СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД ПРИ КРЕПЛЕНИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 2001 года по МПК E21C39/00 

Описание патента на изобретение RU2162149C1

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения устойчивости пород при креплении горных выработок, преимущественно в условиях недостатка информации о свойствах массива, например, на новых месторождениях и рудных полях.

Известен способ контроля устойчивости бортов карьеров (Muller L. The Rock Slide in the Vaiont Valley // Rock Mechanics & Engeneerig Geology, 1964, 2, p. 148-212), включающий измерение деформаций пород, определение начальных скоростей приращения деформаций при разгрузке выработки и оценку устойчивости пород по их величине.

Недостатком известного способа является невозможность его применения в условиях подземных горных выработок из-за существенного различия в характере развития сдвижения пород в бортах карьеров, где реализуются смещения блоков пород по поверхностям скольжения в отличие от горных выработок, где неупругие смещения пород вблизи контура выработки ведут к разуплотнению их, разрушению и вывалообразованию. На новых месторождениях, при недостатке данных о свойствах массива, мало информации о величинах скоростей приращения деформаций пород, соответствующих различным классам их устойчивости, что отрицательно сказывается на точности определения устойчивости пород при реализации известного способа.

Известен способ определения устойчивости пород (Bieniawsky Z.T. Case studies: prediction of rock mass behavior by the geomechanics classification // Second Australia - New Zealand conference on geomechanics, 1975, p. 36-41), включающий измерение на опытном участке связанных с устойчивость породы параметров: прочности породы, выхода керна, водопритока, расстояния между трещинами, их раскрытия и элементов залегания, определение эмпирическим путем времени tу устойчивого стояния выработки и оценку устойчивости пород путем сравнения его с эталонными значениями времени устойчивости стояния для конкретных классов устойчивости горных пород.

Недостатком известного способа является неконкретный характер эмпирической связи измеряемых на опытном участке параметров с устойчивостью пород при определении рейтинговой числовой оценки, по которой определяют время tу устойчивого стояния выработки на опытном участке. Это приводит к субъективности оценки отдельных параметров, суммированию ошибок измерения по шести параметрам и отрицательно влияет на точность определения устойчивости пород.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ определения устойчивости закрепленной горной выработки (а. с. СССР N 1089259, E 21 C 39/00, опубл. в БИ N 16, 1984), включающий разгрузку выработки на опытном участке, определение начальной скорости приращения остаточных деформаций пород закрепной зоны и оценку устойчивости пород по ее величине.

Недостатком известного способа является недостаточная точность определения устойчивости пород: выделяются только две категории устойчивости (устойчивые и неустойчивые), в то время как в мировой и отечественной практике принято пять категорий устойчивости пород (Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах.- М.: Недра, 1989, с. 75). Кроме того, известное техническое решение предполагает измерение начальной скорости приращения остаточных деформаций пород на локальных участках массива, взаимодействующих с распорной балкой, что технически более сложно, чем измерение начальной скорости смещения контура выработки. А так как напряжения и деформации неравномерно распределены по периметру сечения выработки, то в процессе измерения не учитывается влияние особенностей напряженно-деформированного состояния (НДС) массива, прочности и нарушенности пород на их устойчивости. Все это снижает точность определения устойчивости пород.

Практика эксплуатации подземных месторождений в период их разведки и освоения показывает, что зачастую аварийные ситуации в горных выработках и разрушения крепи связаны с недостаточной точностью оценки устойчивости пород.

