SU1084442A1 - Способ определени высоты зоны водопровод щих трещин в массиве горных пород - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ЗОНЫ ВОДОПРОВОДЯЩИХ ТРЕЩИН В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий определение деформации горных пород путем измерени  их оседани , по достижении которой предельной величины определ ют по вление водопровод щих трещин , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и возможности прогнозировани  нарушени  сплошности отдельных слоев водозащитной толщи, в каждом слое пород измер ют горизонтальные смещени  и скорость оседани , а по вление водопровод щих трещин в каждом породном слое определ ют по достижении предельной величины горизонтальной деформации пород данного сло , при этом предельную величину горизонтальной деформации определ ют в соответствии с величиной скорости оседани  по тарировочной зависимости полученной , например, путем измерени  деформации и проведени  пневмокаротажа на предыдущих этапах отработки месторождени . 00 4 4 Ю

Description

Изобретение относитс  к горной промышленности и может быть использовано при изучении и контроле геомеханического состо ни  подработанной горными выработками породной толщи, в частности,  вл ющейс  водозащитной. Известен способ определени  высоты зоны распространени  трещин в породах кровли, основанный на пневмокаротаже скважин, пробуренных из подземных выработок 1. Однако он не позвол ет установить величину деформаций, при которых происходит нарущение сплошности породных слоев, и, следовательно, не позвол ет своевременно принимать меры дл  снижени  вредного вли ни  горных работ. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  способ определени  высоты зоны водопровод щих трещин в массиве горных пород, включающий определение деформации горных пород путем измерени  их оседани , по достижении которой предельной величины определ ют по вление водопровод щих трещин. Данный способ основан на том, что нарушение сплошности массива, привод щее к по влению водопровод щих трещин, происходит при искривлении слоев пород кровли выше некоторой предельной величины 2. Указанный способ характеризуетс  низкой точностью, так как растрескивание массива пород не всегда сопровождаетс  искривлением его слоев. Кроме того, этот способ не позвол ет прогнозировать развитие трещинообразовани  в породах водозащитной толщи. Цель изобретени  - повыщение точности и возможность прогнозировани  нарушени  сплошности отдельных слоев водозащитной толщи. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  высоты зоны водопровод щих трещин в массиве горных пород , включающему определение деформации горных пород путем измерени  их оседани , по достижении которой предельной величины определ ют по вление водопровод щих трещин, в каждом слое пород измер ют горизонтальные смещени  и скорость оседани  , по вление водопровод щих трещин в каждом породном слое определ ют по достижении предельной величины горизонтальных деформаций пород данного сло , при этом предельную величину горизонтальной деформации определ ют в соответствии с величиной скорости оседани  по тарировочной зависимости, полученной, например, путем измерени  деформации и проведени  пневмокаротажа на предыдущих этапах отработки месторождени . Способ осуществл ют следующим образом . При отработке одного или нескольких пологозалегаюших пластов полезного ископаемого под водным объектом определ етс  по данным разведочного бурени  мощность породной толщи, котора  может служить водозащитной. Необходима  мощность водозащитной толщи зависит от целого р да факторов (физико-механических свойств пород толщи, параметров системы разработки, способа управлени  кровлей, вынимаемой мощности пласта и т.д.). Известно, что при управлении горным давлением полным обрущением кровли мощность водозащитной толщи (ВЗТ) должна быть не менее сорокакратной мощности вынимаемого пласта, при других способах управлени  горным давлением мощность ВЗТ .может быть меньшей . Учитыва  все факторы, определ ют глубину бурени  восстающих скважин и выбирают наиболее характерные породные слои дл  установки в них реперов. Скважины бур тс  из опережающей фронт очистных работ специальной выработки, пройденной перпендикул рно предполагаемой границе массив-выработанное пространство с заходом в массив дл  расположени  нулевой скважины вне зоны вли ни  горных работ. В дальнейшем эта выработка может использоватьс  в качестве вентил ционной или транспортной. Рассто ни  между скважинами и их количество принимаетс , исход  из конкретных горно-технических и горно-геологических условий. Размер диаметра скважины принимаетс  таким, чтобы избежать контактировани  отвесов реперов между собой и стенками скважины при ее искривлении вследствие последовательного смещени  породных слоев, начина  с непосредственной кровли (усть  скважины), и может быть определен из выражени  , 2(й V + Ь ct ofj ; где 4- -диаметр скважины; д -возможные максимальные горизонтальные смещени  усть  скважины; -возможные максимальные горизонтальные смещени  верхнего сло ; ti -рассто ние от усть  скважины до верхнего репера; о( -угол максимального отклонени  оси скважины от вертикали. В почве выработки под скважиной устанавливаетс  неподвижный контурный