Способ контроля состояния массива пород, окружающего пустоту Советский патент 1990 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к совместной разработке месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способами, и может быть использовано на специальных наблюдательных станциях, которые следят за развитием процесса воронкообразования при ведении горных

работ в зоне возможного провала земной поверхности.

Цель изобретения - повышение точности контроля и безопасности веде- ния горргых работ в зоне возможного воронкообразования путем обнаружения аномалий в естественном ходе земно- приливных наклонов земной коры, а также осуществление контроля в условиях ускоренного процесса воронкообразования и погашения пустоты.

На фиг. 1 изображены границы зон сдвижения горных пород на земной поверхности и местоположение наблюда- тельной скважины в плане относительно пустоты; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг01; на фиг. 3 - то же,с нагруже- нием участка зоны опасных деформаций отвальной массой; на фиг. 4 - накло- нограмма хода естественных земнопри- ливных наклонов земной коры при регистрации верхним (рабочим) и нижним (опорным) наклономерамиJ на фиг. 5 - кривая наклонов массива во времени при воздействии на массив нагружением и разгрузкой; на Фиг0 6 одиночный импульсный сигнал с аномальным ходом наклонов массива во времени; на фиг, 7 - повторяющиеся импульсные сигналы с аномальным ходом наклонов с паузами и без них.

Способ осуществляют следующим образом

На основании данных инструменталь- ных наблюдений на поверхности за развитием процесса сдвижения горных пород в конкретных горногеологических условиях определяют положение внутренней 1 (фиг. 1) и внешней 2 границ зо- ны 3 плавных сдвижений, а также границу 4 зоны возможного воронкообразования от отработанной залежи или пустоты 5, затем выбирают в центральной части этой зоны участок, удобный для бурения наблюдательной скважины б со стороны ведения горных работ, Местоположение наблюдательной скважины б находят на середине отрезков, соединяющих внутреннюю 1 и внеш- нюю 2 границы зоны плавных сдвижений на земной поверхности, на участке обеспечивающем длительность ее сохранения. Такое положение наблюдательной скважины б позволяет расположить наклономеры в зоне развития упругих деформаций от плавного сдвижения гор- ных пород. При этом скважина не создает помех для ведения горных работ.

0

5 о 5 Q

(1)

5

В скважину 6 устанавливают автомата- ческие наклономеры: сначала на глубине 7 залегания пустоты на забое скважины - нижний опорный наклономер 8 и в точке пересечения оси наблюдательной скважины с лучом внешнего граничного угла сдвижения @0- верхний рабочий-наклономер 9 (фиг.2).

Глубину установки верхнего наклономера со стороны падения и простирания пустоты отработанной залежи определяют соответственно из соотношений ,5h(l-ctgp-tg/50); - h6-095h(l-ctgc tg ro)9 где h B - глубина установки верхнего

наклономера, м;

Ъ - глубина залегания пустоты; |i, J- углы сдвижения горных пород по падению или по простиранию отработанной залежи, град;

л , Р0- граничные углы сдвижения по падению или по простиранию отработанной залежи, град. При таком положении наклономеры находятся в области массива, безопасной от механических повреждений, возникающих в процессе сдвижения горных пород и ведения горных работ „ Наклономеры целесообразно закладывать в скальный массив. Поэтому при мощности рыхлых пород, составляющей более 0,15 глубины залегания пустоты, местоположение наблюдательной скважины в зоне плавных сдвижений определяют на внутренней ее границе, а глубину установки верхнего наклономера определяют из соотношения h p+Chc(ctg p-ctg/i)-h p. ctg 4 -tg00 где n. - глубина установки верхнего наклономера в скважине, пробуренной на внутренней границе зоны плавных сдвижений ;

. hp - мощность рыхлых пород, м; hc - мощность скальных пород над

пустотой, м;

( - угол сдвижения в рыхлых породах ,

Для измерения наклонов массива и земных (лунно-солнечных) приливов земной коры используют автоматические наклономеры, например, типа НФ-М.

Результаты измерения наклонов фиксируют наклонограммой с записью двух составляющих 10 и И наклонов в направлениях север - юг и восток - запад (фиг, 4 )., При отсутствии измене

ний в состоянии массива пород, окружающего пустоту, наклономеры 8 и 9 записывают ход естественных наклонов земной коры, причем составляющие наклонов верхнего и нижнего наклономеров одинаковы, а график зависимости аномальных наклонов имеет прямолинейный вид или вид гладкой кривой, что позволяет судить об устойчивом состоянии потолочины.

