Способ распознавания опасного состояния горных пород в массиве Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам контроля горного давления, и может быть использовано при прогнозировании разрушения и удароопасности участков массива горных пород (МГП).

Целью изобретения является повышение достоверности распознавания опасного состояния горных пород в массиве за счет определения момента скачкообразного возрастания градиента активности импульсов сейсмоакустической эмиссии, вызванных изменением напряженного состояния контролируемого массива участка горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля напряженного состояния горных пород, заключающем ся в контроле отношения количества импульсов САЭ к соответствующему изменению температуры горных пород предлагается контролировать отношение импульсов САЭ к вызвавшему их изменению во времени напряжения, т.е. контролировать непосредственно градиент активности САЭ при изменении напряженного состояния и по скачкообразному возрастанию градиента активности естественной САЭ в контролируемой зоне судить о возникновении опасного-предразрушающего состояния горных пород.

Физические предпосылки изобретения заключаются в следующем. Поведение горной породы при возрастающей нагрузке с точки зрения ее сейсмоакустической активности характеризуется определенным образом. Наиболее общая зависимость суммарного количества импульсов САЭ от напряжения при нагруже.нии породы, пол00

о

ю

.

ел

ученная впервые Моги, представлена на чертеже. Как видно из этой зависимости су- ществует большой участок монотонно возрастающей активности САЭ примерно до напряжений составляющих 70-75% от разрушающих значений, а затем количество импульсов САЭ AN приходящийся на единицу изменения напряжений Да резко возрастает, что является одним из признаков начала разрушения.

Независимо от типа горных пород как при сжатии, так и при растяжении активность САЭ в прёдразрушающей стадии резко возрастает. Отмеченная закономерность скачкообразного изменения градиента активности САЭ в прёдразрушающей стадии позволяет, -выявлять момент достижения контролируемым участком опасного состояния, когда напряжения достигают значений, составляющих 75-100% от разрушающих.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что изменение горного давления контролируется напрямую, а не косвенным образом - через изменение температуры. Выбор в качестве второго информативного параметра - изменения горного давления Лег, что позволяет,кроме того, осуществлять селекцию в общем потоке САЭ импульсов, обусловленных этими изменениями. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения Новизна. Известны технические решения, в которых действующие значения напряжений в массиве определяют путем механического нагружения извлеченных из массива и, следовательно, разгруженных образцов горных пород по моменту скачкообразного увеличения градиента интенсивности акустической эмиссии, т.е. используется так называемый эффект Кайзера, заключающийся в том, что образец горной породы извлеченный из массива и поставленный вновь под нагрузку, излучает импульсы акустической эмиссии лишь после того,- как будет превышен уровень напряжений.существовавший в массиве в момент отбора образца.

Отличие предлагаемого способа заключается, во-первых, в том, что активность САЭ контролируется не в образцах, а непосредственно в массиве горных пород при изменении его напряженного состояния и, во-вторых, в том, что скачкообразное возрастание градиента активности САЭ соответствует началу стадии формирования предразрушающего состояния на контролируемом участке.

На чертеже представлена типичная зависимость суммарного количества импульсов САЭ от напряжения при нагружении горной породы вплоть до разрушения.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно на участке массива горных пород, на котором предполагается осуществлять контроль напряженного со0 стояния с целью распознавания опасного (предразрушающего) состояния, с помощью специального теста определяют предельное значение градиента активности САЭ, которое служит нормой контроля. Для этого

5 в предварительно пробуренной измерительной скважине на глубине свыше 1-2 м с помощью скважинного домкрата осуществляют постепенное нагружение стенок скважины при ступенчато возрастающем уровне

0 давления в гидросистеме скважинного домкрата, адекватного постепенно возрастающему уровню напряжения. В процессе нагружения контролируют две величины: давление в гидросистеме и активность САЭ.

5 Контроль активности САЭ осуществляют с помощью датчика САЭ, который крепится к стенке скважины в непосредственной близости от домкрата или на самом домкрате. Скорость увеличения нагрузки для скважин0 ного домкрата при использовании ручного гидравлического насоса высокого давления типа БН-3, составляет, как правило от 0,15 до 0,30 МПа/мин. Используя постоянное ступенчатое приращение давление величи5 ной 1-2 МПа определяют изменение в уровне активности САЭ на каждую ступень нагружения до тех пор,пока на протяжении 2-3 ступеней нагружения не начнут фиксироваться аномально высокие приращения

0 числа импульсов САЭ на каждую ступень нагружения, соответствующие достижению уровня нагрузки до напряжений, составляющих 70-75% от разрушающих значений. На зависимости количества импульсов САЭ

5 от напряжения, представленной на чертеже, момент аномального возрастания активности САЭ соответствует излому графической зависимости при о 0,75 сгр, когда медленное и монотонное возрастание

0 количества регистрируемых импульсов САЭ сменяется резким почти скачкообразным возрастанием их числз при нагружении. Усредненное по трем ступеням нагружения аномально возросшее значение градиента

5 активности используется в дальнейшем в качестве нормы контроля..