репер, относительно которого гъроизводитс  измерение вертикальных смещений отвесов и горизонтальное отклонение каждого из них от первоначального положени  сразу же после установки реперов в скважине. Зна  абсолютные отметки контурных реперов и периодически измер   рассто ни  между ними дл  контрол  возможного получени  пород почвы, по смещени м отвесов вычисл ют величины вертикальных и горизонтальных деформаций соответствующих слоев пород толщи. Дл  повышени  точности измерений горизонтальных смещений производ тс  дублирующие замеры рассто ний между отвесами от реперов, заложенных в одних и тех же сло х пород. Развитие высоты зоны трещинообразовани  и определение момента нарушени  сплощности каждого сло  с реперами осуществл етс  с помощью периодических каротажей (гидравлического и электрического) в контрольных скважинах, пробуренных р дом с реперными . По результатам измерений горизонтальных деформаций отдельных слоев породной толщи стро тс  графики изменени  относительных деформаций до достижени  ими предельных значений, как показано на фиг. 1. По этим данным определ етс  зависимость развити  зоны трещиноватости во времени дл  конкретных горно-геологических и горнотехнических условий от рассто ни  до верхней границы водозащитной толщи Hj, ее строени  и физико-механических характеристик отдельных породных слоев вынимаемой мощности пласта m и величины извлечени  (t). Па фиг. 2 приведен типовой график указанной зависимости, по которому с достаточной точностью можно определить срок достижени  водопровод щими трещинами верхней границы водозащитной толщи и прин ть при необходимости предохранитель-ные меры, например, уменьшить извлечение или произвести закладку выработанного пространства. Проведение измерений горизонтальных деформаций при различных соотношени х вынимаемой мощности пласта гп и извлечени  Ы позвол ет получить общую закономерность , приведенную на фиг. 3. По этому графику дл  любого конкретного участка месторождени  по замеренным величинам горизонтальных деформаций, привод щих к образованию трещин в породах при определенной скорости оседа-ни  г. и известных величинах m и иц определ етс  высота зоны распространени  водопровод щих трещин, а, мен   значени  m и «У, можно заранее создавать услови  распространени  трещин в породах, подрабатываемой толщи до определенной высоты, не выход щей за пределы водозащиты. Пример. Пологий калийный пласт мощностью 3 м отрабатываетс  камерн&й системой с плавной посадкой кровли на податливых целиках. Ширина камер 5,2 м, ширина междукамерных целиков 3,2 м, извлечение 0,62. Мощность водозащитной толщи 100 м, толща представлена п тью чередующимис  сло ми каменной соли и глинисто-маргелистых пород, примерно с одинаковыми физико-мехническими свойствами. В верхней части каждого сло , кроме верхнего , устанавливаютс  репера (на 15, 20, 40 и 60 м). В верхнем слое репер устанавливаетс  ниже верхней границы водозащиты на 20 м, т.е. на высоту 80 м от кровли пласта. По результатам периодических измерений горизонтальных деформаций на уровне отдельных слоев с реперами до момента нарущени  сплощности этих слоев стро тс  графики, как показано на фиг. 1. Из графиков видно, что водопровод щие трещины распростран лись на высоту 15 м через 4 мес ца после подработки толщи, а до высоты 20 и 40 м соответственно через б и 16 мес цев при величине горизонтальных деформаций, равной 2,5%Таким же образом, продлева  графики до пересечени  с линией величины предельных горизонтальных деформаций, с достаточной точностью определ ютс  сроки нарушени  сплошности на высоте 60 и 80. Они состо т 30 и 48 мес цев. Дл  определени  срока нарушени  верхнего сло  водозащитной толщи по известным уже данным стро т зависимость развити  высоты зоны трещин, как показано на фиг. 2. Аппроксимиру  полученную кривую до пересечени  с величиной верхней границы толщи, получаем искомый срок 5 лет 10 мес цев . Исход  из конкретной горнотехнической обстановки, принимаютс  определенные меропри ти  дл  исключени  прорыва вод в выработанное пространство по истечении указанного срока. По р ду измерений вертикальных и горизонтальных деформаций при различных величинах извлечени  и мощности пласта строитс  график зависимости высоты зоны трещинообразовани  от выщеуказанных величин (фиг. 3), по которому дл  любого другого участка месторождени  или сходного по физико-механическим свойствам пород можно определить высоту зоны трещин. Например , дл  того, чтобы увеличить извлечение до 0,7 при аналогичных горно-геологических услови х необходимо определить какой должна быть мощность водозащитной толщи над отрабатываемым пластом. При извлечении, равном 0,62, величина критических горизонтальных деформаций составила 0,. Откладыва  эту величину по оси ординат на фиг. 3, приводим до пересечени  с кривой линию, параллельную оси абсцисс, сносим точку пересечени  на ось абсцисс и берем отсчет величины -р, котора  равна 54. Провер ем: 54 м. При извлечении 0,72 (ширина камеры 5,2 м, ширина МКЦ 2,0 м) величина предельной горизонтальной деформации равна 2,16%. Использу  график на фиг. 3, получаем jh 78 Отсюда h 78. m-10 78-3-0,72 168 м. Таким образом, отработку пласта с извлечением 0,72 необходимо вести на участках месторождени  с мощностью водозащитной

