RU2479718C2

RU2479718C2 - Способ контроля состояния горных выработок

Info

Publication number: RU2479718C2
Application number: RU2011149508/03A
Authority: RU
Inventors: Климент Николаевич Трубецкой; Кирилл Сергеевич Мальский
Original assignee: Климент Николаевич Трубецкой; Кирилл Сергеевич Мальский
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-04-20
Also published as: RU2011149508A

Abstract

Изобретение относится к горному делу, в частности к области контроля состояния горного массива посредством измерения величины деформации горных выработок или их участков. Техническим результатом является повышение эффективности и достоверности определения деформации поверхности горных выработок, снижение времени и трудоемкости процесса измерения. Способ включает периодические измерения во времени смещений приконтурных пород на контролируемом участке выработки с помощью измерительных элементов в виде замерных точек, нанесенных на поверхность по контуру горной выработки, относительно базового элемента. Фиксирование полученных результатов при первом измерении и использование их в качестве контрольных значений отсчета смещения пород относительно базового элемента при последующих измерениях. Определение величины и направления смещения замерных точек за промежуток времени между измерениями и суждение по ним о состоянии приконтурных пород вокруг выработки. В качестве базового элемента в горной выработке в прямой видимости всех контролируемых замерных точек устанавливают репер и фиксируют координаты его установки. На репере закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч которого первоначально ориентируют в горизонтальной плоскости вдоль горной выработки и фиксируют его положение. Затем изменяют угол наклона лазерного луча и совмещают его с замерной точкой, измеряют длину лазерного луча и угол его наклона к зафиксированному положению и используют их в качестве контрольных значений при последующих измерениях. В случае наличия расхождения результатов с контрольными измерениями определяют величину и направление смещения замерной точки за промежуток времени между измерениями. 2 ил.

Description

Изобретение относится к горному делу, в частности к области контроля состояния горного массива посредством измерения величины деформации горных выработок или их участков.

Известен способ определения смещения боковых пород, включающий бурение скважины по нормали или под углом к плоскости напластования, измерение и фиксирование значения ее радиуса, периодическое измерение и фиксирование параметров деформированного сечения скважины, длины полупериметра ее деформированного сечения в градусах между плоскостью напластования и осью скважины и определение величины смещения по приведенной формуле (см. патент РФ №1657644).

Недостатком известного способа является трудоемкость его осуществления из-за необходимости бурения скважин и определения смещения боковых пород.

Известен способ контроля состояния горных выработок, включающий измерение во времени смещения приконтурных пород с помощью комплекта глубинных реперов, размещенных в шпурах, пробуренных под углом 45° в сопряжении кровли и стенок, фиксацию момента изменения знака смещения пород и глубину в массиве, на котором это измерение происходит, и по нему судят о времени возникновения нарушения и по глубине его мощности (см. патент РФ №1293336).

Реализация этого способа сопровождается техническими трудностями: отсутствие возможности проведения измерений в нескольких местах одной и той же аппаратурой, отсутствие возможности массовых наблюдений за состоянием различных участков массива горных пород.

Общим недостатком известных способов является значительная трудоемкость, техническая и организационная сложность при проведении массовых измерений.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному способу является способ контроля состояния горных выработок, включающий измерение во времени смещений приконтурных пород на контрольном участке выработки с помощью измерительных элементов отсчета смещения пород относительно базового элемента, причем в качестве измерительных элементов смещений пород используют ряд замерных парных точек, предварительно нанесенных на поверхность пород по контуру выработки с расположением их в каждой паре встречно относительно друг друга, а в качестве базового элемента используют ось луча света, ориентированного вдоль контролируемого участка выработки, предпочтительно от источника света (генератора лазерного луча), размещенного в рабочем пространстве выработки вне зоны влияния указанных смещений, при этом измерения смещений пород осуществляют измерением расстояния между замерными парными точками в исходном состоянии и периодического измерения расстояния между этими точками в заданных промежутках времени, для этого измеряют расстояния от каждой из парных точек до оси луча и суммируют результаты, затем полученные значения сравнивают с ранее измеренными величинами в исходном состоянии в каждой паре, получают абсолютные значения смещений пород и по степени прироста судят о возрастании напряжений приконтурного массива пород выработки (см. патент РФ 2333359).

Реализация известного способа связана со значительной трудоемкостью при измерении большого количества точек из-за необходимости перемещения и настройки на новом месте измерительной аппаратуры, возникновения значительных затруднений вплоть до невозможности проведения измерений в камерах большого сечения из-за большого расстояния между измерительными точками, недостаточной информативностью о состоянии поверхности горной выработки из-за измерения ограниченного количества точек.

