RU2583032C1 - Downhole method of determining zones of rock damage - Google Patents

Downhole method of determining zones of rock damage Download PDF

Info

Publication number
RU2583032C1
RU2583032C1 RU2015111530/03A RU2015111530A RU2583032C1 RU 2583032 C1 RU2583032 C1 RU 2583032C1 RU 2015111530/03 A RU2015111530/03 A RU 2015111530/03A RU 2015111530 A RU2015111530 A RU 2015111530A RU 2583032 C1 RU2583032 C1 RU 2583032C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rock
mining
zones
mine
deformation
Prior art date
Application number
RU2015111530/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Владимировна Рыльникова
Виталий Андреевич Еременко
Екатерина Николаевна Есина
Вадим Николаевич Лушников
Евгений Николаевич Семенякин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПКОН 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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПКОН РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИПКОН РАН)
Priority to RU2015111530/03A priority Critical patent/RU2583032C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2583032C1 publication Critical patent/RU2583032C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C39/00Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/20Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using brittle lacquer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: invention relates to mining and can be used for evaluation of stress-strain state of mine rock massif, detection of location zones of rock damage and nature of their propagation to ensure stability of exposures of mine workings and working excavation in underground mining of mineral deposits. Downhole method for determining damaged rock zones involves drilling of wells and bore pits in underground mine workings with diameter of ⌀40÷100 mm and more, with length of 5÷10 m and more. On well walls layer of lime, water-emulsion paint or gypsum is applied. Using photo and video recording equipment negative image of well is produced, from which structural broken condition of investigated mass is determined, distribution of zones of rock damage, and processes of displacement and deformation of mine rock mass.
EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency and safety of mining operations at development of solid mineral deposits by evaluation of structurally disturbed and seam liable to rock masses, prediction of development of deformation processes.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.The invention relates to mining and can be used to assess the stress-strain state of a rock mass, identify the location of rock damage zones and the nature of their distribution to ensure the stability of outcrops of mine workings and treatment space during underground mining of mineral deposits.

Известны способ оценки предельного напряженного состояния горных пород и устройство для его осуществления, включающий бурение скважин из горной выработки, измерение смещений пород через определенный момент времени с помощью деформометра и интерпретацию замеров [Патент RU 2106493 С1, М.Кл. Е21С 39/00 от 26.09.1995 г.].A known method for assessing the ultimate stress state of rocks and a device for its implementation, including drilling wells from a mine, measuring rock displacements after a certain point in time using a strain meter and interpretation of measurements [Patent RU 2106493 C1, M. Cl. Е21С 39/00 dated 09/26/1995].

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость проведения измерений, наличие громоздкого математического аппарата, специального оборудования и сложной интерпретации результатов.The disadvantage of this method is the high complexity of the measurements, the presence of a cumbersome mathematical apparatus, special equipment and a complex interpretation of the results.

Известен способ определения неоднородностей массива горных пород, заключающийся в бурение шпура на контролируемом участке, досылке датчика в шпур, осуществлении измерений физического параметра при двух значениях величины измерительной базы, при этом о неоднородности массива судят по отношению измеренных значений физического параметра при начальном и повторном измерении [Патент SU 1794253 «Способ определения неоднородностей массива горных пород», кл. Е21С 39/00, 1985].A known method for determining the heterogeneity of a rock mass is to drill a hole in a controlled area, send the sensor into a hole, measure the physical parameter with two values of the measuring base, while the heterogeneity of the array is judged by the ratio of the measured values of the physical parameter during initial and repeated measurement [ Patent SU 1794253 "Method for the determination of heterogeneity of a rock mass", cl. E21C 39/00, 1985].

