Способ определения коэффициента запаса устойчивости горного массива Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении устойчивости участков горного массива бортов карьеров, откосов, уступов, целиков, потолочин и т.д. при открытой и подземной отработке полезных ископаемых.

Известен сейсмоакустический способ прогноза устойчивости массива, заключающийся в регистрации и анализе распространяющихся в массиве упругих импульсов акустической эмиссии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ определения коэффициента запаса устойчивости горного массива, включающий измерения в массиве горных пород величин и частоты акустических эмиссий, возникающих от естественных напряжений в массиве и от приложенных к

нему дополнительных нагрузок, и оценку устойчивости массива в зависимости от величины и частоты импульсов акустической эмиссии.

Недостатком этого способа является следующее. Для определения устойчивости участков горного массива необходимо бурить множество скважин в разных местах, т.е. для каждого места измерения необходимо бурить свои скважины. При этом бурение скважин в массиве не везде возможно. Кроме того, сигналы, возникающие при бурении скважин, намного интенсивнее, чем сигналы акустической эмиссии. Это затрудняет измерение акустической эмиссии, на основании которого судят об устойчивости массива. Большим недостатком является также то, что при этом способе можно измерять акустическую эмиссию только в непосредственной близости от места бурения скважи 4 СЛ О

ю о

ны. В известном способе не учитывается время затухания акустической эмиссии, а это зависит также от устойчивости горного массива. Все это отрицательно сказывается на достоверности определения устойчиво- сти горного массива.

Цель изобретения - повышение достоверности определения устойчивости массива за счет возможности измерения акустической эмиссии одновременно на больших площадях, а также с учетом времени восстановления естественного фона акустической эмиссии.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения коэффициента зала- са устойчивости горного массива, преимущественно скального, включающем измерения в массиве горных пород величин и частоты акустических эмиссий, возникающих от естественных напряжений в массиве и от приложенных к нему дополнительных нагрузок, и оценку устойчивости массива в зависимости от величины и частоты импульсов акустической эмиссии, в качестве дополнительных нагрузок для возбуждения акустической эмиссии в массиве используют взрывы по отбойке руды, замеряют время затухания после взрывов по отбойке руды до фонового уровня этой эмиссии, и коэффициент запаса устойчивости массива определяют из выражения

Yc tg2 р (е43-01 п2 + е-0 02 2 + ) +

Ч.(е-°-01Т +е-°-02Т+,е-ю-озт), где уз- угол внутреннего трения горных по- род, град;

П2 - максимальная интенсивность акустической эмиссии, возникающей под действием взрыва, имп./мин;

Т - продолжительность затухания дофо- нового уровня акустической эмиссии, мин.

Способ осуществляется следующим образом.

На массиве устанавливают датчики приема импульсов акустической эмисии, напри- мер ЗИР-3, ЗИР-5М, пьезоэлектрический геофон. В качестве регистрирующих приборов используются шестиканальные самописцы типа Н338-6П. Вначале измеряют фон акустической эмиссии до проведения взрыва по отбойке руды. Потом производят замеры и фиксацию величины акустической эмиссии непосредственно после взрыва горных пород. Одновременно с этим замеряют и фиксируют время от момента взрыва до восстановления естественного фона величины акустической эмиссии.

В первоначальный период после взрыва величина акустической эмиссии будет значительно больше естественного фона до

взрыва. С течением времени акустическая эмиссия будет уменьшаться и достигнет по- стояннрй величины естественного фона. Естественный фон акустической эмиссии после взрыва на устойчивом участке пород через некоторое время будет меньше в связи с перераспределением напряженного состояния в массиве. В неустойчивом массиве акустическая эмиссия, как правило, будет больше, так как взрывы в неустойчивых породах вызывают интенсивное перераспределение напряжений в массиве.

На основании проведенных замеров получают величину максимальной, интенсивности акустической эмиссии п и определяют время затухания пиковых значений акустической эмиссии до фонового уровня Т. По приведенному выражению определяют коэффициент запаса устойчивости горного массива:

Если YC 1, то массив устойчив.,

Если Yc 1, то массив неустойчив.

Приведенное выражение получено по результатам промышленных испытаний при определении устойчивости горного массива в зависимости от различной интенсивности и продолжительности акустической эмиссии.

Пример 1. На одном из участков карьера вначале замеряли естественный фон акустической эмиссии горного массива. Он составил m 8 импульсов в минуту. Потом замер выполняли сразу после взрыва горных пород. Повле взрыва интенсивность акустической эмиссии составила па- 80 импульсов в минуту. Естественный фон восстановился через Т 60 мин. Угол внутреннего трения пород в этом районе составил р 33°. По выражению определили коэффициент запаса устойчивости массива, равный 0,73.

Расчетный коэффициент запаса устойчивости меньше 1. Следовательно, массив неустойчив после взрывов горных пород.

Пример 2. На другом участке карьера при замерах установлены следующие данные: фон акустической эмиссии до взрыва щ 3 импульса в минуту; величина акустической эмиссии сразу после взрыва П2 32 импульса в минуту; время восстановления до естественного фона Т 16 мин; угол внутреннего трения в породах . Коэффициент запаса устойчивости массива, определенный по выражению, равен 1,6.

Расчетный коэффициент запаса устойчивости больше 1. Следовательно, массив устойчив после взрывов горных пород.

Преимущества изобретения заключаются в том, что благодаря повышению надежности и достоверности определения коэффициента запаса устойчивости участков массива горных пород можно более надежно и достоверно определить вероятность возникновения внезапных обрушений массивов горных пород, оценить результаты мероприятий, направленных на повышение устойчивости массивов, более правильно определить режимы ведения горных работ, что имеет важное значение для обеспечения безопасных условий работ и предупреждения травматизма.

Формула из обретения Способ определения коэффициента запаса устойчивости горного массива, включающий измерение в массиве горных пород интенсивности акустических эмиссий, возникающих от естественных напряжений в массиве и от приложения к нему дополнительных нагрузок, и оценку устойчивости массива по параметрам импульсов акустической эмиссии, ОТЛИУЭЮЩИЙСЯ тем.

0

5

0

что, с целью повышения достоверности определения коэффициента запаса устойчивости за счет возможности измерения акустической эмиссии одновременно на больших площадях, предварительно определяют коэффициент трения горных пород, в качестве дополнительных нагрузок используют взрывы по отбойке горных пород, измеряют время затухания после взрывов до установления фонового уровня акустической эмиссии, а коэффициент запаса устой- чивости массива определяется из. выражения

Yc tg (е °-01п2 I e ° 02n2 + ) +

+ (е 01Т+е-° 02Т+е-) °зт). где (р-угол внутреннего трения горных пород, град;

П2 - максимальная интенсивность акустической эмиссии, возникающей под действием взрыва, имп./мин;

Т - продолжительность затухания дофо- нового уровня акустической эмиссии, мин.

Использование способа позволяет повысить достоверность. Измеряют интенсивность и частоту фоновой акустической эмиссии от естественных напряжений. Производят измерения акустической эмиссии при производстве взрыва горных пород. Измеряют время затухания после взрыва до установления фонового уровня акустической эмиссии. Определяют величину коэффициента запаса устойчивости по расчетной формуле, в которую включены угол внутреннего трения горных пород, максимальная интенсивность акустической эмиссии, возникающей под действием взрьТва, и продолжительность затухания акустической эмиссии.