Способ оценки устойчивости массива горных пород борта карьера Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки.устойчивости массива горных пород борта карьера, а также исследования напряженного состояния горнмх пород для управления устойчивостью бортов. Известен метод погруженных элект родов, включающий бурение скважин на исследуекюм участке, погружение в них двух питающих электродов для пропускания тока на глубине и прове дение измерений градиента потенциала по профилям между скважина1«1 на поверхности земли Ш. Наиболее близким по техн ческой сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ оценки устойчивости массива горных пород борта карьера, включаю1фй бурение скважин на исследуемом участке; погружение в них на разные глубины питёиощих электродов попарно на одной глубине в разных скважинах, измерение градиента потенциала по профилям между скважинами и пересче их в кажущиеся удельные сопротивления 2 . Однако данные методы могут &лть использованы только в том случае, когда расстояние между скважинами не более трех глубин скважин, Недостатками способов являются узкая область применения и трудоемкость, связанная с бурением значительного количества скважин, Цель изобретения - повышение точ ности определения момента зарождени скрытых стадий развития оползней горных пород и контроля оползнеопас ных зон в течение, длительных сроков отработки карьеров при минимальных затратах, Указанная цель достигается тем, что в способе оценки устойчивости массива горных пород борта карьера включгиощем бурение скважин на иссле дуемом участке, погружение в них на разные глубины питающих электродов попарно на одной глу.бине в разных сквсшсинах, измерение градиента поте циала по профилям между скважинам и перерасчет их в кажущиеся удельные сопротивления, скважины бурят На участке, предрасположенном к оползням, выбирают базовый профиль в зоне равновесного напряженного со стояния пород и на расстоянии одна от другой, равном не менее трех дли исследуемого участка, измерения про изводят по базовому и 4-5 линейным профилям периодически, и по экстремальным изменениям во-времени отношений кажущихся удельных сопротивлений линейных профилей к базовому судят о моменте зарождения оползня Уменьшение отношений кажущихся удельных сопротивлений до минимума, равного 0,1-0,5 фоновых значений, обвязывают с обводнением зарождающейся скрытной стадии, а при увеличении отношений кажущихся сопротивлений до максимума, равного 2-3 фоновым значениям, связывают с зарождающейся скрытной стадией без обводнения. Кроме того, измерение разностей потенциалов по базовому и линейным профилям на всех горизонтах ;:проиэводят при лунно-солнечных приливных пи ковых вариациях сразу после взрывных работ и в период максимального сезонного подъема уровня подземных вод. На фиг, 1 изображена технологическая установка, используемая при осуществлении способа, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - графики изменения отношеция кажущихся удельных сопротивлений на линейных .профилях р к ка жущимся удельным сопротивлениям на базовом профиле р , Технологическая установка содер жит борт 1 карьера, исследуемый участок 2, скважину 3, погруженные электроды 4, линейные профили 5, базовый профиль 6, линейный профиль 7 на уступе, уступы 8, генератор 9 электрического тока, тектонические нарушения 10, карст 11, скальные породаа 12, закарстованные скальные порода 13, суглинки 14. На фиг. 2 - I, 11, Jtt - глубины пропускания тока. Способ осуществляется следующим образом. На площади, примыкающей к борту 1 карьера, выбирается по геологическим Данным исследуемый участок 2. Вдоль борта 1 карьера бурятся две вертикгьпьные скважины 3 (фиг. 1), в которые погружаются (попарно) питающие электроды 4 контактами на разных (I, II, Ш) глубинах (фиг. 2). Расстояние между скважинами 3 выбирается равным трем длинам исследуемого участка 2, причем исследуемый участок 2 находится посередине между скважинами 3. На исследуемом участке 2 разбиваются 4-6 линейных профилей 5, а также базовый профиль б, расположенный в зоне расновесного напряженного состояния. Возможно и расположение 2-3 линейных профилей 7 на уступах 8. Начало зоны равновесного напряженного состояния находится на расстоянии RB от борта карьера и расчитывается по формуле Н где г - коэффициент, зависящий от угла наклона борта;

Г 0,9+1,1 Н - высота борта карьера.

На погруженные электроды 4 с помощью генератора 9 подается электри.ческий ток на глубину I (фиг. 1 и 2) а измерение разности потенциалов проводят по линейным 5 и базовому б профилям с шагом, необходимым для получения точной информации о геологических структурах, обычно шаг измерения равен 5-1о м.

После измерения разности потенциалов на профилях 5 и б электрический ток подается на следующую глубину И, а измерение разности потенциалов повторяется по профилям 5 и б. Так измерение повторяется при пропускании тока на всех глубинах.

После измерения проводится расчет отношения рк /ри между базовым и линейным профилями, по которому судят о физическом состоянии массива горных пород на каждой глубине. Измерения повторяются во времени с интервалом от 15 до 30 дней, а при обнаружении на графиках экстремальных значений измерение учащается с интервалом 4-10 дней.

Для интерпретации полученных данных строится график изменения отношений по профилям и на разных глубинах (фиг. За), что .позволяет определить .местоположение скрытной стадии развития оползня в плане и по глубине. Минимум значений информирует о том, что возникновение скрытной стадии оползня сопровождается обводнением, а максимум отнсшений без обводнения.

Кроме этого, строится график изме нения отношений во времени для каждои точки измерения на линейнс профиле над очагом зарождения огТЬлзня.

На фиг. 36 показан график изменения отношений во времени при экстремальных значениях, частота измерений увеличивается в аномальной зоне Максимум значения отношения информирует о том, что возникновение скрытной стадии оползня проходит без обводнения. При анализе времени зарождения скрытной стадии оползня в каждой точке можно судить о скорости и направлении развития оползня, а также определять другие параметры оползня, например формирова. ние поверхности скольжения.