Известен также способ определения главных нормальных напряжений в массиве, заключающийся в том, что с поверхности выработки в трех ортогональных плоскостях бурят три параллельных шпура по схеме прямоугольной розетки скоростей, в них спускают на равные глубины датчики ультразвуковых волн, определяют скорости распространения продольных волн между каждой парой датчиков и по максимальным и минимальным значениям скоростей определяют ориентацию эллипса скоростной анизотропии, при этом направление длинной оси эллипса принимают одинаковым с направлением максимального главного напряжения. Используя тарировочные зависимости между скоростью распространения упругих волн и напряжением, полученные с применением метода разгрузки, вычисляют главные нормальные напряжения (Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982, с. 140-151). Недостатком данного способа является высокая трудоемкость проведения измерений и сложность обработки полученных данных измерений.There is also a method for determining the main normal stresses in an array, consisting in the fact that three parallel boreholes are drilled from the surface of a mine in three orthogonal planes according to a rectangular velocity rosette diagram, ultrasonic wave sensors are lowered to equal depths, longitudinal wave propagation velocities between each pair are determined sensors and the maximum and minimum values of the speeds determine the orientation of the ellipse of the velocity anisotropy, while the direction of the long axis of the ellipse is the same with the direction of the maximum principal stress. Using calibration dependencies between the elastic wave propagation velocity and stress obtained using the unloading method, the main normal stresses are calculated (Yamshchikov B.C. Methods and tools for research and control of rocks and processes. M: Nedra, 1982, p. 140-151). The disadvantage of this method is the high complexity of the measurements and the complexity of processing the obtained measurement data.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выявления сейсмически опасного горного массива, включающий керновое бурение скважин, извлечение керна и оценку характера разрушения кернов скальных пород. Способ применяется для определения удароопасности участков горного массива в горных выработках [см. «Указания по безопасному ведению горных работ при строительстве и эксплуатации шахт на месторождениях Североуральского бокситового бассейна, подверженных горным ударам», Ленинград, ВНИМИ, 1988, с. 62-64 (прототип)].The closest in technical essence and the achieved result is a method for identifying a seismically dangerous rock mass, including core drilling, core extraction and assessment of the nature of the destruction of rock cores. The method is used to determine the impact hazard of the sections of the massif in the mine workings [see “Guidelines for the safe conduct of mining operations during the construction and operation of mines in the fields of the North Ural bauxite basin subject to mountain impacts”, Leningrad, VNIMI, 1988, p. 62-64 (prototype)].

Недостатком данного способа являются большие трудозатраты для его реализации, кроме того, при определении степени удароопасности горных пород учитывается лишь количество выпукло-вогнутых дисков толщиной 1-2 см в метровом интервале скважины и не учитываются вообще интервалы, где керн разрушен до щебня или дресвы. Интервалы, где керн был полностью разрушен на щебень, дресву или песок при бурении, характеризуются наибольшей напряженностью.The disadvantage of this method is the high labor costs for its implementation, in addition, when determining the degree of impact hazard of rocks, only the number of convex-concave disks 1-2 cm thick in the meter interval of the well is taken into account and the intervals where the core is destroyed to gravel or wood are not taken into account. The intervals where the core was completely destroyed by crushed stone, wood, or sand during drilling are characterized by the greatest tension.

Целью изобретения является повышение эффективности и обеспечение безопасности ведения горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых путем оценки структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород, прогноза развития деформационных процессов и своевременного принятия эффективных мероприятий для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.The aim of the invention is to increase the efficiency and safety of mining operations in the development of solid mineral deposits by assessing structurally disturbed and shock hazardous rock masses, predicting the development of deformation processes and timely taking effective measures to ensure the stability of outcrops of mine workings and treatment space during underground mining of useful deposits fossils.

Указанная цель достигается использованием негативного изображения скважины и его дальнейшего картирования для определения зон повреждения пород.This goal is achieved by using a negative image of the well and its further mapping to determine the zones of damage to the rocks.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена схема расположения отбуренных скважин или шпуров, на Фиг. 2 показаны образующиеся в скважинах, в результате деформирования массива, трещины, а на Фиг. 3 - фотография устройства для обработки скважин (шпуров).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a layout of drilled wells or holes; FIG. 2 shows the wells formed as a result of deformation of the array, cracks, and FIG. 3 is a photograph of a device for processing wells (holes).

На чертежах показаны шпуры 1 с нанесенным известковым, водоэмульсионным или гипсовым слоем 2 и образующиеся в скважинах, в результате деформирования массива, трещины 3.The drawings show the holes 1 with a deposited lime, water-based or gypsum layer 2 and formed in the wells, as a result of deformation of the array, cracks 3.

Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород реализуется следующим образом.The downhole method for determining zones of damage to rocks is implemented as follows.

