Способ определения расслоений в кровле выработок Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для контроля расслаивающихся кровель горных выработок.

Цель изобретения - повышение ин- . формативное™ способа.

Способ осуществляют следующим образом.

В кровле контролируемой горной выработки возбуждают упругие колебания путем нанесения механического удара и измеряют частоту этих колебаний. На участке, где расположено расслоение, имеют место изгибные колебания, частота и амплитуда которых значительно отличаются от соответствующих параметров колебаний кровли на участке, не имеющем расслоений. По данным признакам устанавливают границы зоны расслоения, определяюг его форму и измеряют резонансную частоту изгибных колебаний отслоившегося слоя .

Затем дополнительно пригружают отслоившийся слой равномерно распределенной нагрузкой. Для этого в слое просверливают отверстие и нагнетают в полость между основной кровлей и отслоившимся слоем воздух или воду при некотором постоянном давлении. Измеряют величину максимального прогиба слоя от дополнительной нагрузки. Измерения прогиба осуществляют, например, в середине зоны расслояния с помощью индикаторов часового типа, закрепленных на стенке выработки.

Максимальный прогиб упругого слоя W0 под действием равномерно распределенной нагрузки q определяется по формуле

N4f

С 4ь

03

Јь

(1)

где ei коэффициент, зависящий от

формы расслоения и граничных условий;

А - площадь расслоенияj D - цилиндрическая жесткость

слоя.

Основная (круговая) частота изгибных колебаний 03 слоя определяется по формуле

(2)

где ft - собственное значение дифференциального уравнения колебаний слоя, зависящее от формы и граничных условий; п - масса единицы площади слоя. Из приведенных выражений получают WuG32 tf A 2q/m Kq/m,(3)

где К tfp2.

Поскольку расслоение кровли выработки можно представить как пластину жестко защемленную по всему контуру, то коэффициент К можно выразить чере коэффициент формы расслоения К m с помощью следукшщх зависимостей.

Для расслоений с формой, близкой

(4)

к прямоугольнику

К 1,)

где К 8 - коэффициент формы

w- Ко

квадрата;

К 4(a/b+b/a);

a, b - длина сторон зоны расслоения .

Для расслоений с эллиптической формой

К 1,618° « КР/Ч

(5)

где К . 6,283 - коэффициент формы

круга;

K tu/b+b/a); a,b - размеры осей эллипса.

Используя выражения (4) и (5), зависимость (3) можно представить в виде

wfleo2 1 6180 5Н+Ч-Р/М q/m.(6)

Выразив массу m через толщину слоя

Лч

km

где

Н и плотность породы V (т

&

g - ускорение свободного падения,),

и решив уравнение (6) относительно Н,

получают

н „(«Ч-пр/М Н - 1,618w.

0

5

Таким образом, если для отслоившегося слоя горной выработки экспериментально определить форму зоны расслоения (Кф), резонансную частоту изгибных колебаний (СО), максимальный прогиб (W ) от дополнительной нагрузки интенсивностью q, то по формуле (7) находят скрытую толщину отслоившегося слоя.

Способ осуществляют следующим образом.

В результате виброакустических исследований участка кровли горной выработки выявлена форма зоны расслоения, близкая к кругу (,2 м). Длл области в виде круга К 2, Кф)р . При этом установлено, что резонансная частота изгибных колебаний отслоившегося слоя равна ,97 Гц (u) 27 f 56,36 с ). Просверлив одно отверстие в слое, проведено нагнетание воды в полость. При установившемся избыточном давлении ат 1 кг/см2 замерен прогиб в середине зоны расслоения, который равен W 3,5 см. Плотность породы в слое составляет ,4 кг/дм3 .

Подставив найденные величины в формулу (7), получают

Н 1,618

l 980xj ooo

3,5x4t28,972x2,4

35

40

45

50

оя

Н,5

59,4 см.

Полученный результат хорошо согласуется с данными электрометрического зондирования, согласно которым значение толщин Н 63 см (,70%).

Предлагаемый способ наряду с определением наличия расслоения в кровле выработок позволяет определить и толщину отслоившегося слоя и тем самым повысить эффективность исследований.

Формула изобретения

1. Способ определения расслоений в кровле выработок, включающий возбуждение в кровле изгибных колебаний, измерение их резонансной частоты и определение наличия расслоения в кровле, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности способа, определяют форму расслоения, дополнительно пригружают отслоившийся слой равномерно распределенной нагрузкой, измеряют максимальный прогиб слоя от этой нагрузки и по

51643714

напученным данным определяют толщину пределенную нагрузку создают nyiем отслоившегося слоя.нагнетания воздуха или воды в полость

2. Способ по п.1, о т л и ч а - между основной кровлей и отслоиьшимся ю щ и и с я тем, что равномерно рас- слоем.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение информативносги способа. В кровле горной ныработ- ки возбуждают изгибные колебания. По их амплитуде и частоте устанавливают форму расслоения . Измеряют резонансную частоту ичгнбных колебаний отслоившегося слоя (С). Пригружают С равномерно распределенной нагрузкой. Для л того н С просверливают отверстие и нагнетают в полость между основной кровлей н С воздух или поду. Измеряют величину максимального прогиба С от дополнительном нагрузки. Ко полученным данным рассчитываю толщину С с формы расслоения, резонансной час 1 о ты изгибных колебаний слоя, величины максимального прогиба и значения нагрузки. 1 з. п. ф-лы. i