Задачей изобретения является создание способа контроля состояния горных выработок, обеспечивающего повышение эффективности и достоверности определения деформации поверхностей горных выработок, в том числе большого сечения, с одновременным снижением времени и трудоемкости процесса измерений.

Задача решена путем создания способа контроля состояния горных выработок, включающего периодические измерения во времени смещений приконтурных пород на контролируемом участке выработки с помощью измерительных элементов в виде замерных точек, нанесенных на поверхность по контуру горной выработки, относительно базового элемента, фиксирование полученных результатов при первом измерении, использование их в качестве контрольных значений отсчета смещения пород относительно базового элемента при последующих измерениях, определение величины и направления смещения замерных точек за промежуток времени между измерениями и суждение по ним о состоянии приконтурных пород вокруг выработки, отличием которого, согласно изобретению, является то, что в качестве базового элемента в горной выработке в прямой видимости всех контролируемых замерных точек устанавливают репер и фиксируют координаты его установки, на репере закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч которого первоначально ориентируют в горизонтальной плоскости вдоль горной выработки и фиксируют его положение, затем изменяют угол наклона лазерного луча и совмещают его с замерной точкой, измеряют длину лазерного луча и угол его наклона к зафиксированному положению и используют их в качестве контрольных значений при последующих измерениях, в случае наличия расхождения результатов с контрольными измерениями определяют величину и направление смещения замерной точки за промежуток времени между измерениями из уравнения

h=L_К·sinα_К-L_З·sinα_З, м

где L_К - контрольное значение расстояния до нанесенной точки, м,

α_К - контрольное значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, град,

L_З - значение расстояния до нанесенной точки, повторно измеренное через заданный временной интервал, м,

α_З - значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой, к его горизонтальному положению, повторно измеренное через заданный временной интервал, град.,

h - абсолютная величина смещения участка с нанесенной замерной точкой, м.

При осуществлении заявленного способа достигается технический результат, заключающийся в повышении достоверности определения деформации поверхностей горных выработок, в том числе большого сечения, с одновременным снижением времени и трудоемкости процесса измерений. Технический результат достигается благодаря всей совокупности отличительных признаков в сочетании с ограничительными признаками.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано положение замерных точек 1, нанесенных на поверхности горной выработки 2 до деформации участка поверхности, положение замерной точки 3 после деформации участка поверхности, место размещения базового элемента, в качестве которого использован репер 4, с закрепленным на нем генератором лазерного луча, лазерный луч 5 которого ориентирован по длине горной выработки 2 в горизонтальной плоскости, положение 6 лазерного луча 5 при совмещении с замерной точкой 1 в первом измерении, угол 7 между лазерным лучом 5 и его положением 6 при совмещении с замерной точкой 1, положение 8 лазерного луча 5 при совмещении его с замерной точкой 3, угол 9 между лазерным лучом 5 и его положением 8 при последующем измерении.

На фиг.2 показана схема смещения точки 3 по отношению к точке 1.

Контроль состояния горных выработок заявленным способом осуществляют следующим образом.

На поверхности пород контролируемого участка горной выработки 2, находящихся под воздействием нагрузки со стороны горного массива, в прогнозируемых проблемных местах наносят замерные точки 1 предпочтительно из светоотражающего материала (например светоотражающей краской). В наиболее удобном месте контролируемого участка горной выработки 2, соблюдая условия прямой видимости всех замерных точек 1, размещают репер 4, на котором закрепляют генератор лазерного луча, предпочтительно лазерный дальномер-угломер. Фиксируют координаты и плоскость, перпендикулярную центральной оси горной выработки 2, в месте размещения репера 4. Ориентируют лазерный луч 5 лазерного генератора в горизонтальной плоскости вдоль центральной оси горной выработки 2 и фиксируют его положение. Изменяя угол наклона лазерного луча 5, направляют его на замерную точку 1. Наличие свечения последней свидетельствует о совпадении лазерного луча 5 с замерной точкой 1, что является сигналом для измерения длины лазерного луча 5 в положении 6 и угла его наклона 7 к зафиксированному положению лазерного луча 5 в горизонтальной плоскости. Таким образом фиксируют положение всех проблемных мест с нанесенными замерными точками 1. Через планируемый промежуток времени аналогичным образом производят измерения положения всех проблемных мест с нанесенными замерными точками 1.

