Способ оценки устойчивости кровли горных выработок Советский патент 1993 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам оценки устойчивости кровли горных выработок.

Известен способ определения мощности породных слоев кровли по частотам максимумов спектра отклика массива на ударное воздействие. Недостаток способа- невозможность оценить качество контакта между породными слоями, необходимое при оценке устойчивости кровли горной выработки.

Выбранный за прототип виброакустический метод контроля расслоения основан на оценке амплитудного спектра ударного импульса эталонного значения. По превышению амплитуды отснятого спектра над амплитудой спектра эталонного сигнала судят о наличии и размерах расслоения. Недостатки способа - сложность создания эталонного импульса в шахтных условиях из-за наличия нарушенное™ горных пород,

искажение информации о состоянии горного массива при использовании усредненной амплитуды спектральных составляющих сигнала.

Цель изобретения - повышение надежности и информативности оценки устойчивости кровли.

Способ поясняется чертежом, на котором изображены спектрограммы, полученные:

1 - в забое выработки;

2 - спустя 1 месяц после проведения горной выработки;

3 - спустя 4 месяца после проведения горной выработки.

В табл.1 приведено соотношение между значениями плотности частотного спектра отклика горного массива на ударное воздействие Af (амплитуда спектра) и показателем степени ослабленности контакта между слоями S. В таблице 2 приведены соотношения

О

0s

OD О

между мощностями слоев hi и величиной показателей Si по этим поверхностям, полученных при разных измерениях.

Физические основы предлагаемого способа заключаются в следующем.

Расслоение и обрушение пород угле- вмещающего массива происходит по поверхностям ослабленного механического контакта (ОМК) .образующимся при формировании годного массива. При проходке горной выработки вследствие перераспределения горн ё дШлёнйяначинается процесс расслоен ия -пород кровли по поверхностям ОМ вследствие чего изменя;ется величина Ноказа;гёля степени оелаб- Йенности между контактами S. Показатель S оценивается по шестибалльной шкале. При сцепление между слоями близко к величине предела прочности пород на растяжение dpi При - Наименьшая, вплоть до отрыва, била сцепления между слоями. Изменения показателя S происходят с течением времени или- под воздействием ведё;нй.я горньос работ. По увеличению показателя S и появлению дополнительных п6верхностей расслрёний выявля ют участи кй горной выработки с ослабленной кровлей. -, ,.;. -.Л : .: - ..- .. /:

Способ осуществляют следующим образом. V:-:-V-й- :. --; / ... -, ; ; ; :;.-.;. /.

При проведений горнбй выработки в забое с помощью аппаратуры Резонанс проводят гёракустичёскиё спектральные измерения, с помощью которых строят Спектрограмму отклика горного массива на ударное воздействие (кривая 1 фиг.) По спектрограмме определяются мощнрсти отслоившихся по поверхностям ОМК породных слоев h (путем пересчета по формуле hi 2500/fi, где 2500 (м/с) - скорость поперечных волн, fi -частоты локальных максимумов спектра) и степень сцепления пород по этим поверхностям 5 (по табл.1. Для аппаратуры Резонанс максимальная величина Af - 28 дБ) Полученные результаты сводят в таблицу 2, где Si - показатели степени ослабленности слоев hi на момент получения спектрограммы 1 фиг.-Можно считать, что спектрограмма, отснятая в забое выработки,характеризует состояние горного массива до начала процесса его расслоения. С целью наблюдения за изменением состояния пород кровли измерения периодически повтбряют в тех же точках через 2,0-2,5 мёс яца в случае кровли, сложенной прочными породами типа песчаников (кривые 2, 3 фиг.). В случае кровли,

сложенной слабыми, трещиноватыми породами типа аргиллитов, алевролитов, измерения проводятся в тех же точках через 1,0-1,5 мес. При выявлении участков с ослабленной

кровлей, образующихся под воздействием влияния очистных работ, измерения повторяют в тех же точках через 20-40 м подвигания фронта добычных работ. Пункты проведения измерений располагаются по длине выработки на расстоянии 20-40 м. По увеличению показателя 5 (свидетельствующего об ослаблении контакта между слоями) и по появлению дополнительных поверхностей расслоений судят о снижении устойчивости

кровли,

.В качестве примера рассмотрим спектрограммы, приведенные на чертеже.

Кривая 1, полученная в забое выработки в момент ее проходки, свидетельствует о

наличии в кровле трех поверхностей ОМК на расстояниях hi, ha и пз от угольного пласта. Каждую из этих поверхностей характеризует свой показатель ослабленности Si (табл.2). Спектрограмма 2, отснятая в той же

точке спустя 1 месяц после проходки выработки, свидетельствует о росте расслоения по поверхности ha, вследствие чего слои hi и h2 оказались зажатыми, поэтому уменьшились показатели S2j соответствующие

этим слоям (табл.2). Спектрограмма 3, от- снятая через 4 месяца после проходки .свидетельствует о дальнейшем росте расслоенное™ (появление дополнительной поверхности расслоения на расстоянии гц

от пласта) и увеличении показателей Зз по всем уже имевшимся поверхностям ОМК (табл.2). Увеличение показателя Зз для поверхности hi до 6 свидетельствует о том, что произойдет обрушение породного слоя мощHOCTbiohi.

Использование предлагаемого способа позволит эффективно оценивать устойчивость кровли горных выработок и на основании этого обеспечивать безопасность

ведения горных работ.

Формула изобретения 1. Способ Оценки устойчивости кровли горных выработок, включающий ударное возбуждение колебаний в кровле выработки, определение спектра отклика кровли на ударное возбуждение в пункте измерений, измерение частот локальных максимумов спектра, по которым определяют мощности слоев слагающих кровлю и оценивают устойчивость кровли, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности оценки устойчивости, дополнительно измеряют амплитуды локальных максимумов спектра и определяют по ним степень сцепления елоев, по которой оценивают устойчивость кровли..

2. Способ по п. 1,отличающий с. я тем, что, с целью повышения11 информативности, возбуждение колебаний проводят периодически и определяют изменение степени сцепления слоев во времени, по которым выделяют участки кровли, склонные к обрушению.

3. Способ по пп.1 и 2 , о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что пункт измерений располагают в забое выработки, а определение степени сцепления слоев осуществляют через 2,0- 2,5 месяца для кровли, сложенной прочными породами, 1,0-1,5 месяца для кровли, сложенной слабыми трещиноватыми породами, или через 20-40 м подвигания фронта добычных работ.

Использование: контроль состояния горных выработок при подземной разработке массива. Сущность изобретения: вблизи забоя выработки осуществляют ударное возбуждение колебаний в кровле. Определяют спектр отклика кровли. Выделяют локальные максимумы спектра отклика. Измеряют их частоты и амплитуды. По значениям частот определяют мощности слоев, пород кровли. По величине амплитуд локальных максимумов спектра определяют степень сцепления слоев. Измерения проводят периодически. По изменению степени сцепления слоев кровли, оценивают ее устойчивость. 2 з.п.ф-лы, 2 табл., 1 ил.

vVvj

v ft

vV

t &, fl Y I V /

I I/

o &

.

/

/ „

v/

//

с /f /v /. +-,.. VV5 хя ,V«

© Э ® -1®1 ®1- ©:1® - - I

0./

/

У

го

Ьз

Таблица 1

Таблица 2

/У3

71 v I

fl /

I/

&

/ Jt v . x j

/Д /xv.v

/ „ i у / л --(A

v/ Д bxXl ь

//Д./ , ,

.

4

2

xbv

4

i

1

V. i

0.0 кгч

Ь2 /,0 Ь