SU1232800A1 - Способ определени параметров расслоени кровли горных выработок - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к горному делу, в частности к акустическим способам исследовани  и контрол  . структурных неоднородностей массива горных пород вокруг горных выработок и предназначено дл  определени  зоны расслоени  в кровле горных выработок при гидродинамической стратификации.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем определени  скорости развити  трещины .

На чертеже показана схема определени  параметров расслоени  кровли горных выработок.

Здесь изображены выработка 1, массив 2 горных пород, скважина 3, зародышева  щель 4, пакер 5, труба 6, расслоение кровли 7, сейсмодат- чик 8, ансшизатор 9 спектра трещина 10, сейсмодатчики 11, сейсмоприемник 12 и устройство 13 эталонного времени .

При направленном расслоении кровли из выработки 1 в массиве 2 горных пород бур т скважину 3, в которой прорезают специальным устройством зародышевую щель 4 ( концентратор напр жени  дл  задани  требуемого направлени  разрыва горной породы), и устанавливают пакер 5. В зародышевую щель 4 через трубу 6 подают жидкость под давлением, при котором происходит расслоение кровли 7.

Определение параметров расслоени  кровли производ т следующим образом.

До расслоени  кровли у усть  скважины 3 устанавливают сейсмодатчик 8, подключают его к анализатору 9 спектра и подачей в зародышевую щель 4 небольшого объема жидкости под давлением через трубу 6 производ т надрыв горной породы с образованием трещины 10. В результате образовани  трещины 10 возникает упруга  волна, котора  улавливаетс  сейсмо- датчиком 8. Сигнал с него поступает в анализатор 9 спектра, посредством которого определ ют максимальную частоту гармоник прин того сигнала. Затем вычисл ют частоту, на которую должны быть настроены сейсмоприемники 12, по формуле

тг- Ь+дЬ

где F - частота, на которую настра- И1зают сейсмоприемники;

0

5

0

0

5

0

&Ь

/иоекс

L - заданна  высота расслоени  кровли (показана стрелками) ;| максимально допустимое отклонение расслоени  от заданного значени  высоты; максимальна  частота гармоник спектра упругой волны, возникающа  в результате образовани  трещины 10 и при- н та  датчиком 8 упругих колебаний.

В разных точках массива устанавливают через известные рассто ни  сейсмодатчики 11, которые подключают к настроенным на частоту F сейсмо- приемникам 12. Последние устроены таким образом, что в них производитс  запись времени от устройства 13 эталонного времени, когда частота следовани  сейсмоимпульсов от расслоени  кровли достигает максимального значени .

После проведени  указанных операций пюдачей жидкости под давлением в трещину 10 от мощных насосных станций производ т расслоение кровли 7. Возникающие при зтом упругие импульсы принимаютс  сейсмодатчиками 11 в точках их установки, анализируютс  и на индикаторах приемников высвечиваетс  врем  прохождени  границы зо- нь расслоени  контролируемых областей массива горных пород.

Способ основан на формировании 5 в массиве горных пород упругой волны , по спектральному составу аналогичной той, что возникает в результате расслоени  кровли, настройки на эту волну приемных устройств, временной селекции максимальных частот следовани  сейсмических импульсов и определени  характера расслоени  по премени прохождени  его фронта через контролируемые области кровли.

Способ предназначен дл  слежени  за движением границы зоны расслоени  кровли, где рассто ние от плоскости образующейс  щели до мест установки приемников  вл етс  известным. Заданием параметров измерительной аппаратуры можно создать такие услови , когда каждый из сейсмодатчиков будет зоспринимать сейсмическую информацию 55 от развивающейс  щели на ограниченном узком участке движени  ее фронта. С целью устранени  вли ни  на изме- рение собственных резонансных частот

3

каналов измерени  нелинейную верхнюю часть полосы пропускани  датчиков следует обрезать фильтром. Вредными  вл ютс  и нижние составл ющие спектра упругих колебаний фронта расслоени , так как они обладают относительно слабым затуханием и воздействуют одновременно на большое число сеймо- датчиков. Полоса фильтра, сто щего после сейсмодатчика, выбираетс  из характеристик сейсмодатчика, свойств горных пород и рассто ни  от выработки до расслоени  кровли.

