Способ определения степени удароопасности массива горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу. в частности к способам определения степени удароопасности массива горных пород, основанным на регистрации и измерении параметров электромагнитной эмиссии.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности.

На фиг. 1 показаны схемы фотоэмиссионных измерений (а - с поверхности вира- боток, б - с поверхности скважины); на фиг. 2 - схема измерений фотоэмиссии с поверхностей выработок и скважин; на фиг. 3 - соотношение параметров, необходимых для оценки степени удароопасности прикоитур- ной зоны массива горных пород одиночной выработки; на фиг. 4 - номограммы для оценки степени удароопэсности.

На фиг 1-4 введены обозначения:. 1 - светонепроницаемая труба, 2 - металлический экран; 3 - горная выработка; 4 - участок выработки с повышенным механическим напряжением; 5 - изолинии поля механических напряжений; б - условные траектории измерений с поверхности методом телескопического обзора; 7 - зона концентрации напряжений; 8 - средние значения давления; 9 - повышенные давления в произвольных точках; 10 - характеристика равновесного давления вдоль контура выработки; 11 -максимальное давление, в центр пробурена скважина - 12, 13 - положения детектора при скважинных измерениях; С - расстояние до максимума опорного давления, d - ширина выработки, уд - размер

О

со

00

ел

удароопаснсй зоны; коэффициент фотонной эмиссии KN. расстояние до максимума опорного давления а/в и размерудэроопас- ного участка 1уд/Ь - 14 - руд, 15 - пород.

Способ осуществляется следующим образом.

Шахтные измерения фотоэмиссии с поверхностей выработок и скважин проводит один оператор. Измерения с поверхностей выработок проводят методом телескопического обзора фиг. 1 на фоне освещения в диапазоне ультрафиолетового света 160- 300 нм (ФЗУ-80).

Исследуя последовательно поверхность выработки, находят участок, где породы излучают ультрафиолетовый свет. Это чэсток микротрещинообразования с повышенным механическим напряжением. Определяют по показаниям индикаторов пульта прибора длину опасного участка. Границы и центр опасного участка уточняют с помощью цилиндрического экрана путем уменьшения телесного угла потока излучения.

Прием сигналов с поверхностей выработок любого сечения проводят при одинаковых условиях. При расстоянии между бортом выработки и окном ФЗУ, равном 100 см, перемещая светонепроницаемую трубу, надетую на корпус детектора, получают эталонную рлощадь поверхности выработки 628 см , с которой регистрируют, световые сигналы. Измеряют параметры фотоэмиссии и находят их значения с единицы площади и по номограмме, приведенной на фиг. 4, определяют степень удароопасности массива пород в зоне измеряемого участка выработки.

При значениях фотоэмиссии (ФЭ), меньших критериальных значений, по центру аномального участка бурят скважину (фиг. 2 и 3). Перед скважинными замерами методом телескопического обзора проверяют состояние поверхностей призабойной части выработки. Включают пульт при закрытой крышке детектора и устанавливают режим работы прибора. Затем детектор с открытой крышкой, с подсоединенной штангой помещают в скважину, устье которой тампонируют светонепроницаемой пробкой. Затем зключают пульт и детектор перемещают вдоль скважины с помощью набора удлинительных штанг (фиг. 16). Результаты замеров фиксируют через каждые 0,5м.

При неопасных значениях величин ФЭ, определяемых по показаниям индикаторов, замеры проводят до глубины скважины 6-8 м и находят опасный участок по максимальным значениям параметров фотоэмиссии.

За фоновое принимают среднее значение

фотоэмиссии при измерении на глубину 8 м.

Например, для скважины диаметром

105 мм определяют расстояние I между детекторов и круговым экраном из равенства

5 лК2 2я rl.

где г - диаметр скважины. Тогда

-к

Определяют параметры фотоэмиссии с единицы площади поверхности участка с максимальным напряжением, а степень удароопасности пород измеряемого участка массива определяют по номограмме, приведенной на фиг. 4.

Фотоэмиссионный коэффициент при измерении стрелочным прибором с поверхностей выработок определяют из выражеФбмаксНИЯ Кфе« фё- :где. Фе макс.1. максимальное значение величины мощности излучения на опасном участке выработки. Фе фон. - значение мощности минимального излучения, регистрируемого при равновесных состояниях окружающего массива. При измерении с поверхностей выработок в ультрафиолетовом диапазоне частот с помощью цифрового табло при обычном состоянии пород Мфсж равно минимальному значению излучения ММин, тогда

KN

,П NM«C.

иин.

