Способ контроля устойчивости горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

кого спектра сигналов вызванной АЭ регистрируют активность лишь высокочастотных импульсов в диапазоне частот 10 50 кГц, которые несут информацию о накоплении дефектов структуры, не оказывающих существенного влияния на устойчивость контролируемого участка. По мере возрастания горного давления активность высокочастотных импульсов вызванной сейсмоакустической эмиссии (САЭ) после взрывов может нарастать и значительно превышать начальный уровень активности, зарегистрированный непосредственно после взрыва, что снижает достоверность известного способа, поскольку в качестве информативного параметра состояния контролируемого участка используется начальный уровень активности вызванной САЭ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ оценки напряженно-деформированного состояния гбрного массива по сейсмоакустическому последействию, при котором состояние массива оценивается по параметрам вызванной САЭ, характеризующим начальный уровень и затухание активности после динамического воздействия.

Недостатком известного способа является снижение достоверности оценки напряженно-деформированного состояния по мере возрастания горного давления, по. скольку при увеличе}ний агрузки затухание вызванной САЭ принимает .нестационарный характер за C4et неустойчивости прогрессирующего трещинообразования.

Цель изобретения - повыщение достоверности контроля устойчивости горных пород.

Достоверное распознавание стадии снижения устойчивости контролируемых участков массива горных пород повышает безопасность горных работ и позволяет предотвратить ущерб, связанный с опасными rфoявлё иями потери устойчивости на контролируемых участках массива.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе оценки напряженнодеформированногр состояния горного массива, заключающемся в определении характера затухания активности вызванной САЭ. регистрацию САЭ осуществляют одновременно в двух частотных диапазонах-высоко- и низкочастотном, при этом для выявления последовательных стадий снижения устсМчивости горных пород в контролируемой зоне наряду с определением начального и фонового уровней активности контролируют изменение коэффициентов вариации активности САЭ во времени.

Известно, что взрывные работы вызывают вспышку активности САЭ. которая постепенно затухает после взрыва. Характер сейсмоакустической реакции горных пород

на взрыв позволяет оценивать степень устойчивости горных пород в зоне влияния взрыва, которые считаются устойчивыми, если состояние горных пород таково, что небольшое нарушение условий, в которых

0 находятся «горные породы, вызывает при взрыве, соответственно, небольшое изменение сейсмоакустической реакции в форме относительно быстрого и стёбильного квазизкспоненциального затухания вызванной

5 САЭ в низко- и высокочастотном диапазонах частот.

Если в результате изменения горнотехнических условий после Очередного взрыва зафиксировано значительное изменение

0 сейсмоакустической реакции контролируемого участка в форме значительно взросших начальных уровней активности, а также в форме длительного, нестабильного и многофазного процесса затухания вызванной САЭ с выбросами ее активности на фоне общего спада по квазиэкспоненциальному закону, состояние контролируемого участка характеризуется как неустойчивое. Величина отклонений характеристик процесса затухания активности САЭ от квазизкспоненциального, являющаяся основным показателем устойчивости, оценивается по изменению коэффициента вариации активности вызванной

5 САЭ, в низко- и высокочастотном диапазонах во времени. Одновременный контроль САЭ в низко- и высокочастотном диапазонах частот позволяет оценивать степень .снижения устойчивости горных пород за

б счет контроля характера изменения частотного состава вызванного сейсмоакустического излучени, поскольку образование более крупных трещин, определяющих степень устойчивости горных пород, сопровождается опережающим ростом активности САЭ в низкочастотном диапазоне. Именно по этой причине контроль характера затухания активности вызванной САЭ в низко- и высокочастотном диапазонах позволяет не

0 только выявлять начало стадии снижения устойчивости, но и своевременно определять момент перехода горных пЪрод в контролируемой зоне в опасное неустойчивое состояние. Одновременный контроль вызванной САЭ в двух различных диапазонах частот позволяет, кроме того, снизить погрешность оценки устойчивости, обусловленную разнородностью, встречающихся в процессе реализации способа горногеологических условий и вариаций физико-механических свойств горных пород, влияющих на их эмиссионную активность в том или ином частотном диапазоне.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что наряду с определением начального уровня активности, определяется фоновый уровень активности, а также коэффициент вариации активности вызванной САЭ. причем контроль и сопоставление относительного изменения перечисленных параметров ведется в двух диапазонах - высокочастотном и низкочастотном, что позволяет более достоверно судить о состоянии контролируемого участка массива.

На фиг.1 и 2 показан характер затухания активности соответственно низкочастотной и высокочастотной сейсмоакустической эмиссии на различных стадиях устойчивости целика.

Способ осуществляют следующим образом.