толщи не менее 170 м или производить закладку очистных камер при меньшей мощности водозащиты.

Предлагаемый способ определени  деформаций ВЗТ кроме того позвол ет изучать закономерности процесса деформировани  любой породной толщи в конкретных горно-геологических и горно-технических услови х с целью выбора наиболее эффективного способа управлени  горным давлением и оптимальных параметров системы разработки, изучать напр женно-деформированное состо ние всего горного массива, включа  отрабатываемые пласты, вблизи посто нной или временной границы (массив - выработанное пространство), оценить отдельные участки месторождений или шахтных полей по способам отработки их с целью увеличени  извлечени  и повышени /технико-экономических показателей работ.

Например, исследовани  водозащитных свойств породной толщи в услови х отработки пологих пластов на Старобинском месторождении калийных солей позволили перейти от камерной системы разработки с жесткими целиками с извлечением 40-50% на столбовую выемку при полном обрушении кровли с извлечением 60-70%.

Способ определени  деформированного состо ни  породной водозащитной толщи может быть использбван при подземной разработке пологих пластов или свиты пластов любых месторождений полезных ископаемых.

Верхн   граница бодозащг /лнои т

70

О

, /le/p

Сриг. 2 о/гщи

Claims (1)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ЗОНЫ ВОДОПРОВОДЯЩИХ ТРЕЩИН В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий определение деформации горных пород путем измерения их оседания, по достижении которой предельной величины определяют появление водопроводящих трещин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и возможности прогнозирования нарушения сплошности отдельных слоев водозащитной толщи, в каждом слое пород измеряют горизонтальные смещения и скорость оседания, а появление водопроводящих трещин в каждом породном слое определяют по достижении предельной величины горизонтальной деформации пород данного слоя, при этом предельную величину горизонтальной деформации определяют в соответствии с величиной скорости оседания по тарировочной зависимости полученной, например, путем измерения деформации и проведения пневмокаротажа на предыдущих этапах отработки месторождения. <g фиг. /