Способ оценки удароопасности массива горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к оценке удароо- пасности массива горных пород, которую необходимо знать для предотвращения горных ударов.

Известен способ оценки удароопасно- сти массива горных пород, основанный на отборе керна из контрольных шпуров и измерении длины от основания керна до зоны с дисками, имеющими минимальную толщину, и общей длины зоны дискования керна.

Недостатками этого способа является необходимость отбора керна из всех контрольных шпуров и сложность определения

зоны с дисками, имеющими минимальную толщину.

Известен способ определения удароопасности массива горных пород, включающий бурение шпура с последующим термическим его расширением, определение расстояния от начала шпура до сечения с максимальным размером, минимальной и максимальной скорости расширения шпура в этом сечении и определение по полученным данным величины и положения максимальных напряжений в массиве.

Недостатком известного способа является необходимость определения напряже2

ел ю а

00

ний по всей длине шпура с заданным шагом, что снижает оперативность оценки удароо- пасности массива.

Цель изобретения - повышение оперативности оценки удароопасности массива горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что при способе, включающем бурение шпура в массиве с последующим его термическим расширением, измерение диаметра шпура по его длине и определение расстояния от устья шпура до сечения с максимальным размером поперечного сечения, бурят шпур в удароопасной зоне с отбором керна, начиная от устья шпура, измеряют базовый диаметр шпура на глубине, равной расстоянию от основания керна до зоны его дискования, затем бурят контрольные шпуры в исследуемый массив и после термического расширения определяют длину участка, имеющего диаметр, равный или более базового, после чего оценивают удароопасность массива по соотношению указанного участка к длине шпура и при соотношении

-Л- 0,1991макс2+0,0971 макс+0,304

-ш

относят массив к I категории удароопасности;

при 0,121 макс2+0,071 макс+0,042

0,1991Макс2+0,0971макс+0,304 массив относят к II категории удароопасности и при

L 0,1 21 макс2+0,071 макс+0,04.2 Lui

к lit категори удароопасности, где L - длина участка шпура, имеющего диаметр, равный или более базового диаметра;

-длина шпура;

1-макс - длина участка шпура от его начала до диаметра с максимальным размером.

Способ оценки удароопасности массива горных пород заключается в следующем. На каждом месторождении в удароопасной зоне из выработки перпендикулярно ее оси в массиве бурят шпур с отбором керна, начиная от устья. Оптимальная длина шпура равна ширине выработки, поскольку концентрация напряжений в приконтурном массиве выработки значительно снижается на глубине, равной ширине выработки, и, следовательно, эта зона является наиболее удароопасной. Затем измеряют длину керна от основания его до зоны дискования керна. Далее горную породу в этом шпуре нагревают посредством, например, электронагревателя в течение заданного интервала времени до ее разрушения. В результате этого в шпуре образуется полость с размерами поперечных сечений, пропорциопальными напряжениям, действующим в этих сечениях. Измеряют диаметр расширенного шпура на глубине, равной расстоянию от основания керна из этого шпура до зоны его дискования. Этот диаметр является. базовым для данного месторождения горных пород. Затем в исследуемых участках массива горных пород бурят контрольные шпуры с диаметром, равным диаметру первого шпура. Длина контрольных шпуров

(Liu) равна ширине выработки в исследуемой части массива. После этого горную породу в контрольных шпурах нагревают термическим способом с параметрами теплового воздействия такими же, как и в первом шпуре, Далее измеряют расстояние (макс) от начала контрольного шпура до его сечения с максимальным размером и длину участка (L) в контрольном шпуре, имеющего в поперечном сечении диаметр, равный или более

базового диаметра.

В результате экспериментальных исследований отношения длины участка шпура, имеющего в поперечное сечении диаметр, равный или более базового, к ширине выработки от длины участка шпура от его начала до сечения с максимальным размером зоны термического разрушения в массивах горных пород, имеющих различные категории удароопасности, и математической обработки этих данных получены зависимости для подразделения массивов горных пород на три категории удароопасL

ности. При соотношении -- 0, +

LUJ

+ 0,0971 макс-Ю,304 относят массив к I категории удароопасности; при 0,121 Макс2 +

+ 0,071-макс + 0,042

U,

0,1991Макс2

+ 0,0971Макс + 0,304 массив относят к II

L

категории удароопасности и при --

оLUJ

0, + 0,07Ц,акс + 0,042 - к III категории удароопасности, где L - длина участка шпура, имеющего ди- аметр, равный или более базового диаметра;

LUJ - длина шпура;

1-макс - длина участка шпура от его нйча- ла до диаметра с максимальным размером. В зависимости от категории удароопасности массива выбирают способы предотвращения горных ударов.