При подземных горных работах в массивах с признаками действия высоких напряжений, вызванных природными или техногенными условиями в горной выработке, бурятся скважины или шпуры 1 диаметром ⌀ 40÷100 мм и более, длиной 5÷10 м и более. Затем на стенки скважины по всей ее длине специальным устройством (Фиг. 3) наносится слой извести, водоэмульсионной краски или гипса 2. При деформировании массив горных пород и нанесенный слой быстро реагируют на деформации и трескаются в местах действия напряжений 3. Скважины 1 обследуют с применением специального оборудования фотовидеофиксации, получая при этом негативный снимок скважины, по которому выполняют картирование, определяя натурное отображение скважины, структурную нарушенность исследуемого массива, распространение зон повреждения пород и регистрируя процессы сдвижения и деформирования массива. Через определенный промежуток времени наблюдения повторяют, устанавливая динамику развития деформационных процессов в исследуемом массиве горных пород.During underground mining in massifs with signs of high stresses caused by natural or industrial conditions in the mine, wells or holes 1 are drilled with a diameter of ⌀ 40 ÷ 100 mm or more, 5 ÷ 10 m or more in length. Then, a layer of lime, water-based paint or gypsum 2 is applied to the walls of the well along its entire length with a special device (Fig. 3). Upon deformation, the rock mass and the applied layer quickly respond to deformations and crack at places of stress 3. Wells 1 are examined using special equipment for photo and video recording, while receiving a negative well image, which is used for mapping, determining the natural image of the well, structural disturbance of the studied array, and distribution of sedimentation of rocks and registering the processes of displacement and deformation of the massif. After a certain period of time, the observations are repeated, establishing the dynamics of the development of deformation processes in the studied rock mass.

Данный способ позволяет повысить эффективность ведения горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых путем оценки структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород по наблюдениям за негативным отображением деформируемых скважин, прогноза развития деформационных процессов и своевременного принятия эффективных мероприятий для обеспечения безопасного освоения недр.This method allows to increase the efficiency of mining operations in the development of solid mineral deposits by assessing structurally disturbed and shock hazardous rock masses by observing the negative display of deformable wells, predicting the development of deformation processes and timely taking effective measures to ensure the safe development of mineral resources.

Claims (1)

Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород, включающий бурение скважин и шпуров в подземных горных выработках диаметром ⌀40÷100 мм и более, длиной 5÷10 м и более, отличающийся тем, что на стенки скважин наносят слой извести, водоэмульсионной краски или гипса, используя специальное оборудование фотовидеофиксации, получают негативное отображение скважины, по которому определяют структурную нарушенность исследуемого массива, распространение зон повреждения пород, и регистрируют процессы сдвижения и деформирования массива горных пород. An downhole method for determining rock damage zones, including drilling wells and holes in underground mines with a diameter of ⌀40 ÷ 100 mm or more, 5 ÷ 10 m or more in length, characterized in that a layer of lime, water-based paint or gypsum is applied to the walls of the wells, using special equipment for photo and video recording, a negative well image is obtained, which determines the structural disturbance of the studied massif, the distribution of rock damage zones, and the processes of displacement and deformation of the ma Siwa rocks.
RU2015111530/03A 2015-03-31 2015-03-31 Downhole method of determining zones of rock damage RU2583032C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015111530/03A RU2583032C1 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Downhole method of determining zones of rock damage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015111530/03A RU2583032C1 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Downhole method of determining zones of rock damage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2583032C1 true RU2583032C1 (en) 2016-04-27

Family

ID=55794811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015111530/03A RU2583032C1 (en) 2015-03-31 2015-03-31 Downhole method of determining zones of rock damage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2583032C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110849316A (en) * 2019-11-29 2020-02-28 华北水利水电大学 Method for quantitatively evaluating damage area based on surrounding rock deformation modulus test
CN114152566A (en) * 2021-11-30 2022-03-08 国家能源投资集团有限责任公司 Shallow coal mining overburden damage degree determination method based on underground reservoir

