Способ определения поверхности скольжения массива, склонного к оползням Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оценки устойчивости бортов карьеров.

Известен способ определения поверхности скольжения оползневого массива, включающий бурение скважин на исследуемом участке, погружение в них на разные глубины питающих электродов попарно на одной глубине в разных скважинах, измерение градиентов потенциалов, определение кажущихся удельных сопротивлений и определение места и времени зарождения опол- зневых явлений по экстремальным измерениям сопротивлений.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет определить поверхность линии скольжения уже в момент начала подвижки массива.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ оп- ределения поверхности скольжения массива, склонного к оползням, включающий бурение параллельных вертикальных скважин, пересекающих предполагаемую поверхность скольжения, поичтервальное перемещение вдоль скважины преобразо- телей, измерение на каждом интервале параметра, характеризующего напряжения в массиве, и регистрацию в каждой скважине положения максимума измеряемого параметра, по которым определяют поверхность скольжения.

Недостатком этого способа является низкая точность определения поверхности скольжения, так как ее интерпретируют с местом расположения максимума напряжех4

СЛ

сл

ний в массиве без учета его структурных особенностей.

Целью изобретения является повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения поверхности скольжения массива, склонного к оползням, включающем бурение параллельных вертикальных скважин, пересекающих предполагаемую., поверхность скольжения, поинтервальное перемещение вдоль скважины преобразователей, измерение на каждоминтервалепараметра, характеризующего напряжения в массиве, и регистрацию в каждой скважине положения максимума измеряемого параметра, по которым определяют поверхность скольжения, в одном из скважин устанавливают источник динамического воздействия и на каждом интервале создают динамическое воздействие на массив, а в качестве параметра, характеризующего напряжения в массиве, измеряют энергию акустической эмиссии, возникающей в результате воздействия, при этом преобразователи размещают в других скважинах на глубине установки источника динамического воздействия и симметрично относительно него, а энергию акустической эмиссии измеряют на частоте

v 2rr/T,

где Т-длительность динамического воздействия на массив, с.

В качестве источника динамического воздействия используют детонирующий шнур или электроискровой излучатель.

На фиг. 1 представлена схема расположения скважин, датчиков и источники дина- Мического воздействия; на фиг.2 - примерная зависимость давления на стенки скважины; на фиг.З - амплитудно-частотная характеристика динамического воздействия в массиве без трещины и в массиве с трещиной.

Способ осуществляется следующим образом.

С дневной поверхности 1 массива 2 бурят вертикальные параллельные между собой скважины 3. В скважинах 3 в плоскости 4, перпендикулярной им, устанавливают преобразователи 5 и источник динамического воздействия на массив 6. Последовательно производя динамическое воздействие на массив и регистрируя акустическую эмиссию (АЭ), преобразователи 5 и источник 6 ступенчато перемещают вдоль скважин. Затем определяют энергию АЭ, зарегистрированную в каждой точке. По максимуму АЭ в каждой скважине находят точку, принадлежащую поверхности предлагаемого скольжения. Набор точек дает поверхность скольжения 7.

При динамическом воздействии на массив происходит подрастание естественных

трещин в массиве. При этом подрастание происходит не только за счет динамических напряжений, но и за счет действия поля напряжений в массиве. В результате происходит высвобождение энергии, которая излучается в массив. При этом, чем больше величина подрастания трещин и выше напряжения в массиве, тем выше излучаемая энергия. Излучение происходит из вершины трещины, которая растет. Поэтому в самом

опасном месте по возможности образования трещин скольжения в массиве будет наибольшее высвобождение энергии. Таким образом, преобразователь, расположенный ближе всего к поверхности

скольжения массива, склонного к оползневым явлениям, будет регистрировать АЭ большей энергии при условии, что расстояние между датчиком 5 и источником б будет во всех опытах для одной и той же скважины постоянным, а мощность источника б одинаковой. Это достигается, если будут использоваться параллельные скважины 3, и истрчник 6 и преобразователи 5 в опыта располагаться в плоскости 4.

Наряду с полезным сигналом от ростй трещин и дифракции волны напряжений не ней в сигналах АЭ присутствуют шумы, связанные в основном с падающей волной напряжений от динамического воздействия.

