock blows in a mine. In this method, the change in the permeability of the studied rock mass over time is measured, which is recorded by monitoring the rate of change in pressure in a well drilled in the rock mass. In this case, either a vacuum or an overpressure is created in the well and the time of pressure change to the initial, natural level in this part of the massif is controlled. This method has three significant drawbacks.

Во-первых, он имеет очень большую временную дискретность (до нескольких дней), во-вторых, недостаточная герметизация устья измерительной скважины может привести к существенному искажению, в-третьих, практически невозможно автоматизировать процесс измерения. Firstly, it has a very large temporal resolution (up to several days), secondly, insufficient sealing of the mouth of the measuring well can lead to significant distortion, and thirdly, it is almost impossible to automate the measurement process.

Предлагаемый способ основан на следующих известных геофизических явлениях: постоянное выделение (эманирование) горными породами радиоактивного газа радона (торона), как продукта распада семейства уран-радий (торий-радий), накопление этого газа внутри горного массива, выделение радона из массива при нарушении сплошности последнего. Это явление детально исследовано, пpи этом показана связь интенсивности сейсмоакустической эмиссии и концентрации радона, выделяющегося во внешнюю среду. The proposed method is based on the following well-known geophysical phenomena: the constant release (emanation) of rock radioactive gas of radon (thoron), as a decay product of the uranium-radium (thorium-radium) family, the accumulation of this gas inside the rock mass, the separation of radon from the massif in case of discontinuity last one. This phenomenon has been studied in detail, and the relationship between the intensity of seismic-acoustic emission and the concentration of radon released into the environment is shown.

Сущность способа возможно пояснить на основе графиков фиг. 1, где представлены в схематическом виде основные процессы, происходящие в горном массиве при изменении напряженного состояния в какой-либо его части. The essence of the method can be explained on the basis of the graphs of FIG. 1, which shows in a schematic form the main processes occurring in a mountain massif with a change in the stress state in any part of it.

При повышении горного давления P /1/ в какой-либо части горного массива, происходит деформация /2/ этого массива и возникают две характерные зоны: зона сжатия /3/ и зона разгрузки /4/. При повышении нагрузки (фиг. 1,б) в зоне сжатия возникает интенсивное трещинообразование с накоплением радона (торона) в этих трещинах. В то же время происходит деформация этих трещин и "выдавливание" радона по направлению 5 в зону разгрузки 4. Поэтому в зоне сжатия /3/ концентрация радона уменьшается (фиг. 1,в), а в зоне разгрузки /4/ увеличивается (фиг. 1, г). Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к дальнейшему снижению концентрации радона в зоне сжатия 3 и его увеличению в зоне разгрузки 4. При превышении нагрузкой предела прочности 6 (фиг. 1,б) возникает горный удар 7. При этом в зоне сжатия происходит резкое увеличение трещин и радон начинает двигаться в направлении противоположном 5, увеличивая концентрацию в бывшей зоне сжатия 3, которая после горного удара становится практически зоной разгрузки. Постепенно концентрация радона в обеих зонах возвращается к исходному состоянию (CO, CO2), которое характеризуется содержанием естественных радиоактивных элементов в горном массиве и коэффициентом эманации.With an increase in rock pressure P / 1 / in any part of the massif, deformation / 2 / of this mass occurs and two characteristic zones arise: the compression zone / 3 / and the unloading zone / 4 /. With increasing load (Fig. 1, b), intense cracking occurs in the compression zone with the accumulation of radon (toron) in these cracks. At the same time, these cracks deform and “squeeze” radon in direction 5 into the unloading zone 4. Therefore, in the compression zone / 3 /, the radon concentration decreases (Fig. 1c), and in the unloading zone / 4 / it increases (Fig. 1, d). A further increase in the load leads to a further decrease in the concentration of radon in the compression zone 3 and its increase in the unloading zone 4. When the load exceeds the tensile strength 6 (Fig. 1, b), rock shock 7 occurs. In this case, a sharp increase in cracks and radon occurs begins to move in the opposite direction of 5, increasing the concentration in the former compression zone 3, which after a mountain impact becomes almost the unloading zone. Gradually, the concentration of radon in both zones returns to its original state (CO, CO 2 ), which is characterized by the content of natural radioactive elements in the rock mass and emanation coefficient.

