Способ прогнозирования аварийного состояния участков массива горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при контроле за устойчивостью горных выработок, целиков предпочтительно в сухих, безопасных по взрыву пыли и газов условиях.

Известен способ определения устойчивости участков массива горных пород, основанный на электрометрическом методе, включающий бурение в массиве пород контрольных скважин, размещение в них электродов и прижатие их к стенкам скважины, подачу на электроды напряжения, измерение величины тока, протекающего через электроды, и оценку по величине тока устойчивости массива пород.

Однако данный способ имеет ряд недостатков, снижающих его достоверность. Это объясняется тем, что величина протекающего через электроды тока зависит не только

от величины горного давления, но и от надежности электрического контакта электродов с горной породой, минерального состава пород на контролируемом участке, влажности пород и солевого состава влаги, т.е. еще от многих фа кторов, учесть которые, а особенно их изменения, не всегда представляется возможным.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля устойчивости участков массива горных пород, включающий выполнение контрольных скважин в массиве горных пород, размещение в них двух пар электродов, подачу на них напряжения, измерение тока, протекающего через электроды, и определение по величине тока устойчивости горных пород в массиве.

Однако и в этом способе величины токов неоднозначно зависят от величины давvjСО Ю О

ю

Јь

ления, что снижает достоверность результатов измерений.

Цель изобретения - повышение достоверности прогнозирования предельного состояния прочности горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем выполнение контрольных скважин в массиве горных пород, размещение в них двух пар электродов, подачу на электроды напряжения, измерение тока, протекающего через электроды и определение устойчивости горных пород в массиве, каждую из пар электродов выполняю в виде разрядников, один из которых располагают в центре поперечного сечения скважины, а другой - у внутренней поверхности скважины с зазором относительно нее, напряжение подают поочередно на каждый из разрядников, постепенно увеличивают его, определяют значения напряжений, при которых измеряемый ток резко возрастает, а определение устойчивости горных пород в массиве осуществляют по величине измеренной разности напряжений.

В основе способа лежит явление повышения электропроводности воздуха в непосредственной близости от кристаллических тел, подвергающихся разрушению под действием давления, в момент начала из разрушения. Эксперименты проводят с образцами гранитов, железистых кварцитов, глинистых сланцев. Момент начала повышения электропроводности наблюдают при давлениях, соответствующих 0,6 - 0,8 предела прочности, что по теории прочности соответствует процессу активного тре- щинообразования в подвергающихся нагружению телах.

Изменения электропроводности на расстоянии 15 мм от поверхности испытываемых образцов не наблюдается. Вероятно причиной повышения электропроводности воздуха является ионизация воздуха, вызванная эмиссией высокоэнергетических электродов с вновь образованных поверхностей т.е. поверхностей образующихся трещин. В то же время энергии электронов не хватает, чтобы ионизировать удаленные от поверхности разрушаемых тел слои воздуха.

На чертеже схематично изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит разрядники 1 и 2, закрепленные на диске 3 из диэлектрика, при этом разрядник 1 закреплен по периметру диска 3, а разрядник 2-е его центре. Диск 3 соединен стяжками 4 с диском 5, к которому крепится досылочная

штанга 6. К электродам разрядников 1 и 2 подсоединены проводники 7-9. Проводник 8 другим концом соединен напрямую с источником 10 высокого напряжения, а проводники 7 и 9 - через переключатель 11, ограничивающее сопротивление R и измеритель тока/г А. Ограничивающее сопротивление R предназначено для ограничения тока и предохранения источника высокого

напряжения при случайном замыкании разрядников и в момент пробоя.

Способ реализуют следующим образом.

Скважинную часть устройства вставляют в устье скважины и с помощью досылоч- ной штанги 6 перемещают по скважине с остановкой через определенные интервалы. В момент остановки с помощью переключателя 11 соединяют разрядники 2 с источником 10 высокого напряжения, напряжение выхода которого постепенно увеличивают, следя одновременно за показаниями измерителя тока/г А. В момент резкого возрастания тока, что соответствует началу

электрического пробоя газа, фиксируют величину (подаваемого на разрядник напряжения. После этого напряжение снижают до нуля, переключателем 11 соединяют с источником высокого напряжения разрядник

1 и, как в предыдущем случае, опять фиксируют величину Ua подаваемого на разрядник напряжения.

Затем вычисляют разности Ui - Ua. В случае если U1 - , то считают, что массив

устойчив и давление, испытываемое породами, находится в пределах их упругой деформации.

Если Ui- U2 0. то это говорит о том. что те участки массива, на которых обнаружено

это явление, подвержены нагрузкам, превышающим их предел упругости, идет процесс активного трещинообразования и они склонны к обрушению.

Значение величины Ui, снимаемой с

разрядника 2, служит как бы эталонным, в .котором автоматически учитываются измерения электропроводности газовой среды скважины от изменения влажности, давления, наличия пыли, наличия в породах радиоактивных элементов, а в величине U2 к указанным факторам, влияющим на электропроводность, присоединяется и фактор, обусловленный повышением электропроводности газа на контакте с кристаллическим телом при начале разрушения последнего.

Поэтому разность Ui - Ua обусловлена только последним из перечисленных факторов, влияющих на электропроводность, за

счет чего и повышается достоверность прогноза.

Формула изобретения Способ прогнозирования аварийного состояния участков массива горных пород, включающий выполнение контрольных скважин в массиве горных пород, размещение в них двух пар электродов, подачу на электроды напряжения и измерение тока, протекающего через электроды, и определение устойчивости горных пород в массиве, отличающийся тем, что, с целью

0

повышения достоверности прогноза, каждую из пар электродов выполняют в виде разрядников, один из которых располагают в центре поперечного сечения скважины. а другой - у внутренней поверхности скважины с зазором относительно нее, напряжение подают поочередно на каждый из разрядников, постепенно увеличивают его, определяют значения напряжений, при которых измеряемый ток резко возрастает, а определение устойчивости горных пород в массиве осуществляют по измеренной разности напряжений.

Использование: контроль устойчивости горных выработок, преимущественно безопасных по газу и пыли. Сущность изобретения: в массиве горных пород бурят контрольную скважину. В скважину устанавливают две пары электродов. Каждую пару выполняют в виде разрядников. Первый из разрядников размещают в центре поперечного сечения скважины, а второй - у ее внутренней поверхности. Подают на первый разрядник постепенно увеличивающееся напряжение и определяют величину тока, протекающего через разрядник. Фиксируют величину напряжения, при котором ток резко возрастает. Затем напряжение подают на второй разрядник и определяют его величину в момент возрастания тока. По разности измеренных напряжений определяют устойчивость горных пород. 1 ил. ё

6 5 I/ з г

.

S& 7ф 3&S/S/ S/S/ /%r S/S /Sf S/S SSS /Л SSS ЛЯГ /SS SS/