На фиг.2 показана примерная зависимость динамической нагрузки на стенки скважины. Под действием этой нагрузки в массиве формируется волна напряжений, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) 8 которой представлена на фиг.З. Частоты, соответствующие минимуму излучения источника, кратны частоте v0, равной v - 2л /Т, Гц, где Т - длительность импульса нагрузки на стенки скважины от источника 6, с. Однако сигнал, дифрагируя на трещине и воздействие сигналов от подрастающих трещин изменяет реальную картину АЧХ сигнала АЭ 9. При этом на частоте v0 наблюдается наибольшее отношение по0 лезной энергии (связанной с ростом трещин и дифракцией поля на них) к шуму. Это обеспечивает большую точность определения поверхности скольжения,если регистрация сигналов АЭ ведется на частоте, равной г0

5 Также для этого должен быть источник, со здающий нагрузку, близкую по форме на грузке, изображенной на фиг 2. Это обеспечивает взрыв небольшого заряда BR в виде нити детонирующего шнура (ДШ)(ол

ной или нескольких) в скважине, залитой водой. При этом для создания симметричной нагрузки относительно плоскости А ни- ти ДШ протягивают на всю длину скважин. Динамическое воздействие можно произве- сти взрывом в воде сосредоточенного заряда ВВ, расположенного в плоскости 4, или взрывом проволоки при пропускании через нее электрического тока высокого напряжения.

Предложенный способ позволяет задолго до начала подвижки оползневого массива с высокой точностью определять поверхность возможного скольжения, что очень важно при выборе метода закрепле- ния или обрушения этого массива.

Для определения поверхности возможного скольжения откоса нерабочего борта карьера с рабочей площадки уступа бурят ряды вертикальных скважин до уровня по- дошвы нижележащего уступа. Расстояние между скважинами принимают исходя из диаметра скважин и величины заряда в ней. При диаметре 105 мм и разряде батареи конденсаторов емкостью 600 мкФ и напря- жением 4,5 кВ через проволоку в воде это расстояние составляет примерно 0,8 - 1,0 м. В части скважин, ближайших к центральной, устанавливают в одной горизонтальной- плоскости датчики-приемники акустических волн в массиве. В этой же плоскости в центральной скважине устанавливают источник динамического воздействия, выполненный в виде, например, целлофанового пакета, заполненного водой, плотно прилегающего к стенкам скважин, в центре которого происходит разряд конденсаторов. Длительность воздействия такого источника будет составлять

Т 2г/св.

где г 0,0525 м - радиус скважины;

Св - ЮОО м/с - скорость звука в воде;

Т «0,1 мс.

Таким образом, для увеличения отношения полезный сигнал/шум выбираем преоб- разователи-приемники с резонансной частотой, равной v0:

v0 2л/Т 62кГц .Замеры в каждой скважине осуществляют с интервалом 0,5 м. По результатам реализации сигналов АЭ вычисляют энергию АЭ и по ее экстремуму (максимуму) находят точки в каждой скважине, принадлежащие поверхности скольжения. В качестве прибора для регистрации сигналов и энергии АЭ можно применять серийно выпускаемое устройство АВН-3.

Для повышения точности можно динамическое нагружение осуществлять из всех скважин, при этом замёр ы в каждой скважине будут осуществляться несколько раз.

Формула изобретения

1. Способ определения поверхности скольжения массива, сйТонного к оползням, включающий бурение параллельных вертикальных скважин, пересекающих предполагаемую поверхность скольжения, поинтервальное перемещение вдоль скважины преобразователей, измерение на каждом интервалепараметра, характеризующего напряжения в массиве, и регистрацию в каждой скважине положения максимума измеряемого параметра, по которым определяют поверхность скольжения, отличающийся тем, что. с целью повышения точности определения, в одной из скважин устанавливают источник динамического воздействия и на каждом интервале создают динамическое воздействие на массив, а в качестве параметра, характеризующего напряжения в массиве, измеряют энергию акустической эмиссии, возникающей в результате воздействия, при этом преобразователи размещают в других скважинах на глубине установки источника динамического воздействия и симметрично относительно него, а энергию акустической эмиссии измеряют на частоте

v 2тг/Т,

где Т - длительность динамического воздействия на массив, с.

2. Способ по п.,1 отличающийся тем, что в качестве источника динамического воздействия используют детонирующий шнур или электроискровой излучатель.

Использование: оценка устойчивости склонов, преимущественно бортов карьеров. Сущность изобретения: с поверхности массива бурят ряды вертикальных параллельных скважин, пересекающих предполагаемую поверхность скольжения. В центральной скважине устанавливают источник динамического воздействия. В других скважинах размещают преобразователи акустической эмиссии (АЭ). Источник и преобразователи размещают на одной глубине. Осуществляют динамическое воздействие на массив. Измеряют энергию АЭ. Поинтервально перемещают источник и преобразователи по глубине скважин. В каждой скважине определяют положение максимума энергии АЭ. По совокупности максимумов определяют поверхность скольжения. Измерения энергии АЭ проводят на частоте v 2тг /Т, где Т - длительность динамического воздействия на массив, с. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Р

а,

о . т t о .

..07г/гJ

Й/г../.