Способ оценки уровня напряженного состояния массива горных пород и прогноза его удароопасности Советский патент 1991 года по МПК E21F5/00 E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении горных работ на удароопасных пластах и на пластах, находящихся в сложных горно-геологических условиях.

Цель изобретения - повышение надежности прогноза удароопасности и оценки уровня напряженного состояния путем учета направления образования трещиноватости массива.

На фиг. 1 изображены результаты азимутальных зондирований и схема расположения измерительных MN и генераторных АВ электродов; на фиг. 2 - проекция по простиранию месторождения с результатами электрометрических наблюдений после выполнения операций очистного цикла; на фиг. 3 - значения параметра напряженности после массового взрыва с размерами зон разгрузки и пригрузки; на фиг. 4 - результаты сопоставительных измерений по каротажу в скважине и зондирований в при- забойной части со схемой расположения выработки относительно главных напряжений.

0 4

00 Ю О

Способ осуществляют следующим образом.

Посредством азимутальных подземных электрических зондирований, выполненных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, по стенке, кровле, забою или почве выработки определяют ориентировку 1 и угол наклона главных напряжений к горизонту 2 на построенных по значениям измерений полярным диаграммам (фиг, 1).

Измерения в каждой плоскости производят в различных направлениях 3, например, через 45 с центром расположения измерительных электродов в одной точке. Угол поворота определяется необходимой детальностью исследований. Выполненные наблюдения представляют в масштабе в виде отрезков на осях полярной диаграммы в соответствии с направлением измерения Омане. В полученной фигуре малая или большая ось эллипса в зависимости от свойств горных пород соответствует максимальным или минимальным напряжениям в данной плоскости. Затем, если исследования выполнены в зоне влияния очистных работ, с учетом ориентировки Омакс выбирают профиль и центры зондирований таким образом, чтобы в результате измерений получалась единая картина, позволяющая следить за перемещением зоны опорного давления от фронта очистных работ. Такие наблюдения выполняются по профилю 4 (фиг. 2), а электроды располагают вкрест простирания рудного тела по направлению действия максимальных нагрузок. Первый замер по профилю 4 обозначается через р1, считается замером исходного напряженного состояния 5 и является базовым. После проведения работ очистного цикла по образованию подсечки 6, отрезной щели 7 или после массового взрыва замер повторяется (р, где I 2,3 и т.д.) в тех же самых пунктах 8 измерения по профилю 4. Результаты измеренных значений после образования отрезной щели представлены кривой 9 на фиг. 2, а после массового взрыва очистного блока - кривой 10. Разность измеренных значений в соответствующих точках кривых 5, отнесенных к первоначально измеренной величине кривой 5, представлена параметром напряженности К Д/3/pi (фиг. 3, кривая 11). Положительные значения в данном случае соответствуют разгруженному массиву, а отрицательные - пригруженному и являются следствием проявления горного давления. Наблюдения вне зоны влияния очистных работ показывают, что ориентировка главных напряжений близка к простиранию месторождения 2 (фиг. 4). По

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

результатам каротажа (кривая 13) очевидно, что минимальные значения р наблюдаются на глубине 3,5 м, а краевая часть сильно трещиновата. При этом кривая 13 имеет пилообразный характер изменения значений ру обнажения. По результатам зондирований (кривая 14) минимальные значения расположены в районе 1,5 м от забоя. Несмотря на расслоение массива в одном направлении (результаты каротажа 13) расслаиваемые элементы воспринимают и несут огромные опорные нагрузки в другом направлении 14. При этом измеренные значения / отличаются на порядок и более.

Изменение электросопротивления в массиве выполняют в направлении действия максимальных главных сжимающих напряжений. Для пород, обладающих уменьшением электросопротивления с возрастанием нагрузки, изменение уровня напряженного состояния определяют по разности измеренных значений, отнесенных к первоначально измеренной величине, по формуле

где р - значения первоначального замера;

/5 - значения второго и последующих замеров.