Для повышения оперативности используют показания цифрового индикатора. При фе N-n-l-Ефот N

число регистрируемых

импульсов;

п - количество фртонов в импульсе;

b - предел измерения;

t - время регистрации;

Е фот- средняя энергия фотонов;

и выборе одинаковых пределов для величины b и t имеем Фе М.г.Ефот. Число фотонов в импульсе п и энергия фотона Е фот для каждого ФЭУ постоянны. Для ФЭУ-83 п. эВ. Поэтому степень удароопасности оперативно определяют по номограмме, представленной на фиг. 4, где N умножают на постоянную величину 20 и производят оценку состояния участка горного массива по Фв .

На основании натурных исследований предложены критерии для отнесения участка к той или иной категории удэроопэсности в зависимых от параметров максимальной фотоэмиссии.

В измеряемом интервале с применением критериев математической статистики найдена корреляционная зависимость между параметрами р и Фе с достаточной для щахтной практики точностью, зависимость выражается следующей формулой:

Кфе -С К/э +D,

где С 5,2,0-0,125.

При измерении с поверхностей скважин мощности излучения коэффициент Ф9 1/ Фсмакс.

где Фемакс - максимальная величина мощности излучения на глубине скважины 0,9- 1,6;

ФеФон -средняя величина мощности излучения на глубине скважины 3-8 м.

При измерении с поверхностей скважин интенсивности излучения Фв коэффициент

у, Nmakc Мфон

где N макс - максимальная величина количества импульсов в единицу времени и на глубине скважины 0,9-1,6 м;

Мфон - средняя величина количества импульсов в единицу времени на глубине скважины 3-8 м.

Коэффициент ЭЭС

к/9

г РНШН.

где /Омане - величина ЭЭС на глубине 0,9г 1,6м;

р мин - средняя величина ЭЭС на глубине 3-8 м.

Способ выполняется с помощью измерителя фотоэмиссии, содержащего два детектора и пульт.

Детектор для измерений с поверхностей выработок в ультрафиолетовом диапазоне света содержит фотоэлектронный умножитель, усилитель, выпрямитель-делитель напряжения, генератор-преобразователь тока и светонепроницаемую трубу, надеваемую на корпус детектора.

Детектор для изменений с поверхностей скважин в инфракрасном и видимом

диапазонах света содержит механический светонепроницаемый экран в виде металлического круга, жестко скрепленного с помощью стержней с ободом с разрезом, 5 который крепится на корпусе детектора.

Пульт содержит измеритель амплитуды с микроамперметром, электронный счетчик с цифровым индикатором и стабилизированный автономный источник питания.

0 Как показывает практика, оперативнее измерять бесконтактным геофизическим способом с поверхностей выработок. Поскольку в течение года участков с 1-й степенью ударооласности встречается 1-2

5 раза, опасных участков 10-20, то число прогнозных скважин уменьшается до 15.

При замере параметров фотоэмиссии в них в нескольких точках до 3 м делается вывод: если показания индикаторов малы,

0 порядка 102 имп/с для пород и 10г имп/с для руды, то опасности нет и замеры прекращаются; если показания измерителей большие, порядка 105 имп/с для пород и 10 имп/с для руды, то замеры проводят до глубины € м и по сред5 нему значению параметров 3-8 м определяют фоновое значение (минимальное) или параметр фотоэмиссии нетронутого массива.

Формула изобретения

0 Способ определения степени ударооласности массива горных пород, включающий измерение параметров фотонной эмиссии в ультрафиолетовом диапазоне и определение опасных категорий массива,

5 отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности, параметры фотонной эмиссии измеряют с поверхности выработки, находят опасный участок с повышенным напряжением, зада0 ют критериальные значения фотонной эмис- сии по повышенной интенсивности фотонной эмиссии, измеряют параметры фотонной эмиссии с единицы площади поверхности опасного участка, при значениях

5 меньших критериальных в центре опасного участка бурят скважину, измеряют параметры фотонной эмиссии по длине скважины, находят участок скважины и максимальным напряжением, измеряют параметры фотон0 ной эмиссии с единицы площади поверхности скважины, составляют номограмму критериальных значений фотонной эмиссии горных пород и по ней определяют степень удароопасности последующего участка мас5 сива горных пород.

ЧЧУ 4v

/Т

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения степени удэроопасности массива горных пород, основанным на регистрации и измерении параметров электромагнитной эмиссии. Цель изобретения - повышение точности и достоверности. Для этого измеряют параметры фотонной эмиссии в ультрафиолетовом диапазоне и определяют опасные категории массива. Параметры фотонной эмиссии измеряют с поверхности выработки и находят опасный участок с повышенным напряжением. Измеряют параметры фотонной эмиссии единицы площади поверхности опасного участка. При значениях, меньших критериальных, в центре опасного участка бурят скважину, измеряют параметры фотонной эмиссии по длине скважины с максимальным напряжением. Измеряют параметры фотонной эмиссии с единицы площади поверхности скважины и составляют номограмму критериальных значений фотонной, эмиссии горных пород. По соединяемой номограмме определяют степень удароопасности исследуемого участка массива горных пород. А ил. „-у г-Ё

№#

у

Фие.Э