RU2509890C1 - Способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах - Google Patents
Способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2509890C1 RU2509890C1 RU2012146843/03A RU2012146843A RU2509890C1 RU 2509890 C1 RU2509890 C1 RU 2509890C1 RU 2012146843/03 A RU2012146843/03 A RU 2012146843/03A RU 2012146843 A RU2012146843 A RU 2012146843A RU 2509890 C1 RU2509890 C1 RU 2509890C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic emission
- coordinates
- signs
- rock mass
- dangerous state
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Изобретение относится к геофизическим исследованиям горных пород, в частности к способам контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах. Техническим результатом является повышение точности и достоверности определения координат возможного горного удара или обрушения массива горных пород. Способ, в котором бурят шпуры, устанавливают в них датчики акустической эмиссии, сигналы с датчиков акустической эмиссии регистрируют и обрабатывают, по результатам обработки судят о прогнозе опасного состояния массива горных пород. Обработку сигналов производят с применением анализа знаков вступления импульсов акустической эмиссии. Для каждого источника акустической эмиссии строят распределение знаков вступлений на стереографической проекции. При выявлении закономерного группирования знаков вступления импульсов акустической эмиссии судят о наличии опасного состояния массива горных пород, определяют соотношение действующих напряжений, рассчитывают величины углов падения и простирания для опасных плоскостей и направлений. По анализу распределения в объеме массива горных пород знаков вступления импульсов акустической эмиссии вычисляют координаты возможного горного удара или обрушения массива горных пород. 3 ил.
Description
Изобретение относится к геофизическим исследованиям горных пород, в частности к способам контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах, в котором бурят в горном массиве шпуры, устанавливают в них датчики акустической эмиссии, сигналы с датчиков акустической эмиссии регистрируют и обрабатывают, по результатам обработки судят о прогнозе опасного состояния массива горных пород, и может быть использовано в горнодобывающей промышленности, прокладке тоннелей и других подземных работах.
Известен способ контроля и определения координат обрушения грунтов, в котором располагают на поверхности грунтов датчики, сигналы с датчиков регистрируют и обрабатывают, по результатам обработки судят о прогнозе опасного состояния грунтов (см. описание к патенту на изобретение №2355000, опубликовано 2009 г.). В нем в качестве датчиков используются гравитационные вариометры, а известный способ применятся для определения обрушения грунтов при землетрясении.
Недостатком данного решения является невозможность его использования для определения координат возможного горного удара или обрушения массива горных пород при подземных горных работах так, как шумы от работы горнодобывающей машины на порядки превышают уровень полезного сигнала.
Из уровня техники известен также способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах, в котором бурят в горном массиве шпуры, устанавливают в них датчики акустической эмиссии, сигналы с датчиков акустической эмиссии регистрируют и обрабатывают, по результатам обработки судят о прогнозе опасного состояния массива горных пород, см. описание патента на изобретение №2009528 опубликовано 1994 г.
В данном решении измеряют временную разность прихода волн от источника акустической эмиссии для определения координат опасного состояния массива горных пород. При этом для обуривания массива выбирают однородный его участок, при этом приемные датчики в скважинах размещают в углах тетраэдра и в его геометрическом центре, а расстояние между ними выбирают из определенного выражения.
Данное решение взято за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком данного решения является недостаточная точность и достоверность определения координат возможного горного удара или обрушения массива горных пород, связанная с тем, что есть сложности для поиска однородного участка массива горных пород, и сложности для размещения датчиков акустической эмиссии строго в углах тетраэдра и тем более в его геометрическом центре. Таким образом, для неоднородной поверхности выработки, для размещения датчиков акустической эмиссии в шахте, где идет горная выработка, данное решение не обеспечивает приемлемую точность и не может быть использовано.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах, позволяющий, по меньшей мере, сгладить указанный выше недостаток.
Для достижения этой цели обработку сигналов производят с применением анализа знаков вступления импульсов акустической эмиссии. Для каждого источника акустической эмиссии строят распределение знаков вступлений на стереографической проекции. При выявлении закономерного группирования знаков вступления импульсов акустической эмиссии судят о наличии опасного состояния массива горных пород, определяют соотношение действующих напряжений, рассчитывают величины углов падения и простирания для опасных плоскостей и направлений. По анализу распределения в объеме массива горных пород знаков вступления импульсов акустической эмиссии вычисляют координаты возможного горного удара или обрушения массива горных пород.
