Способ определения неоднородностей массива горных пород Советский патент 1993 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к контролю состояния массива горных пород, и может быть использовано при оперативном управлении горно-инженерными воздействиями на массив в процессе разведки полезных ископаемых, строительстве и эксплуатации подземных горных выработок.

Известен способ определения местонахождения и раскрытия трещин в горном массиве, включающий бурение шпура на контролируемом участке массива, размещение в шпуре зонда с излучающей и приемной катушками и измерение параметров трещин. При приближении зонда, создающего электромагнитное поле в окружающем массиве, к трещине, пересекающей шпур, происходит изменение параметров этого поля, что фиксирует показывающий прибор.

Это позволяет определить расположение и параметры отдельной трещины,

Недостатком этого способа является малая информативность, что обусловлено невозможностью обобщающих измерений неоднородностей излучаемого участка массива в целом, которые позволили бы судить о его осредненных (интегральных) свойствах. Это затрудняет принятие оперативных решений по управлению состоянием массива горных пород. Так, для получения требуемых характеристик массива, таких, как коэффициент неоднородности, - необходимо последовательно определять параметры всех неоднородностей (трещин), пересекающих шпур, что требует большого числа измерений на единицу длины шпур, что требует большого числа измерений на единицу длины uirwpa и приводит к увеличению трудоемкости рубот.

VI О

4 Ю (Я OJ

СА)

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения неоднородностей массива в виде трещин путем измерения площади разрыва горных пород, согласно которому электродной установкой определяют кажущееся электросопротивления горных пород в зоне трещины до и после разрыва пород, а затем по соотношению этих электросопротивлений судят об измененииплощади разрыва.

Недостатком этого способа является его низкие информативность и .достоверность, поскольку неизвестно электрсопро- тивление породы без трещин в зоне разрыва, что не позволяет учесть изменение трещиноватостм массива в зоне разрыва. Это приводит к недооценке площади разрыва пород на величину, равную исходной тре- щиноватости окружающего массива. Кроме того, этот способ не позволяет получить интегральную характеристику неоднородно-. сти массива горных пород (например, степень его неоднородности), необходимую для управления состоянием массива в процессе ведения горных работ.

Цель изобретения - повышение информативности,

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения неоднородностей массива горных пород, при котором осуществляют бурение шпура на контролируемом участке массива, производят досылку датчика с заданной начальной измерительной-ба- зой в шпур, перемещают датчик в шпуре и одновременно осуществляют измерения физического параметра на заданных интервалах, после чего судят по результатам измерений о неоднородности массива горных пород, согласно изобретению осуществляют повторные измерения физического параметра в шпуре датчиком с измерительной базой, величину которой принимают не меньше величины среднего расстояния между неоднородностями, найденного по результатам измерений с начальной измерительной базой, а величину начальной измерительной базы принимают равной размеру квазиоднородного участка массива, о неоднородности массива горных пород судят по величине коэффициента неоднородности Ки, который определяют по формуле

Кн Ai/A2.

где AI, А2 - значения физического параметра на заданном участке и в заданном интервале при соответственно начальных и повторных измерениях.

Достоинством указанного способа определения неоднородностей массива горных пород следует отнести возможность выделения и регистрации трещин различных

иерархических уровней, для чего необходимо проводить измерение при последовательном увеличении датчика с длинной базой на порядок по сравнению с предыдущей. Тем самым можно получить представление о

свойствах массива горных пород на микро-, мезо- и макроуровнях, используя достаточно простой, информативный и достоверный способ измерений.

На фиг. 1 изображено начальное измерение физического .параметра массива горных пород; а на фиг.2 - повторное измерение. Способ определения неоднородности массива горных пород осуществляют следующим образом.

в горной выработке бурят шпур 1 в массив горных пород 2, вводят датчик 3 с помощью Досылочного устройства 4 и проводят начальные измерения физического параметра AI на участке 5. Одновременно

измеряют с помощью штанги досылочного устройства 4 расстояние между неоднородностями 6. пересекающими шпур. 1. После этого определяют необходимый размер датчика 7, для повторного измерения. Его длина

должна быть не менее среднего расстояния между неоднородностями 6. Затем повторно измеряют другим датчиком 7 с большей базой измерения тот же физический параметр А2 и рассчитывают коэффициент неоднородности по формуле

KH Ai/A2,

где AI, A2 - значения физического параметра на заданном участке и в заданном интервале при соответственно начальных (датчиком 3) и повторных (датчиком 7) измерениях.