Качественный анализ процессов показывает, что существуют две характерные зоны зона сжатия (или "ближняя" зона к месту возможного горного удара) и зона разгрузки (или "дальняя" зона по отношению к точке возможного горного удара), в которых поведение кривой изменения концентрации радона принципиально различно. В "ближней" зоне предвестником горного удара является снижение концентрации радона в горном массиве, а в "дальней" зоне наоборот, увеличение концентрации. A qualitative analysis of the processes shows that there are two characteristic zones: a compression zone (or “near” zone to the place of a possible rockburst) and a discharge zone (or a “far” zone with respect to a possible rockburst), in which the behavior of the radon concentration curve differently. In the “near” zone, a harbinger of rockburst is a decrease in the concentration of radon in the massif, and in the “far” zone, on the contrary, an increase in concentration.

Для реализации способа бурятся, как минимум, две наблюдательные скважины, одна из которых расположена вблизи от рабочего забоя, где чаще всего и происходят горные удары, другая скважина бурится вдали от забоя, как привило, в спокойной по горным ударам зоне. Скважины герметизируются и из них производится непрерывная откачка воздуха, в потоке которого непрерывно измеряются кратковременные вариации концентрации радона (торона). На основе анализа вариаций концентрации радона (торона) судят о возможности горного удара и о промежутке времени до момента горного удара. To implement the method, at least two observation wells are drilled, one of which is located close to the working face, where rock strikes most often occur, the other well is drilled away from the bottom, as a rule, in a zone calm by mountain impacts. The wells are sealed and continuous air pumping is made from them, in the flow of which short-term variations in the concentration of radon (toron) are continuously measured. Based on the analysis of variations in the concentration of radon (thoron), they judge the possibility of a rock strike and the period of time until a rockburst.

Пример. Способ опробован на Североуральском бокситовом руднике в районе с относительно частыми горными ударами в шахтах на глубинах от 350 до 600 м. При измерениях использовалась аппаратура со сцинтилляционной камерой, применялась аналоговая и цифровая регистрация. Информация накапливалась каждые 10 15 мин. Усреднение данных при данных при обработке проводилось по необходимости за 0,5, 1 или 3 ч. Example. The method was tested at the Severouralsk bauxite mine in an area with relatively frequent mountain impacts in mines at depths from 350 to 600 m. When measuring, equipment with a scintillation camera was used, and analog and digital recordings were used. Information was accumulated every 10 to 15 minutes. Data averaging during data processing was carried out as necessary for 0.5, 1 or 3 hours.

Характерные примеры регистрации представлены на фиг. 2, 3 и 4. На фиг. 2 показаны непрерывные измерения, проведенные в двух точках шахты. Измерения показали, что концентрация радона в воздухе шахты остается практически без изменений ( фиг. 2, график 1). "Фоновая" (при отсутствии избыточного давления) концентрация радона в наблюдательной скважине, пробуренной в "ближней" зоне (фиг. 2, график 3), имеет характерные большие мгновенные вариации концентрации при среднем ее постоянном значении. Такой вид кривой определяется, в основном, техногенными факторами микросейсмическими воздействиями за счет работающей шахты. Representative registration examples are shown in FIG. 2, 3 and 4. In FIG. 2 shows continuous measurements taken at two points in the shaft. The measurements showed that the concentration of radon in the mine air remains virtually unchanged (Fig. 2, graph 1). The "background" (in the absence of excess pressure) concentration of radon in the observation well drilled in the "near" zone (Fig. 2, graph 3) has characteristic large instantaneous variations in concentration with its average constant value. This type of curve is determined mainly by technogenic factors microseismic effects due to the working mine.

Перед горным ударом (фиг. 2, кривая 2), наблюдается уменьшение мгновенных флуктуаций и уменьшение концентрации радона в наблюдательной скважине. В известняке этот эффект появляется за 50-70 мин до момента горного удара. После горного удара наблюдается рост измеряемой концентрации радона и восстановление ее до исходного состояния. Before a mountain impact (Fig. 2, curve 2), there is a decrease in instantaneous fluctuations and a decrease in the concentration of radon in the observation well. In limestone, this effect appears 50-70 minutes before the moment of a rock impact. After a mountain impact, an increase in the measured radon concentration is observed and its restoration to its initial state.

