Способ определения границы напряженного массивавокруг горных выработок Советский патент 1977 года по МПК G01V1/00 

(54)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ НАПРЯЖЕННОГО МАССИВА ВОКРУГ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Изобретение относится к геофизическим способам разведки и может быть использовано, в частности, для определения границы иапр51жеш1сиго массива вокруг генных вьфаботок.

Известен ультразвуковой метод, осуществляемый путем бурения скважин в массиве горных пород окружающих, вьфа- ботку с последукмдим каротажем по длине скважины. Для осуществления этого метода требуется выполнять работы по бурению скважин в исследуемом массиве и посылать источник -колебаний и приемные датчики в скважину. Кроме того, уль раэвуКовой метод не пригоден для одновременного исследования больших объемов горного массива вследствие необходимости бурения сетки схважин и малых баз между замерными точками.

В гвофнаической разведке известен ело соб годографов для определения глубины аалегавЕя пластов, которые заключается в том, что ,а основанви сейсмограмм, полученных прострелвваш1емпрэ4и1лей, , осущесталяотся кс еляция фаз или первых вступлений по котсрым строят годог рафы и производят их нчт«рпретацию.

Однако для построения годографов не обходимы сейсмограммы упругих колебаний пластов горных псфод, обладакшшх различными физико-механическими вами, которые бы служили границами раз дела. этом толщина пластов должна быть несколько десятков сот метров.

Известен также способ акустнческса о определения неоднсфодности массива вблв- зн выработки, заключающийся в том, что в звукопроводе возбуждают упругие колебания и регистрируют амплитуды отраже1 ных от неоднородкэстей упругих волн, группой приемников, ;. асположенных в опреде-i ленном порвдке на поверхности кн, в области горной выработки фв/ьвфительно определяют положенве звуко{фовода, о азован ого областью повышенных натфяжений, лсжалнзованной вбл эм ь работки„ возбуждают упругие лоав банве опоеделенной частоты в звукопроводе н по уровням сигналов гфинятых приемниками, дрстпахшшх асроговых

величин, на пэверхнэсти вьфабэтки определяют размер и форму неоднэрэдU-JCTH.

Этот способ требует предварительног опрэделгния, местоположения звукопровода что связано с выполнением трудоемких работ по бурению шпуров или сквгжин Б стенке выработки для установления области повышенных напряжений. Кроме того, он требует размещения излучателей упругих кэлебани ; в этой област Бурение шпуров в массиве для помещения излучателей упругих колебаний перераспределяет значение напряжений в массиве и снижает точность замеров по оценке сое- тояния массива вокруг вьгработок.

Целью изобретения является повышение эффективности способа.

Это достигается тем, что возбуждают упругие колебания в диапазоне 1-5 кГц на поверхности ненапряженного массива, направляют их перпендикул$фно к границе напряженного массива, и по кинематическим и динамическим характеристикам зарэгистрпрованных колебаний судят о местоположени этой границы.

Способ поясняется чертежами (фиг. 1 и 2).

В горном массиве, О1фужакш(ем вьфаботку 1, под воздействием массы налегающих пород возникают концентрации напряжений, которые можно резделить на три зоны: зона ненапряженного массива 2, зона повышенного на1фяжения 3, зона естест венного напряжения 4. Каждая из рассматриваемых зон, вследствие различной нагруженности массива, будет обладать различными скоростями упругих колебаний. В зоне 2 будет скорость V . в зоне 3 , в зоне 4 - УЗ , соответственно cooTHoiab-ine скоростей будет V. V, V-.

Предлагаемый способ основан на регистрации прямых продольных волн проходящих по слою 2, отраженных продольных во от зоны 3, а также преломленных продольных волн в зоне 3.

