Способ контроля напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

1 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при контроле напряженного состояния массива горных пород в окрестностях горных выработок. Известен способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включающий бурение шпура, заполнение его твердеющим моногенны материалом, прозвучивание образован ного таким образом стержня акустическим сигналом} по изменению скорости или коэффициента затухания которого оценивают изменения напряженного состояния массива lj. Недостатком данного способа является невозможность оценки с его помощью пространственного распредел ния напряжения по глубине от контур горной выработки (в частности, опре деления местоположения максимума зоны опорного давления) в связи с отсутствием доступа к торцу прозвучиваемого стержня, находящемуся в глубине массива. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ контроля напряженного состояния массива горных пород включающий прозвучивание ультразву|Ковьгми импульсами участков массива, расположенных между параллельными скважинами по их глубине, определение местоположения максимума зоны, опорного давления 2, Недостатком известного способа является низкая точность определения местоположения максимума зоны опорного давления, обусловленная тем, что при его реализации об изме нении напряжений с глубиной судят по относительному изменению скорост распространения ультразвуковых коле баний от участка к участку. Однако различие в скоростях распространения ультразвуковых колебаний на участках вблизи контура выработки и в зоне опорного давления рбьмно не превышает 30%, Такое незначитель ное различие не позволяет точно выяв лять местоположение максимума зоны опорного давления. Этот недостаток особенно характерен для горных пород обладающих высокой пластичностью (например, соляных горньк пород), где указанное различие не превьшает 15-20%, в результате чего ультра02звуковой контроль напряженного состояния на соляных месторождениях: практически не используется. Цель изобретения - повышение точности контроля напряженного состояния массива горных пород. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля напряженного состояния массива горных пород, включающему прозвучивание ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между параллельными скважинами по их глубине, определение местоположения максимума зоны опорного давления, измеряют длительность переднего фронта ультразвукового импульса, по относительному изменению последнего от глубины судят о распределении напряжен.ий в окрестности горной выработки, при этом минимуму длительности переднего фронта ультразвукового импульса соответствует максимум зоны опорного давления. На фиг. 1 представлена схема реализации способа на фиг. 2 - график зависимости относительного изменения длительности переднего фронта ультразвукового импульса с глубиной. В кровле, стенке или почве выработки бурят две параллельные скважины (шпура) 1 и 2 на глубину 5-8 м, по которым параллельно перемещают излучающий ультразвуковой преобразователь 3 и приемный ультразвуковой преобразователь 4 дискретно с шагом 10-20 см. Электрическими импульсами ультразвукового прибора 5 возбуждают излучающий преобразователь 3, с помощью которого импульсные ультразвуковые колебания излучают в межскважинное пространство 6. Преобразователем 4 принимают прошедшие межскважинное пространство 6 ультразвуковые колебания, длительность переднего фронта которых измеряют с помощью прибора 3. Совокупность результатов измерений длительности фронта Т (фиг. 2) отражает распределение напряжений в окрестностях горной вьфаботки с глуби-ной. Так участок вблизи контура выработки характеризуется нарушением . сплошности массива, обусловленным воздействием буровзрывных работ и действием горного давления. На этом участке происходит интенсивное поглощение высокочастотньгх составляю1ЦИХ спектра ультразвукового импульса и соответственно уменьшение крутизны и увеличение длительности его переднего фронта. Далее по мере удаления точек измерения от контура выработки располагается участок с повышенными значениями напряжений, соответственно меньшей пористостью и трещиноватостью. Этому участку соответствует минимальная длительность фронта t Далее следует участок сохранного массива, на котором не произошло изменение напряжений и структуры под влиянием выработки. Здесь длительности переднего фронта имеют промежуточные значения, по сравнению с первым и вторым участками.

Предлагаемый способ может .быть реализован и по методике акустического каротажа, когда прозвучиванию последовательно подвергаются участки массива расположенные вдоль скважины по ее глубине, причем излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи располагаются в одной скважине.

Проводят экспериментальную проверку предлагаемого способа в подготовительных вьфаботках рудников. При этом используют стандартную ультразвуковую аппаратуру УК-14П, позволяющую измерять автоматически длительность переднего фронта ультразвуковых импульсов.

Измерения показали, что длительность переднего фронта ультразвукового импульса является более информативным параметром при контроле напряженного состояния, чем скорость его распространения. Так в зоне опорного давления длительность переднего фронта в 2-3 раза меньше длительности переднего фронта, полученной при измерениях на контуре выработки.

Предлагаемый способ позволяет получать своевременную оперативную информацию о перераспределении горного давления в окрестностях горных выработок, что необходимо для безопасного ведения горных работ.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, § НСОШЗЩй iq - ;-г йлш. I т I . I . .„ включающий прозвучивание ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между параллельными скважинами и по их глубине, определение местоположения максимума зоны опорного давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют длительность переднего фронта ультразвукового импульса, по относительному изменению последнего от глубины судят о распределении напряжения в окрестности горной выработки, при этом минимуму длительности переднего фронта ультразвукового импульса соответствует максимум зоны опорного давления. (Л 4:: СО

0,ff 1 15 г 2,5 1,н сриг.2