Благодаря этому становится возможным определять границы предполагаемого разлома или обрушения или горного удара, при этом повысить точность и достоверность определения координат возможного горного удара или обрушения массива горных пород независимо от однородности выработки и места расположения датчиков акустической эмиссии.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг. 1 схематично изображает систему, реализующую способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах, согласно изобретению;
- фиг. 2 схематично изображает в способе контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах, двумерный пример построения разломно-плоскостной диаграммы по результатам регистрации знаков вступления для одного источника акустической эмиссии, согласно изобретению;
- фиг. 3 схематично изображает в способе контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах, двумерный пример прогноза ориентировки плоскости разрыва по разломно-плоскостным диаграммам, согласно изобретению.
Фиг. 1 схематично изображает функциональную схему системы контроля состояния массива горных пород при подземных горных работах с несколькими модулями регистрации состояния массива горных пород, каждый модуль включает в себя трехкомпонентный датчик, имеющий три канала измерения, соответствующий трем компонентам X, Y, Z. Каждый из каналов соединен со своим усилителем, аналогово-цифровым преобразователем и регистратором с блоком синхронизации и блоком первичной обработки данных.
Система контроля состояния массива горных пород при подземных горных работах включает в себя, по крайней мере, один модуль регистрации состояния массива горных пород. Для оптимальной локации опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах необходимо минимум три, а лучше больше модулей регистрации состояния массива горных пород.
Каждый модуль регистрации состояния массива горных пород включает в себя последовательно соединенные датчик 1 изменения состояния массива горных пород, усилитель 2, аналогово-цифровой преобразователь 3 и регистратор 4 с блоком синхронизации 5 и блоком первичной обработки данных 6. Каждый датчик может быть выполнен как однокомпонентным, так и трехкомпонентным, в последнем случае он имеет каналы X, Y, Z, каждый канал имеет свой усилитель, аналогово-цифровой преобразователь и регистратор с блоком синхронизации и блоком первичной обработки данных.
Выходы регистраторов модулей регистрации состояния массива горных пород подключены к линии связи 7, соединенной с сервером 8 сбора и вторичной обработки данных. Сервер 8 сбора и вторичной обработки данных соединен по крайней мере с одним компьютером 9 с модулем программного обеспечения, связанным с индикатором сигнала опасности 10.
Модули регистрации состояния массива горных пород располагают под землей, в месте проведения горных работ, при этом датчики изменения состояния массива горных пород располагают внутри исследуемого массива горных пород. Сервер сбора и вторичной обработки данных, компьютер с модулем программного обеспечения, связанный с индикатором сигнала опасности располагают на поверхности в специально оборудованных помещениях.
В модулях регистрации состояния массива горных пород в качестве датчиков могут быть применены датчики ускорения, основанные на микроэлектромехнической технологии MEMS, например, трехкомпонентный датчик ускорения (акселерометр) lis302.
В качестве линии связи могут быть любые кабели с симметричными парами марок ТПП, МКС, ТЗГ, ТГ, П-274 и аналогичные, или медная витая пара 5 категории, или оптический кабель. Данная линия связи образует сеть Ethernet. В случае, когда используется витая пара линий шахтной телефонной связи, то связь осуществляется по имеющимся витым парам через модемы которые являются по сути "удлинителями" сети Ethernet.
Для безопасного и бесперебойного питания электрических элементов системы используется Сетевой Искробезопасный Источник Питания, (СИИП), на фиг.1 не показан.
На основании ряда исследований, в том числе выполненных авторами, известно, что перед наступлением горного удара, обрушения или иного крупномасштабного нарушения контура выработки, наступает синхронизация источников акустической эмиссии - знаки вступлений источников выстраиваются в виде закономерных линий или полей. Причем этой пространственной закономерности на предшествующих стадиях не отмечается, а знаки вступлений ориентированы хаотически. Однако, на стадии предшествующей событию образуются области с закономерной ориентировкой вступлений. По результатам трехмерного анализа распределения этих знаков, осуществляемого на стереографической проекции, определяется пространственное положение и элементы залегания (углы падения и простирания) плоскостей вероятного разрыва, направления опасных напряжений. Двумерная графическая иллюстрация такого определения представлена на фиг. 2 и 3. Знаком «треугольник» условно обозначено положение датчиков 1, ориентировка и знак «+» или «-» внутри треугольника обозначают знак вступления сигнала.