По предлагаемому способу оценки устойчивости борта карьера повыЁаение точности момента зарождения скрытной стадии развития оползня обеспечивается за счет установки профилей наблюдений на заранее изае стных по геолого-разведочным данным оползнеопасных участках, что сокращает затраты и повышает эффективность и достоверность проведенных

наблюдений; пропускание токов повышенной плотности на.различных глубинах через предрасположенные к оползням геологические неоднородности (карсты, закарстованные породы, тектонические нарушения и т.д.) повышает интенсивность, возбуждаемых неоднородностями элekтpoмaгнитныx аномалей, что позволяет фиксировать на поверхности земли зарождающиеся изменения физических свойств пород, а это дает точное определение времени и местоположения очага изменения свойств пород.

Физической основой предлагаемого способа оценки устойчивости масси ва горных пород борта карьера является коррелятивных зависимостей между изменением физических свойств горных пород в процессе их деформаций и картиной искусственного возбуждения электрического поля. Оценк устойчивости базируется на известном положении, что процесс разрушения массива горных пород, примыкающего к бортам и откосам, развива ется в две стсщии:.первая - скрытная сопровождается определенным периодом (часто весьма длительным) микродеформаций, иногда развиваюсцихся в нескольких областях массива цткоса; вторая - явная - сопровождается появлением видимых трещин, смещением отдельных блоков пород, их оползанием и обрушением.

Во время скрытной стадии процесс оползнеобразование происходит наряду с образованием микротрещинJ происходит одновременное заполнение их водой, разрушенным и переотложенным материалом, что приводит к изменениям кажущегося удельного электрического сопротивления р породы. Эти изменения могут быть зафиксированы электрометрическими метода 1и.

Обнаружение момента развития скрытной стадии развития оползня горных пород, которая длится месяцами, позволяет принять активные действия, направленные на предотвращение аварий и сокращение ущерба,, наносимого оползневым явлением.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является оценка устойчивости массива горных пород по скрытной стадии развития оползневых явлений. Известно, что явную стадию развития оползня, которая всегда кратковременна и приводит к авариям, можно определить как визуально, так и приборами известных способов. В настоящее время обнаружение явных стадий 4 азвития оползней не представляет затруднений.

Предлагаемый способ учитывает известное положение о существовании в массиве горных пород зоны равновеснбго напряженного состояния, которая расположена на некотором расстоянии от борта карьера, и в которой не могут развиваться как скрытные, так и явные стадии оползневых явлений. Расположение базового профиля в этой зоне дает возможность при пропускании электрического тока на различных глубинах получать стабильные значения / , которые принимаются в способе за Фоновые.

Расположение линейных профилей как на уступах, так и вблизи бортов карьеров позволяет по предлагаемому способу фиксировать изменения физических свойств горных пород через параметр по измеренной на поверхности {на профиле) разности потенцигшов.

Построение графиков отношений РК/РК создает возможность обнаружения изменений физического состояния пород на различных глубинах при пропускании токов на этих глубинах.

Графики вышеназванных отношений позволяют распознавать аномалии, вызванные атмосферными и техногенныг ми факторами.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения составит только на РПО Укрог

332,0 тыс.руб.

неупорнеруд

Использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволит вести эффективно управление устойчивостью бортов карьеров, разрабатывать противоподземные мероприятия, что позволит улучшить планирование горных работ, предотвратит возникновение аварийных ситуаций, уменьшит засорение сырья пустыми породами, увеличит коэффициент извлечения полезного ископаемого.

Широкое внедрение предлагае 4ого способа будет способствовать сохранению природного ландшафта, сохранению окружающей .

1. СПОСОБ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВрСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД БОРТА КАРЬЕРА, включающий бурение скважин на исследуемом участке, погружение в них на разные глубины питаюсшх элект родов попарно на одной глубине в разных скважинах, измерение гради ента потенциала по профилям между скважинами и перерасчет их в кажущиеся удельные сопротивления ; о т ли ч a ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения момента зарождения скрытЕЦ: стадий развития оползней горных пороД и .контроля аползнеопасных ,зон в тече яе длительных сроков отработки карь еров при минимальных затратах, сква,жины бурят на участке, предраспало женном к оползням, выбирают базовый профиль в зоне равновесного напряженного состояния пород, и на расстоянии одна от другой, равном не менее трех длин исследуемого участка, измерения производят по базовому и 4-5 линейлым профилям периодически, иПО экстремальным изменениям во времени отношений кажущихся удельных сопротивлений лин,ейных профилей к базовому судят о моменте зарождения оползня. 2. Способ по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что, с целью опреде- ления причин возникновения скрытных с стадий развития оползня, уменьшение (П I отношений кажущихся удельных conpo-i тивлений до минимума, равного 0,1-0,5 фоновых значений, связывают с обвода1ением зарождающейся скрыт-ной стадии, a при увеличении отношений кажущихся сопротивлений до максимума, равного 2-3 фоновым значени ям, связывают с зарождающейся скрытной стадией без обводнения. О) 3.. Способ по пп, 1 и 2, о т л ич аю щ и и с я , что, с целью 4; тювшиения экспрессности изучения момента зарождения скрытных стадий развития оползней, измерение разности потенциалов по базовому и линейным на всех горизонтах производят при лунно-солнечных приливных пиковых вариациях,сразу после взрывных работ и в период максимального сезонного подъема уровня подзет шых вод.