В наблюдательной скважине, пробуренной в бокситах "в ближней" зоне, рассмотренный эффект проявляется за 20 30 ч до наступления момента горного удара. In an observation well drilled in bauxite “in the near” zone, the considered effect is manifested 20-30 hours before the moment of rock impact.

Наложение процессов подготовки горного удара и взрывной отработки массива (фиг. 3) приводит к специфическим изменениям концентрации. На графике видно, что взрыв в забое /1/ вызывает эффект, аналогичный горному удару резкое увеличение концентрации радона. Однако данный взрыв не мог снять полностью напряженное состояние горного массива. Через 30 мин после взрыва концентрация радона стала снова уменьшаться и еще через 30 мин произошел довольно мощный (2600 Дж) горный удар /2/. Вероятно, без взрыва процесс пошел бы по другому пути (прерывистая кривая). The imposition of processes of preparation for rockburst and explosive mining of an array (Fig. 3) leads to specific changes in concentration. The graph shows that the explosion in the face / 1 / causes an effect similar to rock impact a sharp increase in the concentration of radon. However, this explosion could not remove the completely stressed state of the massif. 30 minutes after the explosion, the concentration of radon began to decrease again and after another 30 minutes there was a rather powerful (2600 J) rockburst / 2 /. Probably, without an explosion, the process would have taken a different path (dashed curve).

В "дальней" зоне поведение концентрации радона существенно другое (фиг. 4). Горному удару предшествует не уменьшение, а резкое увеличение концентрации радона и горный удар следует после прохождения максимума на кривой концентрации. При возникновении серии горных ударов наблюдается суперпозиция кривых, типичных для одиночного удара, причем максимальные значения концентрации для каждого последующего удара уменьшаются. In the "far" zone, the behavior of the concentration of radon is significantly different (Fig. 4). Rock impact is not preceded by a decrease, but by a sharp increase in the concentration of radon and rock shock follows after passing the maximum on the concentration curve. When a series of mountain impacts occurs, a superposition of the curves typical of a single impact is observed, and the maximum concentration values for each subsequent impact are reduced.

Таким образом, предлагаемый способ измерения вариации концентрации радона в двух наблюдательных скважинах, расположенных на разных расстояниях от предлагаемого эпицентра горного удара, позволяет практически однозначно предсказать возможность горного удара и по времени подготовки удара о возможной его энергии. Thus, the proposed method for measuring variations in the concentration of radon in two observation wells located at different distances from the proposed epicenter of rock impact allows us to almost unambiguously predict the possibility of rock impact and the time of preparation of the impact about its possible energy.

Кроме того, предлагаемый способ достаточно технологичен: во-первых, процесс регистрации радона (торона) непрерывен во времени и нет необходимости строго контролировать герметизацию наблюдательных скважин, во-вторых, процесс измерений легко автоматизируется. In addition, the proposed method is quite technological: firstly, the process of recording radon (toron) is continuous in time and there is no need to strictly control the sealing of observation wells, and secondly, the measurement process is easily automated.

Claims (1)

Способ прогноза динамических проявлений горного давления в глубоких шахтах, включающий изучение изменений напряженного состояния горного массива по динамике выделения радона из этого массива, отличающийся тем, что не менее чем в двух измерительных точках, одна из которых расположена на расстоянии не более 100 м, другая на расстоянии не менее 400 м от удароопасной зоны, регистрируют концентрацию радона в непрерывном потоке воздуха, откачиваемого из горного массива, и о вероятности горного удара судят по снижению концентрации радона в ближней от удароопасной зоны точке измерения и одновременному увеличению концентрации радона в дальней от удароопасной зоны точке измерения. A method for predicting dynamic manifestations of rock pressure in deep mines, including the study of changes in the stress state of a rock mass from the dynamics of radon emission from this mass, characterized in that at least at two measuring points, one of which is located at a distance of no more than 100 m, the other at a distance of at least 400 m from the shock hazard zone, the concentration of radon in the continuous flow of air pumped out of the rock mass is recorded, and the probability of a rock shock is judged by the decrease in the concentration of radon in the near minutes from udaroopasnost zone measurement point and the simultaneous increase in the concentration of radon in the farthest from udaroopasnost zone measurement point.
RU94021787/25A 1994-06-08 1994-06-08 Method of prediction of dynamic manifestations of mountain pressure RU2094831C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94021787/25A RU2094831C1 (en) 1994-06-08 1994-06-08 Method of prediction of dynamic manifestations of mountain pressure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94021787/25A RU2094831C1 (en) 1994-06-08 1994-06-08 Method of prediction of dynamic manifestations of mountain pressure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94021787A RU94021787A (en) 1996-04-20
RU2094831C1 true RU2094831C1 (en) 1997-10-27