Техническая задача: повышение точности определения устойчивости горных пород при креплении горных выработок в условиях недостатка данных о свойствах массива, например, на новых месторождениях и рудных полях за счет использования эмпирической зависимости времени tу устойчивого стояния выработки от средней начальной скорости Vк смещения ее контура, константы a и b которой характеризуют интенсивность деформаций разгрузки массива, отражают влияние особенностей НДС массива, прочности и структурной нарушенности пород на их устойчивость для более детального определения устойчивости пород на опытном участке в диапазоне пяти классов устойчивости пород.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения устойчивости пород при креплении горных выработок, включающем разгрузку выработки на опытном участке, определение начальной скорости приращения остаточных деформаций пород закрепной зоны и оценку устойчивости пород в зависимости от величины этой скорости, согласно изобретению, предварительно производят, по крайней мере, в двух незакрепленных забоях парные определения величин средней начальной скорости Vк смещения контура выработки, пропорциональной начальной скорости приращения остаточных деформаций пород закрепленной зоны, и затем времени tу ее устойчивого стояния. После этого для этих забоев определяют константы a и b эмпирической зависимости
tу = a/(Vк - b),
где tу - время устойчивого стояния выработки, с;
a - константа, м;
Vк - средняя начальная скорость смещения контура выработки, м/с;
b - константа, м/с.

Затем определяют среднюю начальную скорость Vк смещения контура выработки на опытном участке, после чего по указанной эмпирической зависимости и полученным в незакрепленных забоях константам a и b этой зависимости вычисляют время tу устойчивости стояния выработки на опытном участке и оценивают устойчивость пород на нем путем сравнения tу с эталонными значениями времени устойчивого стояния выработки для конкретных классов устойчивости пород.

При этом достигается повышение точности определения устойчивости пород при креплении горных выработок в условиях недостатка данных о свойствах массива за счет определения констант a и b эмпирической зависимости времени tу устойчивого стояния выработки от средней начальной скорости Vк смещения ее контура, которые интегрально характеризуют интенсивность деформаций разгрузки массива и косвенно отражают влияние особенностей НДС массива, прочности и структурной нарушенности пород на время устойчивого стояния выработки, которое, в конечном итоге, определяет устойчивость пород как классификационный признак. Это позволяет производить оценку устойчивости пород на опытном участке в диапазоне пяти классов устойчивости пород.

Целесообразно в весьма неустойчивых породах начальные скорости Vк смещения контура выработки измерять по реперам, установленным на груди забоя.

В этих условиях очень мало время tу устойчивого стояния выработок, как правило менее часа, и поэтому невозможно за этот период провести измерения скоростей смещения контура выработки, оценить устойчивость пород и произвести крепление. Достаточно информативной в этих условиях является скорость смещения контура выработки на груди забоя закрепленной выработки, близкая по величине к средней начальной скорости Vк смещения контура незакрепленной выработки. В этом направлении происходит и первичное обрушение в весьма неустойчивых породах. Следовательно, в весьма неустойчивых породах можно с достаточной точностью измерять по реперам, установленным на груди забоя, и начальную скорость Vк смещения контура выработки, и время tу устойчивого стояния выработки для определения констант a и b указанной эмпирической зависимости, что существенно упрощает реализацию способа в этих условиях.

Сущность технического решения иллюстрируется примером определения устойчивости пород при креплении горных выработок, чертежами и таблицей, где: на фиг. 1 показано поперечное сечение горной выработки; на фиг. 2 - продольный разрез через выработку; на фиг. 3 - пример аппроксимации эмпирической зависимости времени tу устойчивости стояния выработки в незакрепленном забое от средней начальной скорости Vк смещения ее контура по данным 18 предварительных замеров на месторождении "ВТ"; на фиг. 4 - пример определения устойчивости пород на конкретном опытном участке месторождения "ВТ" по указанной эмпирической зависимости, представленной в логарифмических координатах; в табл. - классификация пород месторождения "ВТ" по устойчивости.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

