Способ контроля устойчивости кровли горных выработок Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения устойчивости массива на основе изучения его напряженного состояния .

Целью изобретения является повышение достоверности контроля для слоисто-неоднородной кровли.

На чертеже показаны различные варианты положения максимума опорного давления относительно слоев кровли.

Способ осуществляют следующим образом,

В процессе.ведения горных работ устанавливают мощность непосредственной кровли, сложенной различными по прочности структурными слоями пород пологого и наклонного падения, и определяют мощности всех структурных слоев в отдельности. На участке, представленном кровлей типичной структуры, имеющей все разновидности слоев, бурят через все слои перпендикулярно их напластованию специаль- агую скважину и измеряют приборами прочностной показатель каждого стру ктурного слоя. Измерения прочностного показателя проводят каждый раз а случае изменения структуры кровли по разновидностям слоев. При ведении горных работ происходит перераспределение горного давления, поэтому при обнаружении его возраста- ния необходим постоянный контроль устойчивости кровли. Например, если контролируемый участок находится в радиусе действия производимых технологических взрывов при проходке выработок или очистной выемке, прибли- жен к зонам тектонической нарушен- ности и в других случаях активизации горного давления, на контролируемом участке кровли бурят через все слои перпендикулярно их напластованию контрольную скважину, В процессе бурения этой скважины непрерывно измеряют сейсмоактивность разрушения пород при бурении. По результатам этих измерений строят график изменения сейсмоактивности по глубине бурения, Делят глубину бурения на участки, соответствующие мощности отдельных слоев, и устанавливают местоположение максимума сейсмоактивности относительно этих слоев с учетом измеренных в спехщальной скважине их прочностных показателей или относительно границ напластования.

При обнаружении максимума сейсмоактивности в слое наименьшей прочности распределение напряжений наи- ,более неблагоприятно и состояние

кровли оценивают как наиболее неустойчивое. Аналогично состояние кровли оценивают как наиболее неустой- чивое при обнаружении максимума сейсмоактивности на контурах слоев

вблизи плоскостей напластования. При обнаружении максимума сейсмоактивности в центральной части слоя наибольшей прочности распределение напряжений наиболее благоприятно и состояние кровли оценивают как наиболее устойчивое. При обнаружении (в отличие от устойчивого состояния) смещения максимума сейсмоактивности от более прочного слоя к менее прочному

или от центральной части прочного слоя к границам напластования слоев происходит ухудшение в распределении напряжений и состояние кровли оценивают как переходное к неустойчивому,

которое -наступает при окончательном смещ.ении максимума сейсмоактивности в слабые слои или на контуры слоев.

Пример, При разработке полиметаллических руд горный массив, в котором ведут подготовительные и

очистные работы, представлен слоистой толщей, сложенной многочисленными пачками разновидностей известняков и доломитов различной прочности. Кровля горных вьфаботок также имеет слоистое строение, причем на обнажении кровли в зависимости от горно-геологических условий оставляют различные разновидности пачек. Наиболее характерны случаи оставления в кровле ленточной, массивной и перемежающейся пачек. Угол падения пачек чаще всего колеблется от О до 50, Дпя безопасного ведения горных работ иа рудниках проводят постоянный контроль устойчивости кровли.

По опыту регистрируемых обращений ровли устанавливают мощность непо- средственной кровли, которая составяет 1 - 5 м в зависимости от разно- идности пачки,находящейся на обнажении, и установившейся эпюры напряжений. Определяют мощности слагающих непосредственную кровлю пачек в от- ельности. Они составляют для ленточной пачки 2 м, для массивной пачки 1 м, для перемежающейся пачки 2 м.

На контролируемом участке перпендикулярно напластованию пачек бурят специальную скважину диаметром 56 мм пересекающую все три пачки, которые каждая в отдельности или по две или три пачки могут быть непосредственно кровлей.

Гидравлическим скважинным прибором ВНИМИ путем вдавливания в забой скважины штампа из твердого сплава измеряют твердость пород в каждой пачке. По экспериментально определенному заранее соотношению между твердостью под штампом и прочностью в образце на сжатие вычисляют последнюю, а затем через коэффициент структурного ослабления вычисляют прочность пачек в массиве. Она составляет для ленточной пачки 23 ffla, для массивной 55 МПа, для перемежающейся 40 МПа,

Прочность в массиве мало изменяется на значительных площадях, поэтому измерения проводят периодически.

При обнаружении нарушения пород или заколообразования, вызванного массовыми взрьгоами, нарастанием тектонических напряжений, приближением очистных камер и другими причинами технологического характера, через все три пачки перпендикулярно их напластованию бурят контрольную скважину диаметром 42 мм. В процессе бурения измеряют с помощью акустического прибора ВНИМИ с диапазоном частот 1-100 кГц, сейсмоактивность разрушения породы за 10-секундный интервал времени. По результатам измерений строят графики изменения сейсмо- активности по глубине скважины. На этом же графике по глубине скважины наносят мощности каждой пачки в от дельности в порядке их залегания в кровле, начиная от обнажения.

Максимум сейсмоактивности определяют по максимальному числу импульсов, измеренному в 10-секундные интервалы времени при бурении на пол-, ную глубину скважин. Возможны четыре варианта обнаружения максимума сейсмоактивности и контроля устойчивости слоистой кровли, представленной в рассматриваемом примере тремя пачками, когда на обнажении слоистой кровли находится ленточная пачка (см чертеж),

ВНЙИПИ Заказ 1562/3

филиал ПИП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, А

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Максимум в ленточной или перемежающейся пачке (графики 1 и 2),Кровля неустойчива. Из этих двух местоположений максимума устойчивость ниже, когда максимум - в менее, прочной ленточной пачке (график 1),

Максимум на контурах массивной пачки (графики 3 и 4), Кровля неустойчива, В случае перехода максимз ма через границы с ленточной и перемежающейся пачками наиболее вероятна потеря устойчивости.

Максимум в центральной части массивной пачки (график 5), Кровля наиболее устойчива.

Максимум в массивной пачке, но смещен от ее центральной части к ленточной или перемежающейся пачке (графики 6 и 7), Устойчивость кровли снижается, Дальнейшее снижение устойчивости зависит от величины перемещения максимума к контурам слоев или .переходе через напластования слоев. Наибольшее снижение устойчивости при переходе,границы напластования с наиболее слабой ленточной пачкой (график 6),

При оставлении на обнажении кровли массивной, перемежающейся или другой пачки контроль устойчивости кровли в выработках проводят аналогично. При этом не имеет значения последовательность залегания различных по прочности пачек, начиная от обнажения кровли. Так, если слабая пачка является последней у непосредственной кровли, а перед ней находится несколько прочных пачек, в случае обнаружения концентраций напряжений в слабой пачке кровля неустойчива и ее обрушение сопровождается наибольшим ущербом,

В сравнении с прототипом контроль устойчивости слоистой кровли по измерению сейсмоактивности при бурении с учетом прочностей отдельных слоев и границ напластования более достоверен, так как исключает погрешность, вносимую влиянием структуры кровЛи,

Экономическая эффективность изобретения состоит в предотвращении ущерба, связанного с потерей устойчивости слоистой кровли в выработках, прогноз которой без учета структурных особенностей не дает удовлетворительных результатов.

Тираж 470 Подписное