Известно, что при распространении в породном массиве амплитудные значени  гармоник упругой волны измен ютс  по закону

Л -л

о.е.

где А - амплитудное значение некоторой гармоники упругой волны при

А - текущее значение этой амплитуды ; R - коэффициент поглощени  этой

же гармоники; L - рассто ние прохождени 

волны. При этом

-чь -« /71 -Jl./l ол о.е 0,6 о.е, где d - логарифмический декремент

затухани , определ ющий степень затухани  амплитудного значени  волны на участке, равном длине волны; F - частота колебаний волны; V - скорость распространени  волны в породном массиве. Таким образом

L. ,

„VА

где а .

Амплитуду упругой волны у фронта щели при стационарном нагружении на массив в период образовани  расслоени  можно считать квазипосто н- Ной. Из-за ограниченной чувствительности приемников существует А, ниже которой упруга  волна не улавливаетс . Максимальна  частота

FU гармоники сейсмического сиг- цс

нала, котора  улавливаетс  при прохождении волны рассто ни  L, определ етс  из соотношени 

„.c r- -i t.

При посто нной амплитуде упругой волны в месте ее возникновени  (у

232800.

границы расслоени ) и заданной чувствительности приемника

L-FM«KC const,

При всех прочих равных услови х 5 увеличение дальности прохождени  упругой волны возможно за счет пропорционального уменьшени  ее частоты

0

5

0

5

0

o

- макс L L,+ ЛЬ- --

макс

Применительно предлагаемому способу максимальную частоту гармоник спектра определ ют у усть  скважины в период проведени  предварительного

5 надрьта. Рассто ние L и возможно его отклонение дЪ от выработки до расслоени  задаетс  исход  из технологических требований подземного производства . Частота, на которую наQ страивают сейсмоприемники, определ етс  из полученной формулы. Таким образом, обеспечиваетс  гаранти  приема каждым из сейсмодатчиков сигналов акустической эмиссии, сопровож5 дающих развитие расслоени  и создаваемых продвигающимс  фронтом.

Кроме того, обеспечиваетс  отсеивание подавл ющей части низкочастотных составл ющих спектра сейсмического сигнала, распростран ющихс  на значительные рассто ни ,  вл  сь помехой при выборе полезного сиг- Нала.

Особенностью предлагаемого способа  вл етс  селекци  зон пространства горного массива посредством датчиков упругих волн с выбранным частотным диапазоном и определенной чувствительностью измерительного оборудовани , т.е. каждый из сейсмодатчиков принимает сейсмическую информацию о развитии расслоени  лишь на ограниченном участке движени  фронта расслЬени .

Применение предлагаемого способа позвол ет не только определ ть параметры расслоени  кровли горных выработок , но и управл ть процессом расслоени , т.е. по получаемым данным в нагл дной информативной форме судить о достигнутых размерах трещи-г ны и давать рекомендации дл  режимов нагнетани  жидкости при осуществлении гидроразрывов. Кроме того., способ применим в массивах с любыми свойст- 5 вами горных пород и прост в технической реализации в услови х шахт и Iрудников, опасных по газу, пыли и {выбросам.

Claims (1)

1. . СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАССЛОЕНИЯ КРОВЛИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, включающий возбуждение в массиве из скважины упругих колебаний и регистрацию этих колебаний, по параметрам которых определяют параметры расслоения кровли, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения скорости развития трещины, задают высоту расслоения кровли относительно горной выработки, на этой высоте возбуждают в массиве упругие колебания предварительным гидравлическим надрывом горной породы, у устья скважины регистрируют эти колебания, определяют максимальные значения частоты гармоник спектра этих упругих колебаний, проводят расслоение кровли и на определенных расстояниях от скважины регистрируют образующиеся при расслоении кровли упругие колебания на частоте, определяемой выражением

   Г люкс Г

   L+&L ’ где F - частота, на которой регистрируют. образующиеся при расслоении кровли упругие колебания;

   L - заданная высота расслоения кровли (относительно выработки) ;

   4.L — максимально допустимое отклонение расслоения от заданного значения;

   F_M0)KC максимальная частота гармоник спектра упругой волны у устья скважины при возбуждении массива гидравлическим надрывом.

   fi

   SU,,., 1232800 А1