При последующих измерениях совпадения значений длины лазерного луча 5 в положении 6 и угла его наклона 7 к горизонтальному положению с первоначальными значениями будут свидетельствовать об отсутствии деформации горной выработки в этом месте. В результате проявления горного давления некоторые замерные точки 1 смещаются относительно первоначального положения, занимают положение 3. Положение 3 замерной точки определяют и фиксируют аналогично предыдущим измерениям, определяют абсолютную величину и направление смещения участка горной выработки.

h=L_К·sinα_К-L_З·sinα_З, м

где L_К - контрольное значение расстояния до нанесенной точки, измеренное лазерным дальномером, м,

α_К - контрольное значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, измеренное лазерным угломером, град.,

L_З - значение расстояния до нанесенной точки, повторно измеренное лазерным дальномером через заданный временной интервал, м,

α_З -значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, повторно измеренное лазерным угломером через заданный временной интервал, град.,

За абсолютную величину смещения участка горной выработки принимают разность между исходным значением расстояния от замерной точки до лазерного луча в его горизонтальном положении и значением этого расстояния через определенный интервал времени.

Пример

Проведение измерений предлагаемым способом проиллюстрировано на следующем примере.

Горизонтальная выработка 2 сечением 3,6 м² пройдена на расстоянии 200 м. В местах контроля наносят контрольные замерные точки 1 светоотражающей краской.

После определения места размещения использованного в качестве базового элемента репера 4, на нем на горизонтальной платформе закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч 5 которого направляют на контрольные точки 1. Фиксируют расстояние L до них и угол наклона a лазерного луча.

В качестве лазерного дальномера используют электронную лазерную линейку (Leica DISTO D8) с диапазоном измерений до 200 метров с точностью ±1 миллиметр на всей длине измерения, в качестве угломера - электронный лазерный угломер-уровень (geo-Fennel Multi) с точностью измерения углов до 0,1°.

Результаты первого измерения, занесенные в компьютер (базовые значения), составляют: L_k=30 м; α_k=5°; sinα_k=0,087.

Результаты второго измерения, занесенные в компьютер, составляют: L_З=29,8 м; α_З=4,7°; sinα_З=0,082.

В компьютере вычисляется величина смещения (деформации) участка горной выработки по формуле:

α_З - значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, повторно измеренное лазерным угломером через заданный временной интервал, град.,

h - абсолютная величина смещения участка с замерной точкой, м.

h=30·0,087-29,8·0,82=0,18 м.

Таким образом, по сравнению с предыдущим измерением кровля выработки просела на 0,18 м.

Проводя измерения координат неограниченного количества контрольных точек, таким образом, на стенках, почве и кровле горной выработки можно за одну установку зафиксировать все положения контрольных точек и выявить все деформации горной выработки.

Claims

Способ контроля состояния горных выработок, включающий периодические измерения во времени смещений приконтурных пород на контролируемом участке выработки с помощью измерительных элементов в виде замерных точек, нанесенных на поверхность по контуру горной выработки, относительно базового элемента, фиксирование полученных результатов при первом измерении и использование их в качестве контрольных значений отсчета смещения пород относительно базового элемента при последующих измерениях, определение величины и направления смещения замерных точек за промежуток времени между измерениями и суждение по ним о состоянии приконтурных пород вокруг выработки, отличающийся тем, что в качестве базового элемента в горной выработке в прямой видимости всех контролируемых замерных точек устанавливают репер и фиксируют координаты его установки, на репере закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч которого первоначально ориентируют в горизонтальной плоскости вдоль горной выработки и фиксируют его положение, затем изменяют угол наклона лазерного луча и совмещают его с замерной точкой, измеряют длину лазерного луча и угол его наклона к зафиксированному положению и используют их в качестве контрольных значений при последующих измерениях, в случае наличия расхождения результатов с контрольными измерениями определяют величину и направление смещения замерной точки за промежуток времени между измерениями из уравнения
h=L_к·sinα_к-L_з·sinα_з, м,
где L_к - контрольное значение расстояния до нанесенной точки, м;
α_к - контрольное значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой к его горизонтальному положению, град;
L_з - значение расстояния до нанесенной точки, повторно измеренное через заданный временной интервал, м;
α_з - значение угла наклона лазерного луча, совмещенного с замерной точкой, к его горизонтальному положению, повторно измеренное через заданный временной интервал, град;
h - абсолютная величина смещения участка с нанесенной замерной точкой, м.