После определения нормы контроля скважинный домкрат вместе с датчиком САЭ извлекают из измерительной скважи- ны и недалеко (20-50 см) от места проведения предварительного теста по контролируемому нагружению устанавливают в этой же скважине пьезоэлектрический измерительный преобразователь, объединяющий в себе датчик давления и датчик сейсмоакустической эмиссии, подключаемые к стандартной контрольно-измермтель- нрй аппаратуре-регистратору активности САЭ, например типа АЭР-2Ш и самописцу уровня для регистрации изменения горного давления. В качестве пьезоэлектрического измерительного преобразователя могут ис- пфльзоваться импедансные головки типа 8(00 или 8001 фирмы Брюль и Кьер (Дания) и/|и аналогичные им. Электрический заряд, возникающий на электродах пьезоэлектри- чфкого кристалла преобразователя, про- пбрционален воздействующей на негр силе сжатия, т.е. горному давлению,

Одновременно пьезоэлектрический кристалл (керамика) преобразователя воспринимает импульсы САЭ.

При изменении напряженного состоя- нЦя контролируемого участка массива гор.- нцх пород скважина деформируется и в результате изменяется усилие на датчик давления. Количество импульсов САЭ ДМ, зарегистрированных при изменении горно- го;давления, отнесенное к разности между начальным и измеренным давлением, ха- ра|огеризующим степень изменения напря- же}нного состояния Да, дает текущее значение градиента активности САЭ, кото- роЬ затем сопоставляетСя-с нормой контроля. Ecf и в условиях изменения Напряжённого состояния в процессе контроля будет зафиксировано превышение текущего знач.е- HMJI градиента активности САЭ заранее заданной нормы контроля, свйдетельствую- щф о приближении предразрушающей ста- ,напряжен но.е состояние контролируемого участка массива горных классифицируется как опасное,

Использование предлагаемого спбсоба распознавания опасного состояния горных пород в массиве обеспечивает по сравне- нийэ с существующими способами следую- щир преимущества:

1. Одновременный контроль относительного изменения напряжения и активности САЭ существенно повышает достоверность распознавания опасного со- стояния горных пород по сравнению с распознаванием по одному из этих параметров,

2. Обеспечивается селекция в общем потоке сигналов САЭ и акустических помех

импульсов САЭ, вызванных изменением напряженного состояния, что наряду с повышением достоверности распознавания способствует повышению помехозащищен- ности способа и позволяет вести оперативный непрерывный контроль напряженного состояния в условиях действующих шахт и рудников без остановки производства в ре- .альном масштабе времени.

Форму л а изобретения

Способ распознавания опасного состояния горных пород в массиве, включающий регистрацию количества импульсов сейсмо- акус тической эмиссии от действующей нагрузки, отл ича ющи йся тем, что, с целью

повышения достоверности распознавания опасного состояния горных пород в массиве за счет определения момента скачкообразного возрастания градиента активности импульсов сейсмоакустической эмиссии (САЭ),

вызванных изменением напряженного состояния контролируемого участка массива горных пород, предварительно определяют значение нормы контроля градиента активности сейсмоакустической эмиссии, соответствующей 70-75% от разрушающих значений напряжений, в пробуренной измерительной скважине на контролируемом участке массива горных пород в процессе регистрации количества импульсов сейсмоакустической эмиссии определяют отношение количества импульсов САЭ к вызвавшему их изменению напряжения, сравнивают полученное значение с заранее заданной нормой контроля и в случае превышения полученного значения градиента активности САЭ нормы контроля состояние горных пород в контролируемой зоне массива классифицируется как опасное.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам контроля горного давления. Сущность изобретения: на потенциально опасном участке массива горных пород в измерительной скважине одновременно регистрируют активность сейсмоакустической эмиссии и от- носительное изменение напряжения, причем активность САЭ регистрируют только в период изменения напряжения, опре- деляют отношение количества зарегистрированных импульсов САЭ к разности между измеренным и начальным напряжением, по каждому циклу изменения напряжения, сопоставляют получаемое значение градиента активности с заранее за-1 данной нормой контроля и в случае превышения текущего значения градиента активности нормы контроля состояние контролируемого участка массива горных пород классифицируется как опасное. 1 ил.