Для производства замеров источник упругих колебаний 5 и приемники упругих колебаний 6, 7, 8, 9, 1О, 11, 12, 13, 14 располагают на поверхности выработки 1, по профилям (фиг. 2),

Г иемники на стенке вьфаботки размешаются отдельными группами в зоне действия прямой продольной волны /Pi/ 6, 7, 8, отраженной /Рц/ 9, 1О, 11; преломленной /Pi2i/ 12, 13, 14.

У1фугне волны от истэчника колебаний 5 распространяются во все стороны и к трутте приемников 6, 7, 8 будет приходить прямая продольная Б. . При достижении прямой волной j ; т:-ря- женного массива 3 здесь обрг. ; :,тся отраженная Р и 11реломл%н 1- л

Все перечисленк1.;е ь . регистрируются. Повторные замерь, производят, помещая источник колебаний в точку 15, По зарегистрированным первым вступлениям колебаний строят годэхрафы волн Р ; Р , 121 прямой продольной волны р,, дает оценку скорости распространения упругих колебаний в зоне ненапряженного массива , которую можно огфеделитъ по следующей формуле:

v|

(1)

где - скорость прямой продольной волны в ненапряженном массиве; С - расстояние от источника колебаний до приемников 6, 7, 8: - время распространения прямой продольной волны в ненапряженном массиве.

По значению скорости оценивают состояние ненапряженного массива вокруг выработки.

Годограф отраженной волны Р - позволяет установить время прихода отраженной волны и определить толщину слоя ненапряженного массива во1фуг вьфаботки по формуле:

Ч- ..v.8r (а)

где hf - толшина слоя ненапряженного

массива, вокруг выработки; i.- время распространения отраженной волны;

и,- расстояние от источника колебаний до приемников отраженной волны 9, 1О, 11.

По производной годографа 1феломлен- ной волны PIOI определяют эффективное значение скорости продольной волны в наппряженном массиве.

где uEj-приращение расстояний между одача упругих волн заданной частоты12, 13, 14; д - приращение времени действия

преломленной волны по профилю приемников 12, 13, 14 ; скорость преломленной волны в

зоне ненапряженного массива. Количественное значение скорости Vj позволяет оценивать состояние напряженного массива вокруг вьфаботки. Счнтая, чтэ прелэмлонные волны в напряженном массиве идут вдоль его поверхности, входя в него под углом полного внутреннего отражения i , глубину расположения напряженного массива определяют по формуле:

h ( Va-Uг

avjcos

где h - глубина расположения напряженнэго масива;

t - время распространения преломленной волны;

6 - расстояние от источнивса колебаний до приемников преломленной вэлны 12;

4 - угол полного внутреннего отражения (3ini Vj/Vj ).

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества

не требуется производить работы по бурению шпуров и скважин в исследуемом массиве;

подача упругих волн заданной частоты 1-5 кГц позволяет производить фильтрацию колебаний и вьшелить полезные продольные волны, несущие информацию о состо5шии массива;

2 /

U

- .-1 -Ь-|7-|- VI I

1l-srca

использование в качестве отражающего слоя границ зон напряженного массива и запись отраженных и преломленных волн от этого слоя позволяет производить экспресс-оценку состояния массива вокруг вьфаботок;

можно определять глубину расгфостранения зоны ненапряженного и местоположения напряженного массива по двум типам волн, отражающей и преломленной, что обеспечивает нгщежность и достоверность результатов.

Формула изобретения

Способ определения границы на1фяженного массива вокруг горных выработок путем возбуждения и регистрации упругих колебаний на стенке выработки с последующим анализом зарегистрированных ко1ебаний, отличающийся тем, что, с целью повьпиения эффективности способа, возбуждают упругие колебания в ненапряженном массиве в диапазоне 1-5 кГц, натфавляют их перпёндикулщ но границе напряженного массива и по юшематическим и динамическим характеристикам зарегистрированных колебаний судят о местоположении этой границы.

- /

к- i

t-J jiAiiu

( ()(//l

Фиг. 2

см

ь. il