Пример. На руднике из буро подсечного штрека пробурен шпур диаметром 59

мм с последующим отбором керна. Длина шпура равна ширине выработки и составляет 3,4 м. Длина керна из этого шпура от основания до зоны его дискования равна 0,4 м. Затем породу в шпуре нагревают посред- ством нагревателейТЭН 200 Д 16/2,51220, расположенных по длине шпура. Общий нагрев породы в шпуре необходимо осуществлять в течение 20 мин. После нагрева измеряют диаметр поперечного сечения этого шпура на расстоянии 0,4 м от начала шпура. Этот диаметр принят за базовый для месторождения и равен 65 мм. Далее производят оценку удароопасности массива в трех выработках (1-3). В каждой из этих выработок перфоратором пробуривают контрольный шпур диаметром 59 мм, длина каждого шпура () равна ширине выработки. После этого породу в контрольных шпурах нагревают посредством нагревателей ТЭН 200 Д 16/2,5 Т 220 в течение 20 мин. После нагрева в каждом контрольном шпуре измеряют расстояние от начала шпура до его сечения с максимальным размером (макс) и длину участка шпура (L), имеющего диаметр поперечного сечения, равный или более базового.

.Данные измерений сведены в табл. 1.

Затем определяют отношение длины участка шпура, имеющего в поперечном се- чении диаметр, равный или более базового, к длине шпура и величины квадратных зависимостей для граничных условий между первой - второчи и второй - третьей категориями удароопасности массива при изме- ренных расстояниях от начала шпура до сечения с максимальным размером.

Результаты вычислений приведены в табл.2.

После этого проверяют выполнение ус- ловий удароопасности массива последовательно для первой, второй и третьей категорий. Массив выработки 1 относится к второй категории удароопасности, так как 0,089 0,207 0,375; массив выработки 2 относится к третьей категории удароопасности, так как0,157 0,232; массив выработ- ки 3 относится к первой категории удароопасности, так как 0,414 0,351.

Таким образом, способ позволяет со- кратить количество измерений размеров поперечных сечений в шпуре и тем самым повысить оперативность оценки удароопасности массива горных пород. Время определения удароопасности массива составляет около 1 ч. Время определения категории удароопасности массива методом дискования керна, взятого в качестве аналога, составляет около 6 ч, а методом, взятым в качестве прототипа, - не менее 2 ч. Таким образом, время определения категории удароопасности сокращается не менее, чем в 2 раза.

Формула изобретения Способ оценки удароопасности массива горных пород, включающий бурение шпура в массиве с последующим его термическим расширением, измерение диаметра шпура по его длине и определение расстояния от устья шпура до сечения с максимальным размером поперечного сечения, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности оценки, шпур бурят в ударо- опасной зоне с отбором керна, начиная с устья шпура, измеряют базовый диаметр шпура на глубине, равной расстоянию от основания керна до зоны его дискования, затем-бурят контрольные шпуры в исследуемый массив и после термического расширения определяют длину участка, имеющего диаметр, равный или более базового, после чего оценивают удароопасность массива по соотношению указанного участка к длине шпура и при соотношении

0,1991макс2+0,0971макс+0.304

относят массив к I категории удароопасности,

при 0.121Макс2+0,07| макс+0,042 0,1991макс2+0,0971макс+0,304

массив относят ко II категории удароопасности и при

0,121 макс2+0,071-макс+0.042 к 111 категории удароопасности, где L - длина участка шпура, имеющего диаметр, равный или более базового диаметра;

L-ш - длина шпура;

Ьмакс - длина участка шпура от его начала до диаметра с максимальным размером.

Таблица 1

Использование: горнодобывающая промышленность, разработка и контроль вы- бросоопасных месторождений полезных ископаемых. Сущность изобретения: в уда- роопасном массиве горных пород бурят шпур (Ш) с отбором керна и последующим расширением Ш, затем измеряют базовый диаметр Ш на глубине, равной расстоянию от основания керна до зоны его дискования. Далее в исследуемом массиве бурят контрольные Ш и после термического расширения определяют длину участка, имеющего диаметр, равный или более базового, и расстояние от устья Ш до сечения с максимальным размером поперечного сечения. Удароопасность массива оценивают по соотношению длины участка Ш, имеющего диаметр, равный или более базового, к длине Ш и при соотношении -- ,LUJ 0,199.1-макс +0,0971 Макс+0,304 массив относят к I категории удароопасности, при 0,121макс2 + 0, + 0.042 LUJ 0, +0.0971Макс+0,304 массив отно- с сят к II категории удароопасности и при - 0,121макс +0.07UMKC+0.042 -к III катеLUJ гории удароопасности, где L- длина участка шпура, имеющего диаметр, равный или более базового диаметра, - длина шпура; 1-максг длина участка шпура от его начала до диаметра с максимальным размером. 2 табл. (Л С

Таблица 2