Способ контроля заколообразования в горных выработках Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, к проблеме прогнозирования устройчивости выработок на основе изучения состояния краевой части массива.

Целью изобретения является повышение точности контроля заколообра- зования.

На фиг, 1 схематически показано изменение сейсмоактивности массива по мере удаления от обнажения при бурении скважины на устойчивом Ьез заколов участке выработки; на фиг„ 2 расчетное и фактическое изменения сейсмоактивности при бурении скважинь на контролируемом участке, имеющем заколообразование, начиная от.снабжения выработки в глубину краевой части массива.

На чертежах приняты следующие обозначеннягСТ,

7

и max, , max g ,

max j - графики изменения сейсмоактивности по мере удаления от обнажения, и расположение ее максимальных значений при бурении соответственно в устойчивое без заколов обнажение выработки, на контролируемом участке и рассчитанные;

1,2,3 - расположение начала снижения сейсмоактивности после достижения максимума при бурении соответственно в устойчивое без заколов обнажение выработки, на контролируемом участке и рассчитанное;

4- сечение горной выработки;

5- скважина, пробуренная на устойчивом без заколов участке выработки;

6- скважина, пробуренная на контролируемом участке;

7- дополнительная скважина, пробуренная на контролируемом участке;

8- факти ческое удлинение скважины, равное величине неравенства ее относительно рассчитанного удаления снижения сейсмоактивности;

9- зона развития заколообраэова- ния, равная удлинению скважины, вследствие увеличения скорости бурения относительно эталонной;

10- зона развития заколообразова- ния, соответствующая эталон:ной скорости бурения.

Способ осуществляют след ук1щим образом.

В защищенное от заколов обнажение или на неимеющем заколов участке выработки 4 бурят скважину 5 и измеря208239-

ют сейсмоактивность 3,

10

15

20

25

массива в процессе бурения по мере удаления от обнажения до момента начала ее снижения 1 за зоной достигнутых максимальных -значений max, , после чего бурение прекращают. Регистрируют затраченное на бурение время и определяют среднюю скорость бурения, ко- тор ую принимают за эталонную. Затем бурят скважину 6 на контролируемом участке выработки 4 и снова .измеряют сейсмоактивность Jg массива в процессе бурения по мере удаления от обнажения до начала ее снижения 2 по достижении ею максимума тах . После этого бурение прекращают, регистрируют затраченное на бурение время и измеряют длину пробуренной скважины 6, По эталонной скорости бурения и времени бурения на контролируемом участке определяют рассчитанное удаление начала снижения предполагаемых местоположений значений сейсмоактив- (ности 3 массива, за зоной тах ,которое получают в положении 3., пробуренной скважины 6 в месте конт- . роля сравнивают с рассчитанным удалением начала снижения 3 сейсмоактивности

При равенстве их прогно

зируют отсутствие заколообразования. При их неравенстве, когда длина пробуренной сквалшны 6 больше рассчитанного удаления начала снижения 3 сейсмоактивности J, за зоной максимума

тах на величину фактического удлинения 8, регистрируют в краевой части массива заколообразование,которое распространяется в глубь, начиная от снабжения выработки 4 на зону 9, соответствующую удлинению 8 скважи- . ны 6, и дальше. Тогда в месте контроля рядом бурят дополнительную скважину 7 глубиной, равной полученному фактическому удлинению 8, и измеряют время, затраченное на ее бурение. Определяют длину зоны 10 перебурива- емой скважины б за это время с эталонной скоростью бурения. Устанавливают глубину распространения заколообразования в краевой части массива как сумму двух зон; зоны 9, равной фактическому удлинению скважины 6, и зоны 10, рассчитанной по эталонной скорости за время, затраченное на бурение дополнительной скважины 7.

Обнаружение в краевой части массива ослабленной зоны заколов и установление глубины ее распространения базируется на экспериментально полученном смещении максимума сей- смоактивности по глубине скважины при бурении в выработках, имеющих ослабленную зону. Если ослабленной зоны нет, то средняя скорость бурения в однотипных Породах соответствует измеренной средней скорости бурения в обнажение, проверенное на отсутствие заколов. Наблюдается только разница в удалении и величине максимума сейсмоактивности на контролируемом участке относительно участка выработки без заколов в виду различия в горнотехнических условиях.Измеряемая сейсмоактивностьобуславливается напряженным состоянием краевой части массива. 1омент снижения сейсмоактивности за зоной максимума соответствует напряженному состоянию, где оно начинает приближаться к соответствующему для нетронутого массива. Краевая часть массива, начиная от. обнажения до этой зоны, наиболее подвержена развитию заколообразова- ния. Поэтому бурят скважину до начала снижения сейсмоактивности по достижении ею максимума, который подтверждается последующим снижением. Если в -краевой части массива есть зона заколообразования, то происходит смещение фактического расположения максимума сейсмоактивности от рассчитанного. Средняя ско рость бурения не соответствует средней скорости бурения на участке выработки без заколов. Перебуривание ослабленного, участка краевой части массива происходит за короткий промежуток време- .ни относительно времени бурения по прочному массиву. В результате скважина получается удлиненной от рассчитанной по эталонной скорости бурения,которая меньше скорости бурения в ослабленной зоне,где развивается заколообразование