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU735773A1 (en) * 1977-11-10 1980-05-25 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Apparatus for measuring stresses in rock bodies
SU872757A1 (en) * 1979-12-05 1981-10-15 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу Method of determining resilient properties of rock body
SU933997A1 (en) * 1973-11-27 1982-06-07 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Method of monitoring the strained-deformed state of rock
SU1535985A1 (en) * 1988-03-09 1990-01-15 В. В. Назимко Method of measuring deformation of rock body
SU1544972A1 (en) * 1988-04-11 1990-02-23 Сибирский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Горной Геомеханики И Маркшейдерского Дела Method of detecting relative shifts of rock body
GB2268809A (en) * 1992-07-15 1994-01-19 Coal Ind Strata movement indicator.
RU2248446C1 (en) * 2004-01-05 2005-03-20 Институт горного дела Сибирского отделения Российской Академии наук (статус государственного учреждения) Method for determining sheeting parameters for rock solids in massif and device for realization of said method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU933997A1 (en) * 1973-11-27 1982-06-07 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Method of monitoring the strained-deformed state of rock
SU735773A1 (en) * 1977-11-10 1980-05-25 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Apparatus for measuring stresses in rock bodies
SU872757A1 (en) * 1979-12-05 1981-10-15 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу Method of determining resilient properties of rock body
SU1535985A1 (en) * 1988-03-09 1990-01-15 В. В. Назимко Method of measuring deformation of rock body
SU1544972A1 (en) * 1988-04-11 1990-02-23 Сибирский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Горной Геомеханики И Маркшейдерского Дела Method of detecting relative shifts of rock body
GB2268809A (en) * 1992-07-15 1994-01-19 Coal Ind Strata movement indicator.
RU2248446C1 (en) * 2004-01-05 2005-03-20 Институт горного дела Сибирского отделения Российской Академии наук (статус государственного учреждения) Method for determining sheeting parameters for rock solids in massif and device for realization of said method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110849316A (en) * 2019-11-29 2020-02-28 华北水利水电大学 Method for quantitatively evaluating damage area based on surrounding rock deformation modulus test
CN114152566A (en) * 2021-11-30 2022-03-08 国家能源投资集团有限责任公司 Shallow coal mining overburden damage degree determination method based on underground reservoir
CN114152566B (en) * 2021-11-30 2024-03-08 国家能源投资集团有限责任公司 Method for determining damage degree of overburden stratum in shallow coal exploitation based on underground reservoir

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Konicek et al. Stress changes and seismicity monitoring of hard coal longwall mining in high rockburst risk areas
Ghosh et al. Application of underground microseismic monitoring for ground failure and secure longwall coal mining operation: a case study in an Indian mine
Jayasinghe et al. Attenuation of rock blasting induced ground vibration in rock-soil interface
Khandelwal et al. Correlating static properties of coal measures rocks with P-wave velocity
Gong et al. Development of a rock mass characteristics model for TBM penetration rate prediction
Binda et al. Sonic tomography and flat-jack tests as complementary investigation procedures for the stone pillars of the temple of S. Nicolò l'Arena (Italy)
Zhu et al. The effect of principal stress orientation on tunnel stability
Rostami et al. Rock characterization while drilling and application of roof bolter drilling data for evaluation of ground conditions
BR112020016739A2 (en) METHOD FOR DETERMINING PROPERTIES OF ROCK FORMATIONS BEING DRILLED USING DRILLING COLUMN VIBRATION MEASURES.
Walton et al. Non-invasive detection of fractures, fracture zones, and rock damage in a hard rock excavation—Experience from the Äspö Hard Rock Laboratory in Sweden
Li et al. Survey of measurement-while-drilling technology for small-diameter drilling machines
Hoek Rock mechanics—an introduction for the practical engineer
Raina et al. Rock mass damage from underground blasting, a literature review, and lab-and full scale tests to estimate crack depth by ultrasonic method
RU2583032C1 (en) Downhole method of determining zones of rock damage
Celada et al. The use of the specific drilling energy for rock mass characterisation and TBM driving during tunnel construction
RU2598009C1 (en) Downhole method for determination of direction and main stress values
Voznesenskii et al. On the evaluation of rock integrity around mine workings with anchorage by the shock-spectral method
Catalan Implementation and assessment of intensive preconditioning for cave mining applications
Kozyrev et al. Development of an express-method to control damages in underground mining excavations under rockburst hazardous conditions
RU2613229C1 (en) Method for controlling stress-strain state of rock massif
RU2624746C1 (en) Method of determining the dynamics of the processes of the deformation of the rocks of the mountain massif and the device for its realisation
RU2566885C1 (en) Evaluation of structurally deformed and rock-bump rock masses
Khanal et al. Application of seismic sensors on measurement while drilling for real-time rock property detection
RU2716760C1 (en) Method for integrity control of rock walls during construction of mine shafts
Nazarov et al. ASSESSMENT OF TENSION AND IMPACT HAZARD FOR UNDERGROUND MINING AND A SET OF DATA BY ACOUSTIC EMISSION WITH THE SB-32 DEVICE

Legal Events

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

Effective date: 20180401