Способ прогноза ударопроявлений в горных выработках Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для прогноза местоположения очагов ударопроявлений тектонического типа при разработке пластообразных рудных месторождений.

Известен способ прогноза ударопроявлений в горних выработках, основанный на определении физико-механических свойств горных пород с последующим сопоставлением их с предельными по устойчивости показателями для данного класса пород. Критерием служит условие предельного равновесия Кулона-Мора.

Способ позволяет оценить начальную глубину ударопроявлений при условии одпородности и выдержанности свойств массива горных пород на исследуемых участках.

Однако способ не позволяет оценить нижнюю границу удароопасности. Вследст- вии этого на глубинах ниже этой границы продолжают проводить работы по прогнозу и профилактике горных ударов, что обуславливает высокие затраты.

Известен способ прогноза ударопроявлений в горных выработках, включающий определение физико-механических свойств горных породи руд, определение градиента тензора поля напряжений с глубиной, сравнение его с указанными вышехарзктеристиXI00

со ю

00

ю

ками массива и определение верхней границы ударопроявлений.

Способ позволяет с невысокими трудозатратами, при отсутствии лйтолргйческой расчлененности массива оперативно осуществлять прогноз начальной глубины уда- р опроявлений,

Однако этот способ не позволяет прогнозировать глубину ниже которой проявление горных ударов маловероятно, что обуславливает низкую точность прогноза, а соответственно высокие затраты на прогноз и профилактические мероприятия на весь срок службы месторождения.

Целью заявляемого изобретения является повышение точности прогноза за счет выявления нижней границы ударопроявлений при разработке пластообразных рудных месторождений.: - .

Поставленная цель достигается тем, что определяют на основе данных (геологической, геофизической и сейсмической) разведки . месторождения мощность литологического слоя Н покрывающих пород непосредственной кровли месторожде- ния, имеющего границу раздела сред с различной акустической жесткостью, с в ё- личиной не менее мощности грудного тела, после чего определяют, например, методом конечных элементов, предельный пролет устойчивого состояния выделенного слоя и относят к неударорпасному массиву руды, залегающей за пределами горизонтального интервала предельного пролета по падению рудной залежи, с началом отсчета от границы с нетронутым массивом, а для непологих рудных залежей дополнительно определяют величину:

Нтах. Lnp sin (р. где р -угол падения плоскости контактов литологических слоев массива горных пород, и относят к неудароопасному массиву руды, залегающий ниже ; отметки Нтах по вертикали.

Физические предпосылки способа основаны на закономерностях распространения упругих волн в анизотропно-напряженном массиве горных пород. При распространении упругих волн в горных породах имеет место дифракции и дисперсия волнового фронта, которые в конечном счете определяют диссипацию энергий упругих волн. В наименьшей степени диссипация проявляется в направлениях распространения волн, не имеющих границ раздела сред, так как на такого рода границах происходит отражение и преломление исходного излучения,

Известный опыт излучения удароопас- ности массива горных пород указывает на то, что подавляющее большинство горных ударов происходит в конструктивных элементах систем разработки, .оказывающихся по тем или иным причинам; концентраторами напряжений. Так, подавляющее число горных ударов, представляющих наибольшую опасность, как с точки зрения жизни работающих, так и с точки зрения тяжелых производственных аварий, приурочено к передовым участкам горных работ или выступающим частям массива, где и формируется

0 Зона опорного давления. Однако как пока- -.занаi практика на ряде удароопасных месторождений с определенной глубины отработки наблюдается резкое падение интенсивности горных ударов при сохранении5 прежнего уровня сейсмопроявлений. Отработка месторождений показала, что даже при системах разработки с закладкой выработанного пространства по мере развития горных работ на месторождениях происхо0 дйт процесс расслоения (расслоение) лито- лргических слоев покрывающих пород, который завершается разрушением консоли литологического слоя непосредственной кровли. Вследствие этого происходит пере5 мещение точки опоры Ci (фиг. 1-4) консоли в .вышележащий литологический слой, .а вместе с этим происходит перемещение и зоны опорного давления в вышележащий литологический слой. Мощность такого рода

0 слоев лежит в пределах от 5-10 м до 50-150 м. С этого момента времени и упругая волна с наименьшими потерями энергии будет распространяться именно в направлении этой зоны, тогда как в зону горных работ

5 будет поступать существенно ослабленное излучение, которое не способно вызывать там горных ударов. Необходимым условием для перемещения зоны опорного давления является образование зоны отработанного

0 массива горных пород на площади, обеспечивающей образование предельно допустимого устойчивого пролета . Момент формирования таких условий и есть условие критической глубины, начиная с которой ча5 стота горных ударов резко уменьшается. Те же закономерности выявлены и при математическом моделировании. Этот физический процесс положен в основу заявленного способа.- ..;

0 На фиг. 1-3 изображена последовательность отработки руды с образованием выбранного пространства до создания предельного пролета при пологом залегании руды (вертикальный разрез); на фиг. 4

5 - стадия отработки с предельным пролетом Lnp (вертикальный разрез) при наклонном залегании руды; на фиг. 5 - изолиния участка отработки с прогнозным положением предельной границы ударопроявлений. Цифрами и буквами на фигурах обозначены:

покрывающих пород 1, литологиче- ский слой 2 мощностью Н непосредственной кровли, участки отработки границы раздела сред слоя Н 4, плоскость нетронутого массива 5, удароопасный интервал 6 шириной равный предельному пролету Lnp. неудароопасный рудный массив, Ci -точка опоры консоли,

Способ осуществляется в следующей последовательности операций.