Family

ID=20157048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94021787/25A RU2094831C1 (en) 1994-06-08 1994-06-08 Method of prediction of dynamic manifestations of mountain pressure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2094831C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109655494A (en) * 2018-11-26 2019-04-19 中国矿业大学 A kind of mining overburden solid-liquid coupling three dimensional lossless monitoring system and method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657876C2 (en) * 2016-12-13 2018-06-18 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Проблем Комплексного Освоения Недр Им. Академика Н.В. Мельникова Российской Академии Наук (Ипкон Ран), Ru. Method for estimating the influence of the explosive impact on the stress-strain state of the rock massif

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент СССР N 1824007, кл. G 01 V 3/12, 1990. 2. Патент Польши N 276933, кл. E 21 C 39/00, 1989. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109655494A (en) * 2018-11-26 2019-04-19 中国矿业大学 A kind of mining overburden solid-liquid coupling three dimensional lossless monitoring system and method

Also Published As

Publication number Publication date
RU94021787A (en) 1996-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Milev, AM*, Spottiswoode, SM*, Rorke, AJ** & Finnie Seismic monitoring of a simulated rockburst on a wall of an underground tunnel
US10502049B2 (en) Fracture characterisation
US5635712A (en) Method for monitoring the hydraulic fracturing of a subterranean formation
EP0321197B1 (en) Well logging using radioactive tracers
Dey et al. Prediction of blast-induced overbreak from uncontrolled burn-cut blasting in tunnels driven through medium rock class
Koerner et al. Overview of acoustic emission monitoring of rock structures
Brady Anomalous seismicity prior to rock bursts: Implications for earthquake prediction
CN112012797A (en) Evaluation method for coal mine impact danger pressure relief effect
RJesenak et al. Rockburst damage potential assessment—An update
RU2094831C1 (en) Method of prediction of dynamic manifestations of mountain pressure
Bhagade et al. Measurement and control of seismic effects in large scale dragline bench blasts–An approach
Milev, AM & Spottiswoode Strong ground motion and site response in deep South African mines
RU2672070C1 (en) Method of determination of gas dependence intensification from destroyed coal
EP0321198A1 (en) Radioactive shaped charges and method for well perforating
Tereshkin et al. Improvement of technology and procedures of local rockburst hazard control
RU2310758C1 (en) Method for massif face zone condition treatment
Kozyrev et al. Development of an express-method to control damages in underground mining excavations under rockburst hazardous conditions
Besedina Investigation of the preparation process of seismic events with the help of seismic noise analysis
CN112433245B (en) Coal mine fault structure prediction and forecast method
Reuter et al. Method for seismic and acoustic monitoring of longwall face areas in coal mines
Deliac et al. Influence of stabilizing pillars in seismicity and rockburst at ERPM: Proc 1st international congress on rockbursts and sesimicity in mines, Johannesburgh, Sept 1982 P257–263. Publ Johannesburg: SAIMM, 1984
RU2219349C2 (en) Method to prevent gas-dynamic phenomena
Brink et al. Feasibility studies on the prediction of rockbursts at Western deep levels: Proc 1st international congress on rockbursts and seismicity in mines, Johannesburg, Sept 1982 P317–325. Publ Johannesburg: SAIMM, 1984
Antsyferov Principles of the Application of Seismo-Acoustics to Coal Seams Subject to Rock Bursts
Tereshkin et al. Improvement of technical and methodical means of local control burst-hazard of rock mass

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050609