На практике способ реализуется следующим образом. На участке горного массива, в окрестностях выработки в которой ведутся работы по добыче или проходке, устанавливается система сейсмического мониторинга, включающая в себя совокупность трехкомпонентных датчиков 1 (велосиметров или акселерометров), системы оцифровки 2, 3, 4, 5 и 6 передачи 7, хранения и отображения полученных данных 8, 9 и 10. Система мониторинга непрерывно регистрирует импульсы акустической эмиссии, оперативно идентифицирует и оценивает координаты их источников. Для этих источников определяется знак вступления, строятся и анализируются временные последовательности изменений знака вступления, карты знаков вступлений, диаграммы распределений знаков вступлений, строятся разломно-плоскостные диаграммы Фиг 2 и 3. Так как в этом случае имеет значение не количество импульсов АЭ, а знаки их вступлений, для реализации прогноза достаточно небольшого количества зарегистрированных сигналов.
В соответствии с предложенным изобретением заявителем был апробирован предложенный способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах. При этом в качестве датчиков использовались откалиброванные датчики ускорения (акселерометры) lis302.
Измеряемые диапазоны: ±1g, ±2g
Чувствительность: 2 В/д
Выходное напряжение:+3.3 В
Дополнительно для испытаний использовался датчик метана ДМС 03.
В качестве электропитания использовались СИИП, которые имеют встроенную аккумуляторную батарею и обеспечивают автоматический переход на питание от аккумуляторной батареи при отключении питающего сетевого напряжения.
В качестве линии связи использовались: оптический кабель СЛ-ОКМБ 01НУ-4Е2-1.5, витая пара 5 категории LAN CABLE LANSET UTP5 24AWG OUTDOOR, витая пара ТППШВ 5Х2Х0.64, кабель полевой связи П-274.
В качестве сервера сбора и вторичной обработки данных и компьютера с модулем программного обеспечения использовались компьютеры с параметрами:
Процессор: Pentium IV или Athlon ХР не ниже 2000 ГГц 2 × Intel Xeon с частотой не ниже 1500 ГГц
Оперативная память: не менее 1 Гб
Свободное место на жестком диске: не менее 500 Гб
Операционная система: Windows 2000/Server 2003/XP 32 bit
База данных: MySQL
В результате апробации способа было обнаружено, что изобретение позволяет:
- точно определить координаты возможного горного удара или обрушения массива горных пород независимо от однородности выработки и места расположения датчиков акустической эмиссии.
- достичь высокую точность и достоверность определения координат возможного горного удара или обрушения массива горных пород.
Claims (1)
- Способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах, в котором бурят шпуры, устанавливают в них датчики акустической эмиссии, сигналы с датчиков акустической эмиссии регистрируют и обрабатывают, по результатам обработки судят о прогнозе опасного состояния массива горных пород, характеризующийся тем, что обработку сигналов производят с применением анализа знаков вступления импульсов акустической эмиссии, и тем, что для каждого источника акустической эмиссии строят распределение знаков вступлений на стереографической проекции, и тем, что при выявлении закономерного группирования знаков вступления импульсов акустической эмиссии судят о наличии опасного состояния массива горных пород, определяют соотношение действующих напряжений, рассчитывают величины углов падения и простирания для опасных плоскостей и направлений, и тем, что по анализу распределения в объеме массива горных пород знаков вступления импульсов акустической эмиссии вычисляют координаты возможного горного удара или обрушения массива горных пород.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146843/03A RU2509890C1 (ru) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | Способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146843/03A RU2509890C1 (ru) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | Способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2509890C1 true RU2509890C1 (ru) | 2014-03-20 |
Family
ID=50279702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012146843/03A RU2509890C1 (ru) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | Способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2509890C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110471108A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-11-19 | 姚国专 | 远距离非接触式判别危岩稳定性的方法 |