На месторождении, где предполагается определять устойчивость пород при проведении и креплении горных выработок, выбирают, по крайней мере, два незакрепленных забоя для проведения предварительных измерений. Наиболее подходят тупиковые выработки в заведомо неустойчивых породах, где есть возможность непосредственно измерить время tу устойчивости их стояния (от момента образования до первичного обрушения). В массиве пород 1 на контуре 2 выработки 3 закладывают реперы 4 и измеряют начальные скорости V1 - V4 смещения контура 2 выработки 3 (фиг. 1, 2). Затем определяют расчетным путем их среднюю величину - среднюю начальную скорость Vк смещения контура 2 выработки 3. Разгрузку массива пород 1 осуществляют образованием выработки 3, что при геомеханических наблюдениях является одной из основных схем возмущения НДС массива, используемых для инструментальных измерений приращений деформаций на больших базах (Курленя М.В., Попов С.Н. Современные способы диагностики напряженного состояния горных пород путем его возмущения // Механика горных пород и механизированные крепи. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1985, с. 56-62). Затем там же измеряют время tу устойчивого стояния выработки, фиксируя на расстоянии момент первичного обрушения пород, после чего для незакрепленных забоев определяют константы a и b указанной эмпирической зависимости (фиг. 3). В связи с гиперболическим характером этой зависимости достаточно двух незакрепленных забоев для проведения предварительных измерений и вычисления констант a и b.

Для определения устойчивости выработки на опытном участке используют известную эмпирическую зависимость tу = a/Vк - b), константы a и b которой были определены. На опытном участке определяют среднюю начальную скорость Vк смещения контура выработки на основании измерения начальных скоростей V1 - V4 смещения контура 2 выработки 3 на опытном участке (фиг. 1, 2), если он не закреплен, или на основании измерения начальных скоростей V6, V7, если установлена крепь 5. Затем вычисляют по указанной эмпирической зависимости и полученным в незакрепленных забоях константам a и b этой зависимости время tу устойчивого стояния выработки и оценивают устойчивость пород путем сравнения tу с эталонными значениями величин времени tу1, tу2, tу3, tу4 (фиг. 4) устойчивого стояния выработок, соответствующими границам конкретных классов устойчивости пород (I-V), которые определены в работах Бенявски З.Т., Агошкова М.И., Булычева Н.С. и др.

Изменение на опытном участке величин таких параметров, как уходка l, м, высота h, м и полупролет B, м сечения выработки по сравнению с предварительными измерениями, требует внесения расчетным путем соответствующих поправок в эталонные значения времени tу устойчивого стояния выработки.

В весьма неустойчивых породах, обрушающихся сразу после проведения выработки, не всегда возможна организация измерения начальных скоростей V1-V4 смещения контура 2 (фиг. 1, 2) для определения их средней величины Vк, но достаточно велика, даже в полностью закрепленной выработке при l = 0, начальная скорость V5 смещения контура 2 на груди 6 забоя (фиг. 2). Это позволяет использовать непосредственно измеренную величину V5 для оценки устойчивости пород вышеописанным способом.

В качестве примера рассмотрено определение устойчивости пород при креплении горных выработок разведочно-эксплуатационной шахты месторождения "ВТ" Целинного ГХК при эмпирической зависимости (фиг. 3) вида
tу = 0,24/(Vк - 2,5 · 10-7).

Как это видно на фиг. 4, в логарифмических координатных осях она близка к линейной зависимости. Границы классов устойчивости пород для выработки с высотой h = 4,1 м и пролетом B = 2,2 м (сечением в проходке 14,12 м2), соответствующие эталонным значениям величин времени tу1, tу2, tу3, tу4 (фиг. 4) устойчивого стояния выработок, приведены в таблице.

Измеренная на опытном участке в выработке средняя начальная скорость смещения контура выработки Vк* = 7,1 · 10-5 м/с (фиг. 4) соответствует по эмпирической зависимости tу* = 3,3 · 103 с (55 мин), что по таблице позволяет отнести породу к классу весьма неустойчивых пород (V). Фактическое обрушение пород произошло через 58,5 мин. Аналогично проводят определения устойчивости пород при креплении горных выработок и для других классов устойчивости пород.

Из примера видно, что использование предлагаемого изобретения позволяет достигнуть достаточно высокую точность определения устойчивости пород и классифицировать их по пяти категориям устойчивости пород в условиях недостаточности данных о свойствах массива, а именно на новых месторождениях и рудных полях.

