Способ прогноза удароопасности массива горных пород Советский патент 1991 года по МПК E21F5/20 E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при выявлении наиболее напряженных участков массива пород вокруг горных выработок, мощности этих участков вглубь выработок, определении направления действия главных компонент тензора напряжений и прогноза удароопасности

Цель изобретения - повышение надежности определения степени удароопасности путем учета мгновенного скачка изменения интенсивности электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) при воздействии промышленных помех и точности определения параметров ЭМЭ.

На фиг. 1 приведена схема проведения измерений магнитной составляющей ЭМЭ зондом с ферритовыми антеннами (а-г) и зондом с рамочными антеннами (д-ж); на фиг. 2 - номограммы определения степени удароопасности пород.

На фиг. 1 поясняется проведение измерений поперечной составляющей интенсивности электромагнитной эмиссии f, кроме того, р и уя соответственно угол поворота зонда и значение соответствующей этому углу интенсивности электромагнитной эмиссии; рмакс и мин соответственно угол поворота зонда до получения максимального И МИНИМалЬНОГО ЗНЭчений интенсивности электромагнитной эмиссии; Ома/о. - направление действия главных компонент тензора напряжений в плоскости вращения магнитной антенны; L - база методу гнтеннами.

На фиг. 2 h - глубина регистрации; hpn - глубина зоны разрушенных пород; Ьмакс гл бина максимума интенсивности электро- магнитной эмиссии; I - длина зоны повышенных напряжений.

Способ осуществляется следующим образом.

Ппоизаодят регистрацию интенсивности электромагнитной эмиссии г по профилю с шагом X 2 м при базе L 1 м. Оси ферритовых антенн сориентированы вдоль выработки так, чтобы о точках наблюдения регистрировать суммарную электромагнитную эмиссию со всех направлений, перпендикулярных оси выработки. Положение антенн относительно стенок выработки во всех точках (фиг. 1а) сохраняют на одном уровне (в средней части выработки по высоте и ча одинаковом расстоянии от ее бортов). Если выработкой вскрыты литологи- чески однотипные породы, то уровень нормального поля рассчитывают по всем точкам прсФиля (пикетам) по формуле п

lo 2 Iji/n,

I 1 где п - число пикетов.

Показания Ui, которые отличаются от 1о более чем в 2,5 раза, отбрасывают как аномальные при уровне вероятности/3 0,1. Производя повторное вычисление 0Ј по значениям оставшихся I и полученное значение принимается за уровень нормального фона в выработке. В случае, если выработкой вскрывается ряд разнотипных пород, то расчет нормального 10$ фона проводят по наименее хрупким их разновидностям. После оценки 0Ј определяют участки

по профилю выработки, в которых 2 10Ј , и на этих участках проводят повторные измерения lЈ. В случае, если эти значения отличаются от первоначальных

замеров не более, чем на 10%, на указанных участках профиля производят дальнейшие измерения. Если значения отличаются более, чем на 10% от первоначальных, то процесс измерения повторяется п указанной последовательности до получения погрешности не более 10%.

Затем в указанных точках профиля поворачивают антенны на угол nil (фиг. 16) и вращают их вокруг оси X. Производят измерения поперечной составляющей р до получения максимального значения р 1утма«с с шагом Дуз 30°. Вертикальному положению осей антенн отвечает наибольшая чувствительность к источникам поля, расположенным в горизонтальной плоскости. По максимальной амплитуде поперечной составляющей интенсивности электромагнитной эмиссии р РМЖС находят угол уЭмакс. а по минимальной амплитуде р угол . которые отличаются между собой на угол я/2. Участки наибольших напряжений нэ контуре выработки определяются геометрически по пересечению с ним линии, проходящей от оси профиля измерений X

под углом утмакс- а в плоскости, наклоненной под /глом , действуют инварианты главных напряжений Омахе (фиг. 1з).

Используя рамочные антенны, первый профиль проводят при ориентировке их

перпендикулярно оси X (фиг. 1д). магнитный момент направлен по оси X. В аномальных точках определяют и утмин (макс и 1Мин (фиг. 1е). Наиболее напряженными считают те участки, где наибольшего значения достигает полная интенсивность ЭМЭ, рассчитываемая по формуле

In Ч макс)2 +(х)2При возможности визуального определения направления действий максимальных напряжений по внешним признакам ударо- опасности профилирование проводится сразу в плоскости наибольших напряжений на контуре выработки.

В качестве регистратора можно использовать счетчики числа событий (регистрируют огибающие сигналов от событий), счетчики числа осциляций (регистрируют число превышений амплитуды сигнала над поро- гом срабатывания регистратора и измерителя напряженности поля).

На участках, где 1 макс 2 10Ј, производятся глубинные исследования распределения источников ЭМЭ их интенсивности и

амплитуды. Для этого зонд располагается на контуре выработки на участке наибольших напряжений с ориентировкой магнитного момента в плоскости, перпендикулярной направлениюоси выработки (фиг, 1в, ж), производятся измерения интенсивности ЭМЭ при различной базе и чувствительности регистратора.