| CN113341895A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-03 | 中煤科工开采研究院有限公司 | 一种冲击地压矿井工作面开采速度动态调控系统和方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1652609A1 (ru) * | 1988-08-23 | 1991-05-30 | Институт Физики И Механики Горных Пород Ан Киргсср | Способ сейсмоакустического распознавани удароопасного состо ни массива горных пород и устройство дл его осуществлени |
| SU1712918A1 (ru) * | 1989-04-03 | 1992-02-15 | Научно-производственное объединение "Сибцветметавтоматика" | Устройство дл определени координат источника акустической эмиссии |
| RU2009528C1 (ru) * | 1990-07-02 | 1994-03-15 | Институт горного дела Дальневосточного отделения РАН | Способ определения координат источников акустической эмиссии в горном массиве |
| RU93041986A (ru) * | 1993-08-23 | 1996-04-20 | Объединенный институт физики Земли РАН | Способ определения напряженного состояния горных пород в естественном залегании |
| EA011314B1 (ru) * | 2004-11-18 | 2009-02-27 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Способ количественной оценки и снижения вызванного наклоном азимутального изменения амплитуды отражения от удаления |
-
2012
- 2012-11-02 RU RU2012146843/03A patent/RU2509890C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1652609A1 (ru) * | 1988-08-23 | 1991-05-30 | Институт Физики И Механики Горных Пород Ан Киргсср | Способ сейсмоакустического распознавани удароопасного состо ни массива горных пород и устройство дл его осуществлени |
| SU1712918A1 (ru) * | 1989-04-03 | 1992-02-15 | Научно-производственное объединение "Сибцветметавтоматика" | Устройство дл определени координат источника акустической эмиссии |
| RU2009528C1 (ru) * | 1990-07-02 | 1994-03-15 | Институт горного дела Дальневосточного отделения РАН | Способ определения координат источников акустической эмиссии в горном массиве |
| RU93041986A (ru) * | 1993-08-23 | 1996-04-20 | Объединенный институт физики Земли РАН | Способ определения напряженного состояния горных пород в естественном залегании |
| EA011314B1 (ru) * | 2004-11-18 | 2009-02-27 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Способ количественной оценки и снижения вызванного наклоном азимутального изменения амплитуды отражения от удаления |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110471108A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-11-19 | 姚国专 | 远距离非接触式判别危岩稳定性的方法 |
| CN113341895A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-03 | 中煤科工开采研究院有限公司 | 一种冲击地压矿井工作面开采速度动态调控系统和方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Three-dimensional seismic ahead-prospecting method and application in TBM tunneling | |
| CN104181581B (zh) | 基于任意排布的地震波地下工程空间观测的系统及方法 | |
| CN109765606B (zh) | 一种基于反射槽波的回采工作面隐蔽断层性质的探测方法 | |
| CN105891874A (zh) | 一种采动煤岩体突水微震监测方法 | |
| CN107290787B (zh) | 一种地震次声同址台站的监测信号关联方法 | |
| CN106501848B (zh) | 一种隧道掘进过程中隐性断层超前物探方法 | |
| US9903972B2 (en) | Seismic cable, system and method for acquiring information about seismic, microseismic and mechanical vibration incidents in a well | |
| CN103135131A (zh) | 一种针对裂缝性储层预测的解释装置 | |
| CN106597528A (zh) | 隧道地质三维地震反射震电一体化超前探测装置及方法 | |
| CN113820743A (zh) | 一种微震定位方法 | |
| CN110632667B (zh) | 一种基于冲击波激震条件下的隐伏陷落柱超前探测方法 | |
| CN110687607B (zh) | 一种斯通利波探测方法及系统 | |
| CN113189644A (zh) | 一种微震震源定位方法及系统 | |
| CN104122577B (zh) | 场地地层剪切波速快速复测装置及测试方法 | |
| RU2509890C1 (ru) | Способ контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах | |
| RU122119U1 (ru) | Система контроля состояния массива горных пород при подземных горных работах | |
| GB2450163A (en) | Detecting the location of seismic events without picking events in received seismic wave data | |
| JP6764725B2 (ja) | トンネル弾性波探査方法及びこれに用いるトンネル弾性波探査システム | |
| CN113311487A (zh) | 隧道掌子面发射的频率域激发极化超前探水方法与装置 | |
| CN105548362A (zh) | 一种用于检测桩孔基底地质缺陷的声波反射装置及方法 | |
| CN110579799B (zh) | 一种等旅行时间间隔的地震采集观测方法及系统 | |
| CN110850472B (zh) | 一种基于冲击波激发震源的可变偏移距超前探测断层方法 | |
| CN109521221B (zh) | 一种钻爆法施工硬岩隧道微震波波速实时获取方法 | |
| CN104020488A (zh) | 无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法 | |
| Peng et al. | The Namche Barwa Temporary Seismic Network (NBTSN) and Its Application in Monitoring the 18 November 2017 M 6.9 Mainling, Tibet, China, Earthquake |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 8-2014 FOR TAG: (73) |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161103 |