Способ оценки напряженного состояния горного массива Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к способам оценки напряженного состояния массива горных пород на больших баэ.ах. измерения без бурения.скважин.

Известен способоценки напряженного состояния по кинематическим и динамическим параметрам сейсмических колебаний, распространяющихся через горный массив 1.

Недостаток этого способа заключается в его низкой достоверности, обусловленной темj что результаты измерений динамических параметров на 80% определяются условиями и качеством установки приемников сейсмических сигналов и анизотропией мас:сива, а это приводит к большим погрешностям измерения напряжений в горном массиве. Кроме того, способ позволяет проводить измерения только параллельно обнажению горного массива.

Известен способ оценки напряженного состояния горного массива, включаюпщй возбуждение мйссива, регистрацию времени прихода упругих и злектррмагнит1Л 1Х волн в первом пункте приема, определение времени запаздывания упругих волн относительно электромагнитных в первом пункте приема 2.

Недостатком известного способа является низкая точность оценки распределения напряжений в горном массиве, причины которой заключаются в следующем.,

Получаемый информативный параметр характеризует не локальное, а усредненное состояние горного массива на участке, определяемом базой прослеживания, расположенном в зоне влияния горной выработки, что дополнительно искажает характер распределения напряжений. Поскольку величина эффективного значения электромагнитных волн является функцией смещения частиц массива при больших затуханиях упругих волн и малых й атзосаниях электромагнитных (сейсмоэлектрических), что характерно для пород осадоч.ного происхождения., база прослеживания, а значит, и информа1;ивный параметр - время опережения электромагнитных волн относительно упругих не зависят от напряжения .3 массиве (при таких условиях опережения по своей величине

1464482

приближается к времени распространения упругой волны от; пункта возбуждения к пункту приема).

Целью изобретения является повышение точности оценки напряженного состояния массива.

Поставленная цель достигается ig-eM, что согласно способу оценки напряженного состояния горного массива, включающему возбуждение массива, регистрацию времени прихода. УПРУГИХ и электррмагнитных волн в первом пункте приема, определение времени запаздывания упругих

15 волн относительно электромагнитных в первом пункте приема, в первом и других пунктах приема, удаленных от первого на расстояние, величина которого устанавливается

0 требуемой детальностью измерений, измеряют наведенную ЭДС в заданные моменты времени и через интервал At, равный запаздыванию упругих волн в другие пункты приема по

5 отношению к Приходу упругой волны в первый пункт приема, затем определяют коэффициенты затухания упру:гих и электромагнитных волн на выбранных участках массива, заданных

Q произведением скорости распространения упругой волны на интервал времени 6t и по полученным коэффициентам затухания судят о напряженном состоянии горного массива.

На чертеже представлена схема измерения напряжений по данному способу.

На схеме обозначены пункт возбуждения упругой волны ПВ, пункты

- приема ПП| , ПП, .. , ,. ППц, базы прослеживания L , ..., L. выбранное время измерения наведенной ЭДС t , tji, .., разность времени прихода упругих волн в пункты прие. .ма ПП , ..., ПП ц относительного пункта ПП,д tj, ... ,ut , участки измерения напряженности и., ..., Л

шп. J промежуток времени измерения эффективного значения ЭДС t.

Способ реализуется следующим образом.

