Способ определения направления наибольшего ослабления массива горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

из решения системы п уравнений Е; Е««е- -(Емауе-Ел у,н) sin (Cf; -cf), где n - число точек измерения; Е; энергия акустической эмиссии, измеренная в i-й точке; cf; - угол меж ду базисным направлением и линией от места взрыва к i-й точке измерения, (/ - угол между базисным, напра влением и направлением наибольшего 50 ослабления массива. Направление наибольшего массива горных пород характеризуется наибольшим коэффициентом интенсивности напряжений (КИН) в вершинах трещин. Так как ЭАЭ движущейся трещины зависит от ее КИН, то направление наибольшего ослабления характеризуется ЭАЭ в этом направлении. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определени направления доминирующей системы тр щин. Целью изобретения является повышение точности определения. На чертеже представлена схема .осушествления спосрба. Пьезоприемники 1, 2 и 3 расположены на полуокружности радиуса В с углами Cf, .tfi 4. п/З; Cf, q 2+ir/3 относительно базисного направления X. Центр полуокружности совпадает со скважиной 4, в которой размещают заряд ВВ. Способ осуществляют следующим образом. При нагружении массива взрывом сосредоточенного или линейного заря да образуются зоны мелкодисперсного дробления, радиального трещинообразования, подрастания естественных трещин, упругая зона. При этом в зависимости от мощности взрыва, первые зоны могут отсутствовать.На границе зоны упругого деформирования и зоны подрастания естественных трещин максимальные растягивающие напряжения достигают 5-7% предела прочности породы на растяжение. Для измерения энергии акустической эмиссии (АЭ) на поверхности мас сива устанавливают пьезоприемники 1-3 равномерно на полуокружност радиусом R с углами (f, , tp 4. v /V-J Cf, 4 относительно базисного направления X. В центре полуокружности бурят вертикальну1о скважину 4,в которой создают заряд взрывчатого ;вещества. При этом R выбирается та КИМ образом, чтобы максимальные растягивающие напряжения от взрыва в этих точках были не менее 5-7% предела прочности породы на растяжение . Верхний предел определяется условием линейной зависимости деформаций пьезокристалла датчика от напряжений. Акустические сигналы в процессе взрывного нагружения снимаются пьезодатчиком, подаются на предварительный усилитель, а затем по кабельной линии на регистрирующий прибор. В качестве регистрирующего прибора можно использовать запоминающий осциллограф. Сигнал перед подачей на осциллограф пропускают через блок фильтров, отфильтровывая частоты меньше 1 кГц. Запуск осциллографа осуществляют с помощью дополнительного пьезодатчика с установкой линии задержки на время, равное длительности волны напряжений от взрыва. Энергию АЭ Е вычисляют путем обработки осциллограмм, Вместо осциллографа лучше использовать специальные приборы для periiCTрации сигналов АЭ, например АВН-3, которые сразу же могут измерять энергию АЭ. По измеренной энергии Е и изBecTHbiM углам tpj путем рещения уравнения,(E,-E,J. () определяют Cf - угол между базисным направле.нием и направлением наибольшего ослабления массива горных пород. Физической основой данного способа являются следующие соотношения. Направление наибольшего ослабления массива гориых пород характеризуется наибольшим коэффициентом интенсивности напряжений (КИИ) в верпинах трещин. Так как энергия АЭ движущейся трещины зависит от ее КИ то направление наибольшего ослабления характеризуется наибольшей энер гией АЭ в этом направлении. Обычно в массиве имеются 3 взаимно перпендикулярные системы трещин, одна из которых имеет залегание, близкое к горизонтальному. Поэтому при взрыве вертикального цилиндрического заряда в зоне подрастания трещин эта система развития не получает. Следовательно, измерение энергии АЭ в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического заряда, Дает информацию о развитии двух других систем трещин, которые оказывают большее влияние на устойчивость откосов и на качество ведения буровзрывных работ, чем горизон тальная система. КИН единичной трещины определяется по формуле К. -JlJ-H- -sinpj, где 1- - длина трещины; . в - растягивающие тангенциальные напряжения от взрыва; jlj - угол между трещиной и направлением от места взрыва к трещине. Энергия АЭ связана с КИН соотношениемr rf-- расстояние от вершины трещины до точки измерения;, функция зависимости интенсивности излучения упругой энергии под углом 9j от на правления распространения J-й трещины; угол между направлением ра пространения трещины и линией, соединяющей точку из мерения и J-ю трещину. Следовательно, энергия, измеренная в какой-либо точке i: по окружно сти с радиусом в центре заряда, оп{зеделяется по формуле -i-f(ei)Kj sin р , где Kj.6 к/ оЧяер cosjb , и - угол между направлением от взрыва к точке измерения и направлением одной из систем-трещин. Следовательно, E-if.d inp-.J .f{0j)-f 00 ; +7.6cosft -4--f(ep). рм Гр г Очевидно, что для каждой точки измерения -ц--f(9у )const, поэтому в окончательном виде получаем формулу для определения энергии АЭ в каждой точке измерения Е; Е акс-лЕ-(,,-Е). sinq.. где йЕ - энергия, не связанная с ростом трещин (шумы); энергия АЭ, измеренная соответственно по направлению наименьшего и наибольшего ослабления массива горных пород; tp - угол между направлением от взрыва к точке измерения и направлением наибольшего ослабления массива. Следовательно, не менее чем по трем измерениям можно определить из решения системы уравнений направление наибольшего ослабления массива (. Точки измерения можно выбирать не на всей окружности, а равномерно на ее половине, так как массив имеет центральную симметрию относительно скважины. Это дает возможность производить измерения при массовых взрывах на карьерах. Энергию АЭ в процессе взрывного нагружения следует измерять только после прохождения волны напряжений, так как эта волна имеет частоты до сотен килогерц, которые в противном случае регистрируются аппаратурой.Измерение АЭ во время действия квазистатической фазы взрьгеа на частотах менее 1 кГц также вносит существенHfeie искажения. Следовательно, измерять энергию АЭ следует на частотах килогерцового диапазона. ормула изобретения Способ определения направления аибольшего ослабления массива горных пород, включающий динамическое нагружение массива с помощью взрыва заряда взрывчатого вещества и определение параметров акустических сигналов с помощью разнесенных в пространстве приемников, о т л ича. ющийся тем, что, с целью повьппения точности определения, измеряют энергию акустической эмиссии и определяют направление наибольщего ослабления из решения системы уравнений

(. sin (Cf; -Cf,) ,

где Ej - энергия акустической эмиссии, измеренная в 1 -и точке.

2735506

&Е - энергия щумов; ip; - угол между базисным направлением и направлением от точки взрыва к i-му прием5 нику;

угол между базисным направлением и направлением наи больтего ослабления массива,

10 при этом измерения проводят на частотах более 1 - кГц во время квазистатической фазы взрыва , а приемники располагают не менее, чем в трех точках на полуок15 ружности с центром в точке взрыва