На контролируемом участке массива горных пород бурят взрывную и контрольную скважины (шпур) глубиной не менее 2 м с таким расчетом, чтобы обе скважины выходили за зону приконтурных трещин, а расстояние между ними 4 - 5 м. В контрольной скважине устанавливают датчики, подключаемые к двухканальному регистратору сейсмоакустической эмиссии, например, типа АЭР-2Ш, один из каналов которого настраивается на регистрацию САЭ в низкочастотном диапазоне 0,2 - 3,0 кГц, а второй - в высокочастотном диапазоне 10- 50 кГц. Во взрывную скважину заряжают 1 кг взрывчатого вещества и до устья заполняют забойкой. После подготовки регистрирующей аппаратуры в течение определенного времени проводят измерение Мф - уровня активности сейсмоакустического фона, например 10 циклов по 1.мин каждый. В начале II цикла инициируют взрывчатый заряд и проводят регистрацию САЭ в.низко-и высокочастотном диапазонах до тё;( пор пока активность вызва нной CAЭvнe спадает до уровня, зарегистрированного непосредственно перед взрывом. После проведения измерений строят графики хода сейсмоакустйческой активности, определяют вел14чину начального No и фонового Ыф уровней активности, коэффициенты вариации активности САЭ, которые в дальнейшем .служат нормой контроля. При изменении горнотехнической ситуации или горногёологических условий пoвтopяюt процедуру измерения вызванной САЭ и полученные результаты сопоставляют с нормой контроля или результатами предыдущих измерений. Если

при этом зафиксировано синхронное возрастание начального и фонового уровней активности САЭ в обоих диапазонах частот, свидетельствующее об изменении напряженного СОСТОЯНИЯ и интенсификации процессов трещинообразования, принимается решение о начале снижения устойчивости контролируемого участка. В дальнейшем в процессе контроля обращают внимание на

10 определение коэффициентов вариации сейсмоакустической активности. В случае, если

в ходе последующего контроля сейсмоакустической реакции участка на очередное

взрывное воздействие, зафиксировано одновременное возрастание коэффициентов вариации активности САЭ в обоих частотных диапазонах, а также дальнейшее увеличение начального и фонового уровней активности низкочастотных сигналов вызванной САЭ, состояние контролируемого участка оценивают как переходное к опасно неустойчивому.

Изйбретение иллюстрируется следующим примером контроля устойчивости целика, нагружаемого за счет удаления с помощью взрывов окружающих близкорас-л положенных целиков. Реакция активности низкочастотной САЭ ведется в диапазоне частот 0,2 - 2,0 кГц, а высокочастотной - в

0 диапазоне 10-30 кГц аппаратурой типа АЭР-2Ш. Результаты измерений активности вызванной САЭ после трех взрывов на различных стадиях напряженного состояния целика, контролируемого одновременно с

5 помощью деформометров, представлены на фиг.1 и 2. Кривые 1, построенные по результатам, полученным после первого взрыва характеризуются стационарным характером затухания, что наряду с низкими значениями начального NO и фонового Мф уровней активности высокочастотной (No 100 имп/ч, Мф 20 имп/ч) и низкочастотной САЭ (NO 11 имп/ч, Ыф О имп/ч) служит основанием для решения о том, что

5 на этой начальной стадии натружения состояние целика устойчивое. Затем в процессе дальнейшей.пригрузки целика после очередного второго взрыва (кривые 2) по значительному - более чем двукратному увеличению начального и фонового уровней активности в обоих диапазонах, увеличению вариации активности вы- , сокочастотной САЭ определено начало стадии снижения устойчивости целика, что5 подтверджается возрастанием скорости

.деформации целика. Наконец, после третьего взрыва по продолжающемуся возрастанию начального и фонового уровней активности низкочастотной САЭ, одновременному возрастанию вариации

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам изучения свойств исостояния горных пород в массиве. Цель изобретения - повышение достоверности контроля устойчивости горных пород. На участках массива, подлежащих контролю и находящихся в радиусе действия технологических взрывов, регистрируют вызванную взрывами сейсмоакустическую эмиссию (САЭ), определяют начальный и фоновой уровни активности и коэффициенты вариации активности в низкочастотном (НЧ) и высокочастотном (ВЧ) диапазонах. Сопоставляют полученные в процессе контроля после очередных взрывов результаты с первоначальными, служащими нормой контроля, и в случае синхронного возрастания начального и фонового уровней активности САЭ в обоих диапазонах определяют начало стадии снижений устойчивости горных пород в контролируемой зоне. Момент перехода контролируемого участка в опасно неустойчивое состояние определяют по одновременному возрастанию коэффициентов вариации активности НЧ- и ВЧ-сигна- лов, увеличению начального и фонового уровней активности НЧ-сигналов, вызванной САЭ. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к горному делу и может быть использовано дЛя контроля устойчивости целиков/кровли, призабойной части и других участков массива горных пород.Известен способ контроля напряженного состояния участков массива горных по^ род, основанный на регистрации активности импульсов акустической эмиссии (АЭ), возникающих в массиве при бурении и взрывании шпуров в забоях выработок в ходе технологических циклов. По увеличению отношения величин активности АЭ при взрывании и бурении судят о повышении напряженного состояния контролируемого участка.Однако данный способ обладает недостаточной достоверностью, так как из широ-VjСл)ГО>&