Похожие патенты RU2162149C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ПОРОД ШТАНГАМИ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ 1997
  • Стажевский С.Б.(Ru)
  • Изаксон В.Ю.(Ru)
  • Власов В.Н.(Ru)
  • Колимвас Дмитрий
RU2132464C1
ТЮБИНГ ГЛАДКОСТЕННЫЙ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, ПРОЙДЕННЫХ В ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ 1996
  • Власов В.Н.
  • Устюгов М.Б.
  • Изаксон В.Ю.
RU2105152C1
СПОСОБ ОТРАБОТКИ ТРУБКООБРАЗНЫХ КИМБЕРЛИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НАКЛОННЫМИ СЛОЯМИ ПО ВОССТАНИЮ МЕХАНИЗИРОВАННЫМ КОМПЛЕКСОМ С ЗАКЛАДКОЙ 1998
  • Изаксон В.Ю.
  • Новопашин М.Д.
  • Власов В.Н.
  • Клишин В.И.
  • Власов И.Н.
  • Крамсков Н.П.
RU2155868C2
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОБВОДНЕННОЙ КИМБЕРЛИТОВОЙ ТРУБКИ К ПОДЗЕМНОЙ ОТРАБОТКЕ 1999
  • Курленя М.В.
  • Изаксон В.Ю.
  • Власов В.Н.
  • Власов И.Н.
  • Клишин В.И.
RU2153072C1
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОБВОДНЕННОЙ КИМБЕРЛИТОВОЙ ТРУБКИ К ПОДЗЕМНОЙ ОТРАБОТКЕ В РАЙОНАХ С ХОЛОДНЫМ КЛИМАТОМ 1999
  • Курленя М.В.
  • Изаксон В.Ю.
  • Власов В.Н.
  • Власов И.Н.
RU2151292C1
СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ И ОСНАЩЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ДВИЖЕНИЕМ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПРИ ПРОГНОЗЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ ТЕХНОГЕННЫХ 2000
  • Курленя М.В.
  • Кулаков Г.И.
  • Устюгов М.Б.
RU2183331C1
СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ 1995
  • Курленя М.В.
  • Еременко А.А.
  • Фрейдин А.М.
  • Опарин В.Н.
  • Еременко В.А.
RU2083848C1
СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА 1996
  • Еременко А.А.
  • Кочетов В.В.
RU2097566C1
СПОСОБ РАЗРАБОТКИ СЛЕПЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПОД ОХРАНЯЕМЫМИ ОБЪЕКТАМИ 1998
  • Фрейдин А.М.
  • Шалауров В.А.
  • Кореньков Э.Н.
  • Усков В.А.
  • Пашкевич А.А.
  • Филиппов П.А.
RU2147683C1
СПОСОБ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 1994
  • Федоров Л.Н.
RU2090754C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 162 149 C1

Реферат патента 2001 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД ПРИ КРЕПЛЕНИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Изобретение относится к горной промышленности. Технический результат изобретения - повышение точности определения устойчивости горных пород в условиях недостатка данных о свойствах массива, например, на новых месторождениях и рудных полях. Для этого способ включает разгрузку выработки на опытном участке, определение начальной скорости приращения остаточных деформаций пород закрепной зоны и оценку устойчивости пород в зависимости от величины этой скорости. При этом предварительно производят по крайней мере в двух незакрепленных забоях парные определения величин средней начальной скорости Vk смещения контура выработки, пропорциональной начальной скорости приращения остаточных деформаций пород закрепной зоны, и времени ty ее устойчивого стояния. Затем для этих забоев определяют константы а и b эмпирической зависимости и среднюю начальную скорость Vк смещения контура выработки на опытном участке. По приведенной эмпирической зависимости и полученным в незакрепленных забоях константам а и b этой зависимости вычисляют время ty устойчивого стояния выработки на опытном участке. Устойчивость пород на нем оценивают путем сравнения ty с эталонными значениями времени устойчивого стояния выработки для конкретных классов устойчивости пород. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 162 149 C1