В горной вьфаботке устраивают измерительный профиль, на котором размещают приёмники сейсмических и электрических колебаний. В качестве последних используются шты.ревые электроды или катушки индуктивности. Причем в каждом пункте приема устанавливают один приемник упругих и несколько приемников электрических колебаний. - Приемники подключают к многоканальному регистратору, оборудова .ному входным нормированным аттенюатором и устройством запуска с регулируемой задержкой. На предвари.тельном этапе измерений возбуждают упругую волну в массиве в пУнкте ПВ и регистрируют первые вступления упругих волн в пункты приема ПП, , ППг, ... ППн. Определяют задержку вступления сигналов Д t j - tci (t 2, 3, ..., п). где tg и t - время от момента :возбуждения до первого вступления упругой волны в i-й и первый пункты приема. Предварительный этап и мерений может быть опущен при известных скоростях упругих волн и расстояниях от пункта взрыва до пунктов приема. На основном этапе измерений в каждом пункте приема к регистрато ру подключают сейсмоприемник и по два приемника электрических колебаний, причемпервые приемники электрических колебаний - к с равной задержкой времени за пуска tj (J 1, 1.., m), а вторые - к каналам с задержкой tj. + u Затем возбуждают вточке ПВ упруг волну и измеряют на приемниках на веденную электромагнитным эффект том ЭДС. При этом по амплитудным значениям ЭДС в каналах с равной задержкой определяют затухание электромагнитных волн на участке массива t L, а по данным ЭДС в ка налзх с задержкой tt + At опред ляют затухание упругих волн на этом же участке горного массива. Варьируя разносом пунктов приема, т.е. изменяя время U t, и временем задержки tj, можно исследоват с требуемой детальностью практиче ки любой участок горного массива, получая в нем значения коэффициен тов затухания электромагнитных и упругих воли {ди«, Ji t.aie сСе Игде затухание на участке :, электромагнитных и упругих волн f (L) и fj.(L) - функции расхождения, значение которых можно определить по диаграмме направленности , часто при расчетах f(L) принимают равными едиtj . А , А и А. .- амшштудные знвчения, наведенные ЭДС в пунктах приема ПП- и ПП в мо-. менты времени t-H tj + it. . На ограниченных участках обнажения горного массива, когда нет воз-, можности для разноса пунктов приема в тупиковых вырабсЙках и затухание упругих волн незначительно при высоком затухании электромагнитных волн, в 9ДНОМ пункте подключают несколько приемников электрических колебаний к каналам аппаратуры с различным нормированным уровнем чувствительности. Получаемое в этом случае время опережения электромагнитных волн относительно упругих характеризует интегральное значение напряженности : участку массива, ограниченного базой прослеживания (L , ..., Ь) , поскольку пороги чувствительности каналов различны и заранее известны, изменяя их от минимального до максимального, можно оценить характер распределения напряжения в маесине от обнажения до глубины, ограниченной базой прослеживания для максимальной чувствительности аппаратуры. Пример осуществления способа. Оценка напряженного состояния массива осуществляется между двумя участками обнажения горного массива, например, между выработками, расположенньв и на расстоянии до 100-150 м друг от друга. На одном участке размещают пункт взрыва (ПВ), а на другом устраивают измерительный профиль с количеством пунктов тфиема (ПП), определяемом количест вом каналов регистрирукйцей аппаратуры Расстояние между ПП устанавливают, исходя из требуемой деталь ности исследования массива. Например, если требуется оценить состоя ние массива на отрезках в 3 м, рас стояние cf- между ПП Должно удовлетворять условию с U(tc.- te) и Atj , где и - скорость упругих волн в массиве, а t,. и t врем на вступления сейсмических сигналов в первый и второй пункты приема (за нуль отсчета времени принимается момент взрыва). Поскольку определить априори время tс,, и t, очень трудно, на приемном профиле , устанавливают несколько пунктов приема с шагом 3-10 м, а полученну детальность оценивают по данным измерений параметров U и t,;. В пункте ПВ возбуждают упругий импульс. В каждом ПП (например, ПП и ГШг) ycTaHaBjfftBaiuT один приеь ник упругих и два приемника электричес ких колебаний. Входы регистрирующей аппаратуры оснащают ключевым устройством запуска с регулируемой задержкой. Допустим необходимо определить состояние массива на расстоянии L, от Ш1 с детальност 2,. Дпя этого возбуждают в ПВ упругий импульс и регистхтруют врем вступления упругих волн в ПП и ПП. Определяют задержку вступлен волны fltj t сг t с, и отрезок, на котором оценивается напряженно состояние Atj -и. Затем опр деляют время . -t, у(уЧ)-1 1 /л/

где t „ - время момента взрыва.