Пример. Определение неоднородностей массива горных пород в магистральном вентиляционном штреке гор.530 м Мащинского блока шахты Луганская Ns 1. Измерение производили путем определения диэлектрической проницаемости пород вокруг контрольного шпура 1. Шпур

очищали от буровой мелочи и, с помощью досылочного устройства 4 устанавливали на участок 5 датчик 3. Он представлял из себя обкяадку конденсатора, включенного в колебательный контур измерительного генератора, частота колебаний которого изменялась в зависимости от диэлектрических свойств окружающих пород. Длина этого датчика 3 составляла 10 мм. С помощью досылочного устройства 4 его поступательно перемещали вдоль шпура 1 на заданном

участке массива 2. При попадании датчика 3 на ненарушенный участок массива диэлектрическая проницаемость среды повышалась, что уменьшало частоту колебаний измерительного генератора, и фиксировалось измерительным прибором, размещенным в выработке. Экстремальные значения показаний измерительного прибора при размещении датчика между трещинами были равны друг другу, что характеризовало диэлектрические свойства пород ненарушенного массива. Среднее расстояние между трещинами оказалось равным 0,15 м.

На рабочей частоте измерительного генератора, равной 2395,42 кГц максимальное значение диэлектрической проницаемости AI оказалось равным 10,1.

Повторно на этом же участке 5 шпура 1 измерили значение диэлектрической проницаемости массива горных пород 2 с-помощью датчика 7 длиной 200 мм (фиг.2). В этом случае значение А2 диэлектрической проницаемости массива оказалось равным 9,7.

По значениям диэлектрической проницаемости в первом и во втором случае определили коэффициент трещиноватости

К JM 1 04

Гчц - „ - I ,UH .

Применение предложенного способа позволяет получить как общую характеристику контролируемого участка массива горных пород, определяемую коэффициентом

трещиноватости, так и детальную картину распределения и размеров встречающихся неоднородностей подлине шпура. Реализация данного способа определения структурных свойств массива горных пород допускает

применение датчиков, регистрирующих различных свойства массива (например, удельное сопротивление, магнитную восприимчивость, диэлектрическую проницаемость; затухание радиоволн, скорость распространения ультразвука, теплопроводность и др.). При этом достигаются повышенные информативность и достоверность измерений свойств массива, поскольку впервые обеспечивается возможность одновременного определения интегральных и локальных неоднородностей. Тем самым сокращается трудоемкость измерений за счет исключения необходимости в керновом бурении, отборе керна и лабораторном определении свойств породы для

расшифровки показаний при использовании датчика 7 с длинной базой, а также устранения длительных и малопроизводительных измерений в шпуре датчиком с короткой 3 базой и последующей их сложной интерпретацией и обработкой.

Использование: в геофизике, а более конкретно - в способах исследования массивов горных пород при оперативном управлении инженерными воздействиями на массив в процессе разведки, строительства и эксплуатации подземных торных выработок. Сущность изобретения: осуществляют бурение шпура на контролируемом участке, досылают датчик в шпур, осуществляют измерения физического параметра при двух значениях величины измерительной базы, а о неоднородности массива судят по отношению измеренных значений физического параметра при начальном и повторном измерениях. Информативность повышается благодаря обеспечению возможности выделения и регистрации неоднородностей, относящихся к различным иерархическим уровням структуры массива горных пород. 2 ил.

Формула изобретения

Способ определения неоднородностей массива горных пород, при котором осуществляют бурение шпура на контролируемом участке массива, производят досылку датчика с заданной начальной измерительной базой в шпур, перемещают датчик в шпуре и одновременно осуществляют измерения физического параметра на заданных интервалах, после чего судят по результатам из- .мерений о неоднородности массива горных пород, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности, осуществляют повторные измерения физического параметра в шпуре датчиком с измерительной базой, величину которой принимают не меньшей величины среднего расстояния между неоднородностями, найденного по результатам измерений с начальной измерительной базой, а величину начальной измерительной базы принимают равной размеру квазиоднородного участка массива, о неоднородности массива горных пород судят по величине коэффициента неоднородности Кн, который определяют по формуле Кн AI /Аа, где AI, Аа - значения физического параметра на задан ном участке и в заданном интервале при соответственно начальных и повторных измерениях.

Фие. I . 5

Риз. 2

хх/Лхх/ ;Д ЈДх

V IT .-. ..;

1 ///Л/// v//s /ys / /// / // /; f /,