В условиях ускоренного процесса воронкообразования производят воздействие на массив путем нагружения земной поверхности, например, отвалом 12 или путем разгрузки за счет выемки горной массы (не показана ). Начинают горные работы из зоны 3 плавных сдвижений в направлении зоны 13 трещин и центра зоны 14 возможных опасных деформаций (фиг. 3). При этом регистрируют на наклонограмме верхнего и нижнего наклономеров не только естественный ход земного прилива, FIO и отклонения от него в виде аномального наклона, вызванного воздействием «а массив. Отклонение устанавливают в результате построения графика зависимости аномальных наклонов в массиве в процессе его нагружения или разгруз ки во времени (фиг„5), на котором гладкую кривую 15 получают по показаниям верхнего наклономера 9, включающим суммарные значения наклонов массива от земных приливов и аномальных наклонов в ближней зоне воздействия, а гладкую кривую 16 - по показаниям нижнего наклономера 8, включающим суммарные значения наклонов массива

o

20

5 0

5

5

ся определенного вида сигнал 17 (фиг.6), состоящий из сейсмического импульса 18 и экспоненциального затухания 19, т.е. обладающего устойчивой характерной одинаковой формой и структурой и искажающего естественный ход земноприливкых наклонов Поэтому при получении на наклонеграммах верхнего и нижнего наклономеров визуально наблюдаемых указанных одиночных сигналов их анализируют и принимают решения о возможности ведения горных работ в зоне воронкообразовани/и

В качестве оперативного информативного количественного признака контроля используют длительность сигнала utt которая оказывается существенной в зависимости от размеров объема разрушения потолочины

Обнаружение на наклонограмме одиночного импульсного сигнала 17 с экспоненциальным затуханием 19 аномального наклона массива длительностью от 0,05 до 0,5 ч позволяет судить о кратковременном и частичном разрушении потолочины, не вызвавшем дальнейшее всплытие пустоты и развитие обрушений о

Появление на наклонограмме имгуль- са свидетельствует об отрыве пород от кровли потолочины и ударе их с почт отработанной залежи (камеры, пустоты или об обрушенные ранее массы, заполнившие канал воронки. Последовавший за сейсмическим импульсом экспоненциальный ход аномального наклона, отличающийся от волнообразного характера земноприливного наклона, свиде

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к совместной разработке месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способами. Цель - повышение точности контроля и безопасности ведения горных работ в зоне возможного воронкообразования путем обнаружения аномалий в естественном ходе земноприливных наклонов земной коры, а также осуществление контроля в условиях ускоренного процесса воронкообразования и погашения пустоты. Для этого устанавливают автоматические наклономеры, измеряют наклоны массива и определяют его упругие деформации, а также определяют внутреннюю и внешнюю границы зоны главных сдвижений горных пород от имеющейся на глубине массива пустоты. В центральной части зоны плавных сдвижений бурят наблюдательную скважину залегания пустоты. Устанавливают на забое этой скважины нижний опорный наклономер и в точке пересечения оси наблюдательной скважины с лучом внешнего граничного угла зоны плавных сдвижений горных пород верхний рабочий наклономер. Сравнивают их показания и по характеру кривой изменения наклонов массива судят об устойчивости потолочины пустоты. В условиях ускоренного процесса воронкообразования осуществляют путем воздействия на массив пород нагружением отвальной массы на участке в направлении от внутренней границы зоны главных сдвижений к центру зоны возможных опасных деформаций. О разрушении потолочины судят по наличию импульсных сигналов экспоненциальной формы, искажающих естественный ход земноприливных наклонов земной коры. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

от земного прилива и аномальных накло- Q тельствует о протекании обрушившихся нов в дальней зоне воздействия от на- горных пород по каналу воронки и выра- грузки или разгрузки ботанному пространству на нижние гоКривая наклонов массива характери- ризонты Если протекания (перепуска) зует рост или снижение нагрузок нагорной массы не происходит, то запись

земной поверхности и плавность ее осе- 45 наклонов в виде сигнала по форме экс- дания или подъема в зонах опасныхпоненты может не отразиться на наклодеформаций и-возможного воронкообразо- нограмме.

вания, свидетельствует об упругом ре-В случае ускоренного погашения пусжиме деформирования массива, что позволяет считать при этом условии производство горных работ в указанных зонах безопасным.

Основной формой аномальных наклонов массива, свяазнных с быстропротетоты при прочной потолочине дополни50

тельно провоцируют ее разрушение путем дальнейшего нагружения отвальной массой в зоне 14 возможных опасных деформаций и продолжают воздействие на массив путем повышения нагрузок 55 за счет формирования второго яруса отвала в зоне 14 возможных опасных деформаций.

кающим процессом разрушения и обрушения потолочины, перемещения обрушенной массы по выработайному пространству или накопление обрушаемых масс в канале формирующейся воронки, являет

тоты при прочной потолочине дополни

тельно провоцируют ее разрушение путем дальнейшего нагружения отвальной массой в зоне 14 возможных опасных деформаций и продолжают воздействие на массив путем повышения нагрузок за счет формирования второго яруса отвала в зоне 14 возможных опасных деформаций.

