Способ определения выбросоопасности горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения напряженного состояния и выбросоопасности горных пород при ведении работ в горных выработках.

В горной промышленности известен способ определения степени ударопасно- сти массива горных пород, заключающийся в выбуривании скважины, подсчете количества выпукло-вогнутых дисков керна с каждого погонного метра скважины и определении зоны максимальных нагрузок с учетом средней толщины дисков и их прочности на сжатие.

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает расчленение песчаника на литологически различные слои, отличающиеся по вещественному составу,

структурно-текстурным характеристикам и физико-механическим свойствам.

Кроме этого, для его исполнения нужны дополнительные определения максимальных напряжений и прочности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения выбросоопасности песчаника, заключающийся в выбуривании скважины в направлении по- двигания забоя и подсчете количества выпукло-вогнутых дисков керна с каждого погонного метра скважины. При количестве дисков более 30 - 40 песчаник относят к высокой степени опасности, а при выходе керна размером 150 - 200 мм и более, опоясанных трещинами и перемежаемых единичными дисками, породы относят к низкой степени опасности.

XI

ю ю

О О

Недостатком известного способа является то, что дискообразование в одной сква- жине достоверно может указывать на повышенную степень напряженности горных пород только по одному направлению, нормальному по отношению к оси скважины, и не отражает распределение полей напряжения в горном массиве по другим направлениям.

Целью изобретения является увели- чение достоверности и надежности оценки выбросоопасности горных пород при наличии выпукло-вогнутых дисков в скважине.

Поставленная цель достигается тем, что по известному способу определения выбросоопасности горных пород, заключающемуся в выделении слоев песчаника по структурно-текстурным признакам, бурении скважин по каждому слою в направле- нии подвигания выработки, подсчете количества выпукло-вогнутых дисков керна с каждого погонного метра скважины, при наличии более 30 - 40 дисков выработка будет проходится в зоне высокой степени опасности, при наличии не более 20 - 30 дисков, перемежающихся породными цилиндрами длиной 50-100 мм с характерными кольцевыми трещинами, выработка будет проводится в зоне средней степени опасности, при выходе кернов размером 150- 200мм и более, опоясанных трещин и перемежаемых единичными дисками, выработка будет проводиться в зоне невысокой степени опасности, в случае образования дисков бурят дополнительную скважину, расположенную нормально к основной и при отсутствии дисков в дополнительной скважине относят к выбросонеопасной, а при наличии дисков степень выбросоопас- ности определяется по среднему количеству дисков по двум скважинам.

Диски могут образовываться в нерав- нокомпонентном поле осевых напряжений 20-40 МПа и радиальных 10-70 МПа.Тогда как в равнокомпонентном (изотропном) поле величина напряжения, при котором образовывались диски, достигала для песчаников 130 МПа. Порода отслаивается от стенок полостей выбросов, всегда по- вторяя форму полости, а керн скважин, пробуренных в выбросоопасных зонах в разных направлениях, всегда делился на выпукло-вогнутые диски нормально оси скважины.

Предлагаемый способ определения выбросоопасности горных пород реализуется следующим образом.

Для неопасных по выбросам песчаников, на горизонте 708 м песчаника d/jSoV

в южном полевом дренажном штреке шахты бурились опережающие скважины. Диски наблюдались по керну скважин, пробуренных от пикета 122 + 5,5 м до пикета 154 + 0,8 м (30 - 40 дисков на 1 погон, м), от пикета 155 + 5 м до пикета 159 + 7 м (30 - 40 дисков на 1 погон.м), от пикета 164 + 7 м до пикета 166 + 5 м (до 50 дисков на 1 погон.м). В геологическом отделе шахты было отобрано пять каротажных диаграмм ранее пробуренных геолого-разведочных скважин с поверхности в районе проведения южного дренажного штрека. По геолого-геофизическим данным каротажных диаграмм и описаниям шахтного геолога было выделено четыре слоя в песчанике d/iSd 1, по которым шла выработка. В районе пикетов 122 + 5; 153 + 5; 155+ 5 и 161 +8 м были пробурены дополнительные скважины в выделенных слоях песчаника, расположенные нормально к основным, буримым параллельно проведению выработки. В дополнительных скважинах дисков не обнаружено. Проводившийся на данном участке локальный прогноз по комплексу геолого-гёофизиче- ских параметров с отбором проб, петрографическимииколлекторскимиисследованиями также показал отсутствие выбросоопасности. Таким образом, исследованный участок песчаника, несмотря на дискообразование керна опережающих скважин, отнесен к выбросонеопасному, что подтверждено фактическими (отсутствие выбросов) и эмпирическими (локальный прогноз) данными.