По результатам испытания штуфового или кернового материала на исследуемом месторождении определяют физико-механические свойства горных пород и руд, а по данным известных спосбов, например, гидроразрыва определяют элементы тензора поля напряжений для отдельных его локальных участков, которые в дальнейших расчетах принимают в качестве граничных. По известным случаям динамических проявлений на данном месторождении определяют верхнюю границу ударопроявлений, т.е, наименьшую глубину при которых имели место горные удары, Далее на основе геологической, геофизической и сейсморазведки определяют из всей толщи покрывающих пород 1 мощность Н литологического слоя являющегося непосредственной кровлей на участках отработки 3 и имеющего границу 4 раздела сред пород с различной акустической жесткостью. Мощность слоя Н должна быть не менее мощности h рудного тела. После этого определяют, например, методом конечных элементов предельный пролет Lnp устойчивого состояния данного слоя Н. Здесь следует учесть, что слой Н может содержать в себе ряд прослойков меньшей мощности. Однако данный способ оговаривает потерю устойчивости совокупного слоя Н h. Иначе перемещение точки Ci консоли на величину меньшую h не обеспечит перемещение зоны концентраций напряжений на интервал больше длины волны, способной вызвать стоячую волну в целиках высотой h. В то время как стоячая волна, которая и является причиной препятствующей релаксации напряжений, и она то в конечном счете приводит к горному удару. Следовательно.в висячем боке рудного тела определяют такую совокупность прослойков, чтобы во-первых, их суммарная (совокупность) мощность была не менее Н, во вторых, контакт последнего из них в совокупной мощности должен проходить по границе сред с различной акустической жесткостью. После этого размечают на пло-. щи месторождения от границы с нетронутым массивом 5, по падению рудной залежи интервал 6 длиной Lnp и относят массив за его пределами к неудароопасному.

Для плзстообразных рудных .-кзлежей с негоризонтзльным залеганием определяют глубину Нн.уд, начиная с которой массив так же относят к неудароопасному: 5Нн.уд 5- Lnp- sin p , гп.е р - угол падения плоскостей контактов литологических слоев. Таким образом, определение на основе данных разведки (геологической, геофизической или сейсмической)

0 месторождения мощности литологического слоя покрывающих пород непосредственной кровли месторождения, имеющего границу раздела сред с различной акустической жетскостью величиной не ме5 нее мощности рудного тела, определение предельного пролета устойчивого состояния данного слоя и отнесение к неударсоп- сному массиву руды, залегающего за пределами горизонтального интервала пре0 дельного пролета по падению рудной залежи, с началом отсчета от границы с нетронутым массивом, а для непологих рудных залежей определение величины Нн.уд Lnp ,гр.е(р -угол падения плоскости

5 контактов литологических слоев массива горных пород и отнесение к неудароопасному массива руды залегающего ниже отметки Нн.уд по вертикали, позволяет повысить точность прогноза, является новой совокупно0 стыоопераций, обладающей существенными отличиями от известных способов. . ,

Пример. Конкретное использование способа мы рассмотрим на примере конк5 ретных условий разработки месторождения Красная Шапочка ПО Севуралбокситру- да (СУБР).

Известняки покрывающей толщщЕ 55000 МПа; v 0,26: ,027. Зона обру0 шения (зона отработанных запасов) харак- теризовалась: Е 4500 МПа; v 0,26; у 027; Г1 10м; Н 150 м

Расчет производился методом конечных элементов, В результате расчета пол5 учено: Lnp 918 м, при угле падения-чЮ° НКр 459 м.

Следовательно, ниже отметки 459 м массив относят к неопасному по горно-тек- тоническим ударам.

0 Формула из обретения

1, Способ прогноза ударопроявлений в горных выработках, включающий определение физико-механических свойств.горных пород и руд, определение градиента тензо5 ра поля напряжений с глубиной, сравнение его с указанными характеристиками массива и определение верхней границы ударопроявлений, отличающийся тем. что. с целью повышения точности прогноза за

смог выявления нижней границы ударопро- я плоний при разработке пластообразных рудных месторождений, определяют на основе дзнных разведки месторождения мощность литологического слоя покрывающих пород непосредственной кровли месторождения, Имеющего границу раздела сред с различной акустической жесткостью величиной не менее мощности рудного тела, после ч его определяют предельный пролет устойчивого состояния выделенного слоя и относят к неудароопасному массив руды,

0

залегающий за пределами горизонтального интервала предельного пролета по падению рудной залежи с началом отсчета от границы с нетронутым массивом,

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что для неполных рудных залежей дополнительно определяют величину

Нмакс 1-пр-81п1р, где (р -угол падения плоскости контактов литологических слоев массива горных пород.

Сущность изобретения: определяют физико-механические свойства горных пород и руд и градиент тензора поля напряжений с глубиной, сравнивают его с указанными выше характеристиками массива и определяют верхнюю границу ударопроявлений на основе данных геологической, геофизической и сейсмической разведки месторождений. Определяют в пределах мощности литологических слоев покрывающих пород слой непосредственной кровли месторождения, имеющий границу раздела сред с различной акустической жесткостью и имеющий величину не менее мощности рудного тела. После чего определяют предельный пролетустойчивого состояния данного слоя, и относят к неудароопасному массив руды, залегающий за пределами горизонтального интервала по падению рудной залежи с началом отсчета от границы с нетронутым массивом. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л С

Фи5 i

Р