При самопроизвольной или вызванной активизации воронкообразования

количество обрушений потолочины увеличивается, о чем судят по количеству импульсных сигналов 17 (фиг, 7) „ Величины сейсмических импульсов, амплитуд и экспоненциальный характер затухания этих сигналов позволяют качественно сравнить объемы обрушений о Эту стадию локального обрушения фиксируют на записи земноприливных наклонов путем обнаружения отклонени от естественного их хода в виде изображения повторяющихся одиночных импульсных сигналов 17 с экспоненциаль 1шм затуханием аномальных наклонов массива одинаковой формы структуры, длительностью более 0S5 и различной периодичности о Эти сигнллы характеризуют коэффициентом скважности К

К

UV At

где дР - периодичность (пауза )- продолжительность интервала времени между концом одного импульсного сигнала и нача лом следующего за ним другого импульсного сигнала, ч; it длительность импульсного сигнала с экспоненциальным затуханием аномального на- клона5 ч.

Периодичность импульсных сигналов с аномальным ходом наклонов массива характеризует стадию плавных прогибов потолочины в процессе силового воздействия на земную поверхность в зоне опасных деформаций0 При этом, чем выше коэффициент скважности К, тем дежнее можно характеризовать устойчивость потолочины о При повышении значения коэффициента скважности от 1 до 10 процесс воронкообразования следует считать временно локализованным. Если паузы между одиночными импульсными сигналами с аномальным ходом наклонов массива не превышают длительности самих сигналов раза, то из этого следует, что процесс разрушения потолочины не затухает, в нем формируется свод, равновесие которого не наступило. В этом случае не исключается возможность дальнейшей активизации воронкообразования„

Поэтому, чтобы не останавливать горные работы в этот период, предусматривают возможность ведения отвалообразования из безопасной зоны После стабилизации записи естествен

0

5

0

35

40

5 -JQ

45

50

55

ных земноприливных наклонов массива горные работы в опасной зоне возобновляют.

Дальнейшее воздействие на массив вызывает вновь обрушение пород потолочины вплоть до образования провала на поверхностно

Опасную стадию воронкообразования с образованием провала земной поверхности устанавливают при получении изображения на наклонограммах импульсных сигналов 17с аномальным ходом наклонов массива, следующих .один за другим без пауз или с небольшой периодичностью по сравнению с длительностью Јt, и скважностью менее единицы, что является основным предвестником воронкообразования (фиг.7), Поэтому работы в опасной зоне прекращают до выхода воронки на поверхность, Если указанного выхода воронки не произошло, а запись земноприливных наклонов массива стала соответствовать его естественному ходу, то это свидетельствует о локализации (временной задержке) воронкообразования, тогда горные работы вновь возобновляют.

Если при непрерывно повторяющихся импульсных сигналах с аномальным ходом наклонов увеличиваются амплитуды наклонов массива и их длительность Јt, тй горные работы прекращают при появлении первых одиночных импульсных сигналов с аномальным ходом наклонов массива и выводят людей и технику иэ опасной зоны.

После выхода воронки на поверхность определяют начало дальнейших работ по погашению провала пустыми породами по результатам контроля хода записи наклонов массива путем установления их естественного хода земноприливных наклонов или гладкости кривой изменения наклонов массива во времени .

Формула изобретения

ности контроля и безопасности ведения горных работ в зоне возможного ворон- кообразования путем обнаружения аномалии в естественном ходе земнопри- ливных наклонов земной коры, в центральной части зоны плавных сдвижений бурят наблюдательную скважину на глубину залегания пустоты, устанавливают на забое этой скважины нижний опорный автоматический наклономер и в точке пересечения оси наблюдательной скважины с лучом внешнего граничного угла зоны плавных сдвижений горных пород верхний рабочий автомати- - ческий наклономер, сравнивают зарегистрированные с помощью этих наклономеров земноприливные наклоны массива и по характеру кривой изменения наклонов массива определяют устойчивость потолочины пустоты.

0

91

5

0

5

48Ш

сдвижений к центру зоны возможных опасных деформаций или выемкой горной массы на этом участке, а о частичном разрушении потолочины судят по реги- ( страции автоматическими наклономерами одиночного импульсного сигнала экспоненциальной формы длительностью 0,05-0,5 ч, искажающего истественный ход земноприливных наклонов земной коры.

фи&З

t,,MKM

l, мкм

-10

L,MKM

П &t

US W 1.5 10 Z5 3 3,5 Ч 45 5 5,5 t,4 rbuzB

го

Фие.5

ЪО

t,4

./

/