Для опасных по выбросам песчаников и низкой степени опасности. На горизонте 1136 м песчаника USIi в квершлагах № 1 и 2 шахты бурились опережающие скважины. Выпукло-вогнутые диски наблюдались по керну скважин, пробуренных в квершлаге Мг 1 от пикета 21 + 6,6 м до пикета 22 + 6,6 м (40 дисков на 1 погон.м) и в квершлаге № 2 от пикета 15 + 9 м до пикета 164 + 4 м (50 дисков на 1 погон.м) и от пикета 16 + 5 м до пикета 17 + 6м (30 -40 дисков на 1 погон.м.). По геолого-геофизическим данным каротажных диаграмм ближайших геологоразведочных скважин периода детальной разведки и данным шахтного геолога в песчанике было выделено два слоя, по которым проводились параллельно идущие горные выработки. По верхнему слою в районе пикетов 22+1и16 + 2 были пробурены дополнительные скважины, располо- женные нормально к основным, пробуренным по оси выработок. В дополнительных скважинах также наблюдались диски (30 - 40 пикетов на 1 погон, м). Дан- jHbift слой песчаника был отнесен к выбросоопасным и впоследствии в нем наблюдались выбросы пород.

В нижнем слое песчаника также была пробурена дополнительная скважина в районе пикета 16 + 8 м, заложенная нормально оси выработки основной скважины. Количество дисков в этой скважине не превышало 10 на 1 погон.м, чаще же встречались кольцевые трещины или керна длиной 10 - 20 см. В среднем по двум скважинам по нижнему слою в количество дисков не превышало 18 - 20 дисков на 1 погон, м. Данный слой был отнесен к низкой степени опасности, впоследствии в нем, по данным шахтных геологов, наблюдались отдельные микровыбросы, не учитываемые специальной службой прогноза.

Проводившийся параллельно локальный прогноз совпал с описываемым прогнозом по дискам.

Проведенный анализ на шахтах подтвердил положение о том, что в выбросоо- пасной зоне порода вследствие больших напряжений находится в изотропном напряженном состоянии, которое можно выявить однозначно по выпукло-вогнутым дискам кернов не менее двух скважин, рас0

5

0

5

положенных нормально одна относительной другой и пробуренных в однородном слое песчаника.

Формула изобретения Способ определения выбросоопасно- сти горных пород, включающий выделение слоев песчаника по структурно-текстурным признакам, бурение скважин по каждому литологически однородному слою песчаника в направлении подвигания выработки, подсчет количества выпукло-вогнутых дисков керна с каждого погонного метра скважины, оценку выбросоопасности горных пород, отличаю щи йся тем, что, с целью увеличения достоверности и надежности оценки выбросоопасности горных пород при наличии выпукло-вогнутых дисков в скважине, в литологически однородном слое песчаника бурят дополнительную скважину нормально к основной и при отсутствии дисков в дополнительной скважине породу считают невыбросоопасной, а при наличии в дополнительной скважине выпукло-вогнутых дисков породу относят к выбросоопасной, при этом степень выбросоопасности определяют по среднему количеству выпукло-вогнутых дисков в основной и дополнительной скважинах.

Изобретение относится к горной промышленности и м.б. использовано для определения напряженного состояния и выбро- соопасности горных пород при ведении работ в горных выработках. Цель изобретения - увеличение достоверности и надежности оценки выбросоопасности горных пород. Устанавливают слой литологически однородных по структурно-текстурным признакам. Бурят опережающие скважины (ОС), устанавливают количество выпукло- вогнутых дисков (ВД) и при наличии ВД бурят дополнительную скважину нормально к ОС и степень выбросоопасности устанавливают по среднему количеству ВД в ОС и дополнительной скважине, а при отсутствии ВД в ОС породу считают невыбросоопас- ной. СО