Значения KI.II /0,05/ соответствуют границе влияния производственных процессов, участок массива пригружен при /0,05/ KI.II - 1, участок массива разгружен при /0,05/ KI.II 1000, участок массива удароопасен при 0,97 KI.II - 1, участок угрожаем по горным ударам при 0,93 Ki.ub - 0,97, потеря устойчивости части массива при KI.II 20, массив разрушен при Ki i i 150.

Для пород, обладающих свойствами возрастания значений электросопротивления с увеличением нагрузки, сопоставитель- ную разность измеренных величин определяют по формуле

этом массив пригружен в интервале /0,05/ Ки 1, участок удароопасен при значениях 0,97 Ки 1, участок угрожаем по горнымударам в интервале 0,93 Кн 0,97, гоанице влияния очистных работ соответствуют значения Ки /0,05/, Ки 20 - потеря устойчивости массива, Кн 150 - массив разрушен.

Формула изобретения 1. Способ оценки уровня напряженного состояния массива горных пород и прогноза его удароопасности, включающий определение направления действия напряжений и

уровня напряженного состояния массива, измерение электросопротивления горных пород вне зоны и в зоне влияния выработки при изменении нагрузки на массив, определение разности полученных значений электросопротивлений и отношений этой разности к первоначально измеренной величине электросопротивления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности прогноза удароопасности и оценки уровня напряженного состояния массива путем учета направления образования трещиноватости массива, измерение электросопротивления в массиве производят в направлении действия максимальных главных сжимающих напряжений, устанавливают зависимость изменения электросопротивления с возрастанием нагрузки на массив и для пород, обладающих уменьшением электросопротивления с возрастаниемнагрузки,разность электросопротивлений устанавливают между последующим и первоначальным значениями величин электросопротивлений, а для пород, обладающих увеличением электросопротивления с возрастанием нагрузки, разность электросопротивлений устанавливают между первоначальным и последующим значениямивеличин электросопротивлений, при этом изменение уровня напряженного состояния определяют по формулам

2

К|

0

5

0

5

0

где К|, Кн - изменение уровня напряженного состояния массива для пород с уменьшением электросопротивления с возрастанием нагрузки и для пород с увеличением электросопротивления с возрастанием нагрузки соответственно:

/5i- значение первоначального замера электросопротивления:

/5 - значение второго и последующих замеров электросопротивлений, и при KI.II /0.05/ имеет место влияние производственных процессов очистных работ, при /0,05/ KI.II -1 - массив пригру- жен, при /0,05/ KI.II 1000 - массив разгружен, при 0,93 К|,ц -0,97 - массив угрожаем по горным ударам, при 0,97 KI.II -1 - массив удароопасен, при KI.II 20 - массив теряет устойчивость и при KI.II 150 - массив разрушен.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что для определения направления главных максимальных напряжений производят азимутальное подземное электрическое зондирование массива в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и строят по этим замерам полярные диаграммы.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении горных работ на удароопасных пластах и пластах, находящихся в сложных горно-геологических условиях. Цель изобретения - повышение надежности прогноза удароопасности и оценки уровня напряженного состояния путем учета направления образования трещиноватости массива. Определяют направление действия и уровень напряжений (Н) методом азимутального зондирования в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Затем измеряют электросопротивления (ЭС) вне зоны и в зоне влияния выработки и в направлении действия максимальных сжимающих Н. Устанавливают зависимость изменения ЭС с возрастанием нагрузки и для пород, обладающих уменьшением ЭС с возрастанием нагрузки, разность ЭС устанавливают между последующим и первоначальным ЭС, а для пород, обладающих увеличением ЭС с возрастанием нагрузки, разность ЭС устанавливают между первоначальным и последующим ЭС. Определяют уровень изменения Н по приведенным формулам и производят оценку состояния массива сравнением уровня изменения Н с критериальными значениями. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фиг.1

5 0 5 Ю 15мм

Фие.2

30 252015

Расстояние от границы обруше

Фиг. 3 10000

,

I

$

с§

и

I

3

Ш7

12 3456 Расстояние от устья . 7,/у

Физ.Ц

О