П р и м е р .В горных выработках Миргалнмсайского месторождения, пройденных в тонкослоистьк плитчатых пачках известняков и доломитов, на глубоких горизонтах с увеличением горного давления развивается интенсивное за- колообразование, требующее постоянного контроля для поддержания устойчивости обнажений. Контроль заколообразования осуществляют по мере проходки вьфаботок и при их длительной эксплуатации.

В тщательно защищенное обнажение устойчивого участка выработки по

тонкослоистой пачке известняков бу- . рильной машиной ударно-вращательного действия бурят скважину диаметром 42 мм и с помощью акустического при- бора BHI IMH с диапазоном частот 1 - 1.00 кГц и секундомера непрерывно измеряют сопровождающую процесс бурения сейсмоактивность массива за 10-секундные интервалы времени и

строят график изменения ее интенсивности в импульсах по глубине скважины, длину пробуренных участков которой за эти интервалы времени устанав- янвайт по подаче буровой штанги. Измерения продолжают до момента начала снижения ее интенсивности после достижения максимальных значений, которые составляют 31 тыс.импульсов/10 с, так как все предьщущие измеренные значения интенсивности на графике меньше этого значения, а в последующие 10 с она составляет-29 тыс. импуль - сов. После получения этого значения бурение прекращают. Регистрируют затраченное на бурение время, которое при бурении в устойчивое обнажение в зависимости от степени напряженности изменяется и составляет в среднем 60 с. По вычисленным скоростям подачи буровой штанги на отдельных участках скважины определяют для всей пробуренной скважины среднюю скорость бурения, которую принимают за эталонную. Она составляет 0,02 м/с.

Бурят скважину в однотипных породах на контролируемом участке предполагаемого заколообразования и снова аналогично измеряют сейсмоактивность массива за 10-секундные интервалы времени с построением графика ее изменения по глубине скважины. Измерения продолжают до момента начала снижения интенсивности после достижения макс11мума. Его фиксируют при 33 тыс. импульсов/10 с, так как все предыдущие значения интенсивности на графике -меньше этого значения, а в последующие 10 с интенсивность составляет 28 тыс. импульсов/10 с. По получении этого значения бурение прекращают и регистрируют затраченное на бурение время, которое в среднем составляет 40 с. По глубине внедрения буровой штанги измеряют длину пробуренной скважины, составляющую 1,1м.

По эталонной скорости бурения 0,02 м/с и времени бурения на контролируемом участке 40 с определяют

S

рассчитанное удаление начала сниже- ния сейсмоактивности за зоной максимальных значений, которое составляет 0,8 м„

йлнна пробуренной скважины в месте предполагаемого заколообразования больше рассчитанного удаления снижения сейсмоактивности за зоной максимума т.е. имеет место их неравенство, свидетельствующее о наличии заколообразования, развитого начиная от обнажения в глубину краевой части массива о

Величина неравенства равна 0,3 м

На глубину 0,3 м, равную этому неравенству, бурят рядом-в месте контроля дополнительную сквалсину и измеряют времяJ затраченное на ее бурение, которое составляет 5с,

Длина участка скважины, пробури- ваемого за это время с эталонной скоростью, составляет О,1 м.

08239&

Устанавливают глубину раснростра- нения заколообразо вания как сумму величины неравенства 0,3 м и длины зоны, перебуриваемой с эталонной с скоростью бурения 0,1 м. Глубица рас- нространения заколообразования равна 0,4 м,

В частном случае расположение 50 максимума сейсмоактивности при бурении в устойчивой без наличия ослабленной зоны выработке может быть непосредственно на контуре обнажения или достаточно близко к нему. Тогда начало снижения сейсмоактивности

15

регистрируют во вторые tO с бурения, поскольку в первые 10 с бурения относительный максимум сейсмоактивности неизв.естен. Время бурения для расчета эталонной скорости принимают равным 20 с. Остальные операции проводят аналогично.

/77.1

Редактор И, |11выдкая

Составитель К, Лыков

Техред О.Ващишина Корректор М, Максимишинец

Заказ 21м/А2Тираж 470Подписное

ВНИИ111 Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

П Патент, г„ Ужгород,, ул. Проектная, 4

US, 2