Для прогноза удароопасности можно использовать зависимость интенсивности электромагнитной эмиссии от напряженного состояния I (5) и номограмму, аналогичную номограмме для определения категории удароопасности методом дискования керна, на горизонтальной оси которой откладывается

hn.n

Эвыр

, а по вертикальной t/debip (фиг. 2).

Определение категории удароопасности производится в следующей последовательности.

По результатам шахтных измерений

I

рассчитывается - и строится зависимость о h

- (L). С этой зависимости по шкале h сни- h

мается ЬмаксИ I Рассчитывается t/dBbip, точка с полученными координатами выносится на номограмму I фиг. 26.

В указанном случае координаты точки 1

22%; t/dBbip 23%. Чем выше

Овыр

анизотропия напряжений, тем выше вероятность горного удара (или другого проявления горного давления) и интенсивнее разрушение выработки. Левая часть номограммы учитывает анизотропию.

Из точки 1 параллельно границам номограммы в осях l/deup макс р п

Пмакс Пр.п.

detjp

- опускаются до оси K/dabip, далее поднимаются в левой части номограммы (как показано стрелкой) до полученного при измерении

Значения макс/1у)мин (ОСЬ у макс/1/)мин НЭ

фиг. 26 не проградуирована - градуируется сопоставлением предлагаемого способа с базовыми конкретно для каждого месторождения).

Далее из полученной точки 2 опускают перпендикуляр на ось t/dBbip. Полученная точка пересечения характеризует удароо- пасность выработки в зависимости от того, в зоне какой категории она находится.

Характерная номограмма для пород Хибинских месторождений показана на фиг. 26. При ориентировке зонда во время глубинных исследований (фиг. 1г) регистрация

производится в двух точках расположения антенн, в этом случае более сильная зависимость глубины регистрации от базы.

Способ регистрации интенсивности 5 ЭМЭ с противофазным подключением антенн может быть применен при прогнозе удароопасности методом акустической эмиссии. В этом случае в противофазе подключаются сейсмодатчики. чем достигается 10 подавление помех и изменение глубины регистрации при изменении базы. Формула изобретения Способ прогноза удароопасности массива горных пород, включающий измерение 15 интенсивности электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) пород при перемещении измерителя с приемной антенной вдоль выработки, определение уровня нормального поля ЭМЭ в выработке, выделение участков массива, в

0 которых интенсивность ЭМЭ превышает интенсивность ЭМЭ нормального поля, отнесение к наиболее напряженным участкам, где интенсивность ЭМЭ достигает максимальных значений, определение на этих

5 упптках углов регистрации максимальной и минимальной величин поперечной составляющей интенсивности ЭМЭ, определение по направлению минимального угла интенсивности ЭМЭ направления действия глав0 ной компоненты тензора напряжений, определение степени удароопасности в зависимости от интенсивности ЭМЭ, градиента интенсивности направления действия главной компоненты тензора напряжений

5 уровня нормального поля ЭМЭ, глубины максимума интенсивности и диаметра выработки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности определения степени удароопасности путем учета мгновен0 ного скачка изменения интенсивности ЭМЭ при воздействии промышленных помех и точности определения параметров ЭМЭ, измерение интенсивности ЭМЭ производят одновременно одинаковосоориентирован5 ными подключенными в противофазе двумя антеннами при различной базе между ними в наиболее напряженных участках массива, устанавливают зависимость интенсивности ЭМЭ от базы регистрации и определяют

0 граничные значения интенсивности ЭМЭ с учетом этих зависимостей, и величины и направления действия главной компоненты тензора напряжений, а при сравнении полученных в массиве горных пород интенсив5 ностей ЭМЭ с граничными значениями устанавливают мощность наиболее напряженного участка и его местоположение относительно контура выработки.

/

/

фиг.1

I

I d

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при выявлении наиболее напряженных участков (НУ) массива пород вокруг горных выработок, мощности этих НУ вглубь выработок, определении направления действия главных компонент тензора напряжений (КТН) и прогноза удароопасности. Цель изобретения - повышение надежности определения степени удароопасности путем учета мгновенного скачка изменения интенсивности электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) при воздействии промышленных помех и точности определения параметров ЭМЭ. Для этого измеритель с приемными антеннами перемещают вдоль выработки и производят измерение интенсивности ЭМЭ одновременно одинаково соориентированными, подключенными в противофазе двумя антеннами при различной базе между ними в наиболее НУ массива. Эти НУ определяют путем сравнения интенсивности нормального поля ЭМЭ с полученными данными интенсивности ЭМЭ вдоль выработки и при превышении этих значений ЭМЭ интенсивности нормального поля ЭМЭ их относят к наиболее НУ Устанавливают в наиболее НУ зависимость интенсивности ЭМЭ от базы регистрации и определяют граничные значения интенсивности ЭМЭ с учетом этих зависимостей и величины и направления действия КТН При сравнении полученных в массиве пород интенсивностей ЭМЭ с граничными устанавливают мощность наиболее НУ и его местоположение Степень удароопасности пласта устанавливают в зависимости от интенсивности ЭМЭ, градиента интенсивности, направления действия главной КТН уровня нормального поля ЭМЭ, глубины максимума интенсивности и диаметра выработки 2 ил (Л С о ел ел о ел

ft 1 макс/1 #ин

ЬмояГ ря °/ 8ир

30 60 90