В каждом пункте приема один из приемников электромагнитных волн подключают к каналам с задержкой момента запуска t , а другой в ПП с задержкой t,+ /st . Затем снова возбуждают упругий импульс ирегистрируют пиковое значение наведенной ЭДС за отрезок ft, который должен быть не менее периода колебаний (Т). Различие в величинах наО 0,13 мс 0,53 мс

dt,f

0,5 м 2,0 м

mn

На участке 20-32 м от ПП, где расположено тектоническое нарушение сбросового типа, в области которого должна наблюдаться аномальная концентрация напряжений, обуславливающая повышенную трещиноватость и скачкообразное изменение электросопротивления массива, ий486веденных ЭДС в ПП и ПП по каналах с задержкой ц характеризует затухание электромагнитных волн на участке , поскольку затухания упругих волн на участке от ПВ до t равны. Различие же в величинах значений наведенных ЭДС в ПП и Ш по каналам с задержкой соответственно Ц и t + At, характеризует затухание упругих волн на участке ,2 поскольку затухания электромагнитных волн на участках от ПП до t иот ПП2 до utj равны. Варьируя разносом ПП, т.е. изменяя время ut, и временем задержки t. (1 2,3, ... , п, j 1, 2, ..., m), можно исследовать с требуемой детальностью любой участок горного массива, получая в нем значения коэффициентов затухания упругих df.. (г) и электромагнитных ( Я волн, где г - степень трещиноватости, а j - электросопротивление массива. „ При проверке работоспособности способа оценивалось состояние массива между Двумя восстающими, расположенными на расстоянии 104 м, пройденными в висячем боке рудного тела., В одной из вьфаботок был размещен измерительный профиль, на ко-, тором с шагом 10 м устанавливались 3 пункта приема. В качестве регистратора использовалась аппаратура Агат. Для удовлетворения условию Т входной сигнал поступал на аппаратуру через октавные фильтры OF-101 со средней частотой 2500 Гц. На первом этапе измерений определены времена задержки вступления упругих волн и детальность оценки состояния массива (средняя скорость упругих волн в массиве 3600 м/с). тервал исследования составлял 1 м с детальностью 0,5 м. Выбранные времена задержки и значения полученных наведенных ЭДС сведены в таблицу По полученным данным построен разрез,, на котором в районе 24-27 м определена аномальная зона повышенных концентраций напряжений. Геологоразведочным бурением на этом участ ке подсечено тектоническое на Глубина 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

tj(Mc) 23,Э 23,1 22,8 22.5 22,2 22,0 21.7 21.421,0 20.7 20.520,320,0

(tj) 1,01 1,ОГ 1,015 1,012 1.015 j.27 1,0171,01 1,01 U012 1,011,011,01

А„п2 ° 1.201,21 1,201,221,20. (tj At.J.r рушение. Погрешность измерения 10%. .-; Предлагаемый способ повьшает точ ность оценки характера распределения напряжений в массиве по линии, соединякщей пункты возбуждения и приема, которое составляет 40-60%, что позволяет выбирать более оптимальные условия поддержания выраббток, точнее прогнозировать аномальные зоны н апряжений массива.

СПОСОБ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА, включающий возбуждение массива, регистрацию времени прихода упругих и электромагнитных волн в перво 1 пункте приема, определение времени запаздывания упругих волн относительно электромагнитных в первом , пункте приема, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности оценки напряженного состояния массива, в первом и в других пунктах приема, удаленных от первого на расстояние, величина которого- устанавливается требуемой деталью измерений, измеряют наведенную ЭДС в заданные моменты времени и через интервал At, равный запаздыванию упругих волн в другие пункты приема по отношению к приходу упругой волны в первый пункт приема, .затем определяют коэффициенты затухания упругих и электромагнитных волн на выбранных участках массива, за(Л данных произведением скорости рас- . пространения упругой волны на интервал времени it, и по полученным коэффициентам затзпсания судят о напряженном состоянии горного массива. 4 (