1. Способ определения устойчивости пород при креплении горных выработок, включающий разгрузку выработки на опытном участке, определение начальной скорости приращения остаточных деформаций пород закрепной зоны и оценку устойчивости пород в зависимости от величины этой зоны, отличающийся тем, что предварительно производят по крайней мере в двух незакрепленных забоях парные определения величин средней начальной скорости Vк смещения контура выработки, пропорциональной начальной скорости приращения остаточных деформаций пород закрепной зоны, и затем времени tу ее устойчивого стояния, после чего для этих забоев определяют константы a и b эмпирической зависимости
tу = a/(Vк - b),
где tу - время устойчивого стояния выработки, с;
a - константа, м;
Vк - средняя начальная скорость смещения контура выработки, м/с;
b - константа, м/с;
затем определяют среднюю начальную скорость Vк смещения контура выработки на опытном участке, после чего по указанной эмпирической зависимости и полученным в незакрепленных забоях константам a и b этой зависимости вычисляют время tу устойчивого стояния выработки на опытном участке и оценивают устойчивость пород на нем путем сравнения tу с эталонными значениями времени устойчивого стояния выработки для конкретных классов устойчивости пород.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в весьма неустойчивых породах начальные скорости смещения контура выработки измеряют по реперам, установленным на груди забоя.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2162149C1

Способ определения устойчивости закрепленной горной выработки 1982
  • Логинов Александр Яковлевич
  • Зверев Алексей Борисович
  • Усов Владимир Ильич
SU1089259A1
Способ контроля устойчивости горных выработок 1984
  • Ржевский Владимир Васильевич
  • Иофис Игорь Моисеевич
  • Овласюк Олег Владиславович
SU1170142A1
Способ оценки устойчивости кровли горных выработок 1990
  • Гликман Адам Григорьевич
  • Пахтусов Михаил Юрьевич
  • Симанский Игорь Анатольевич
  • Стародубцев Андрей Анатольевич
SU1789686A1
Способ контроля напряженно-деформированного состояния массива горных пород 1990
  • Протопопов Игорь Иванович
  • Пискарев Владимир Константинович
  • Удалов Андрей Евгеньевич
  • Афанасьев Юрий Сергеевич
  • Кашпиров Олег Серафимович
SU1756564A1
Способ контроля напряженного состояния массива горных пород 1980
  • Ямщиков Валерий Сергеевич
  • Павлов Лев Львович
  • Карбачинский Владимир Михайлович
  • Вознесенский Александр Сергеевич
  • Коган Израиль Шмульевич
  • Битимбаев Марат Жакупович
  • Корн Александр Викторович
SU947421A1
Способ определения деформаций горных пород 1979
  • Афанасьев Юрий Сергеевич
  • Ворошилов Иван Куприянович
  • Палий Виктор Дементьевич
  • Протопопов Игорь Иванович
  • Рева Владимир Николаевич
  • Смелянский Евгений Стефанович
  • Спирин Леонид Александрович
  • Тимохин Алексей Николаевич
  • Троицкий Владимир Семенович
  • Пащенко Александр Викторович
SU773266A1
СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ НЕУСТОЙЧИВОЙ КРОВЛИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 1991
  • Козел Константин Климентьевич[Ua]
RU2019698C1
ПРОДУЦЕНТ МОНООКСИДА АЗОТА В ПИЩЕВОЙ, ИЛИ ДИЕТИЧЕСКОЙ, ИЛИ МЕДИКАМЕНТОЗНОЙ КОМПОЗИЦИИ, ДИЕТИЧЕСКАЯ ИЛИ МЕДИКАМЕНТОЗНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 1997
  • Руссель Эдмон Даниель
  • Легран Шарль Габриель
  • Легран Марк Энри
  • Ролан Натали
RU2204400C2
ВИДЕО КОНТРОЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ 2012
  • Калинин Борис Павлович
RU2587408C2
ЯМЩИКОВ В.С
Контроль процессов горного производства
- М.: Недра, 1989, с
Деревянное стыковое скрепление 1920
  • Лазарев Н.Н.
SU162A1

RU 2 162 149 C1

Авторы

Усков В.А.

Леонтьев А.В.

Даты

2001-01-20Публикация

1999-06-22Подача