Способ контроля напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

;54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к контролю горного давления и его проявлениям, а именно к контролю устойчивости целиков и кровли горных выработок после проведенных очистных работ непосредственно в ходе технологического процессаедобычи полезных ископаемых подземным способом. Известен способ контроля напрякен ного состояния массива горных пород, заключающийся в измерении деформаций скважин, когда по деформациям, зафиксированным скважиннымприбором, о ределяются значения действукл-дах напр жений, которые сравниваются с предельными напряжениями, характеризующими предел прочности пород 1. Однако известный способ позволяет зафиксировать деформации, накопленны только после установки скважинных приборовJ значительная часть деформаций, накопленная до установки сква жинных приборов, не регистрируется, что приводит к значительной погрешности контроля напря.женного состояния массива горных пород. Известен также способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включаюцкй проходку скважин в целиках и кровле выработки и регистрацию деформаций скважин 2J. Недостаток указанного способа состоит в том, что нельзя добиться одновременно высокой точности измерения и оперативности контроля. Это обусловлено тем, что процессы деформирования горных пород развиваются во времени неравномерно, что особенно сильно сказывается при малой скорости деформаций на участке установившейся ползучести. В таком способе замеры рекомендуется снимать ежедекадно, а при возрастании скорости до 0,50,8-lO l/cyT - ежесуточно. Скорость деформаций, определяемая как отношение деформаций, накопленных за опре-г деленный промежуток времени, к величине этого промежутка, при сокращении интервала времени между замерами может быть определена с большой погрешностью даже при точном измерении деформаций. Целью изобретения является повышение точности измерения и оперативности контроля за счет регистрации начального участка затухающей ползучести пород целиков и кровли. Указанная цель достигается тем, что регистрацию деформаций скважин ведут непрерывно, определяют мгновенную скорость деформаций их, фиксируют промежуток времени до максимума мгновенной скорости деформаций сквс1жин с момента взрыва при прохож дении выработки, сравнивают его с промежутком времени, характеризующи степень устойчивости массива, и по результатам судят о напряженном состоянии горных пород. При этом ре гистрация максимума скорости за корот кое время может оыть произведена, достаточно точно, так как максимум скорости затухающей ползучести може иметь значение, -во много раз превьци щее значение скорости установившейс ползучести, что позволяет значитель но сократить время контроля и однов ременно повысить его оперативность и точность. На фиг.1. представлена горная выработка; на фиг.2 и 3 - графики деформаций в контролируем1лх целиках. Горная выработка включает контроли руемые целики 1, 2 и 3,в которых пробу рены скважины 4, 5и 6 с расположенными в них скважинными приборами 7, 8 и 9, измеряющими деформации и передающими показания по радио.каналу пункт 10 сбора информации, расположенный в месте, защищенном от воздействия взрыва при прохождении гор ной выработки, а также взрываемый ц лик 11. На фиг.2 представлены график 12 деформаций в контролируемых целиках 1, 2 и 3 в зависимости от времени, когда их напряженное состояние далеко от разрушения, и график 13 деформаций в случае, когда целики нагружены больше других и находятел в напряженном состоянии, близком к разрушению. На фиг.З показаны график 14 мгновенных скоростей деформаций, соответствующий устойчивому напряженному -состоянию целиков, и график 15 в случае, когда им ются целики, нагруженные почти до предела прочности и находящиеся в напряженном состоянии, близком к ра рушению. Кроме того, показан момент 16 времени, соответствующий мак.симу му мгновенной скорости деформаций. Способ осуществляется следующим образом. В целиках 1, 2 и 3, напряженное состояние которых контролируется, бурят скважины 4,5 и 6, в которые устанавливают скважинные приборы 7, 8 и 9 с радиопередатчиками, пок зания от которых поступают на пунк 10 сбора информации. На одном из э пов прохождения горной выработки предусматривается просечка или пол ная выемка целиков 11. После взрывания целика 11 нагрузка, которую он нес, ступенчато переносится на контролируемые целики 1, 2 и 3, что приводит к увеличению деформаций, регистрируемых скважинными приборами 7, 8 и 9. Эти деформации содержат уп1ругую составляющую и деформацию затухающей ползучести, изменяю1дуюся во времени и характеризуемую постоянной времени ретардации. Экспериментально установлено, что напряжения в породах приближаются к разруилающим, постоянная времени ретардации уменычается, и это уменьшение может характеризовать напряженное состояние массива горных пород. Когда нагрузка на некоторые целики по сравнению с другими возрастает, приближаясь к разрушающим, изменяется кривая деформирования в контролируемых целиках. Если при напряжениях в целиках, далеких от разрушающих, кривая 12 деформаций во времени изменяется так, что скорость деформаций .уменьшается монотонно, то в случае, когда хотя бы один из целиков близок к разрушению, в других целиках кривая 13 деформаций имеет иной вид, при этом скорость деформаций сначала возрастает, а затем падает. В первом случае изменение иллюстрируется кривой 14, а во втором - кривой 15, где имеется отличный от нуля момент 16 времени, при котором наблюдается максимум скорости деформаций. При увеличении напряжений хотя бы в одном из контролируемых целиков промежуток времени с момента взрыва при прохождении горных выработок до момента 16 времени, соответствующего максимуму скорости деформаций, увеличивается. При осуществлении контроля напряженно-го состояния массива горных пород значения, передаваемые скважинными приборами 7, 8 и 9, непрерывно регистрируются в пункте 10 информации, где они записываются на ленту самописца или передаются по проводам на поверхность для дальнейшей обработки в ЭВМ. По мере поступления новых значений деформаций вычисляются значения мгновенной скорости деформаций как отношение приращения деформаций за очень короткий промежуток времени к величине этого промежутка, которая должна быть тем меньше, чем точнее мы хотим определить положение максимума скорости деформаций. Как.,только значение скорости начнет уменьшаться, может быть зафиксирован момент времени, когда она имеет максимальное значение, и после этого фиксируют величину промежутка времени, прси.дедшего с момента производства взрыва при прохождении горных выработок до максимума мгновенной скорости деформаций. За- тем величину этого промежутка времени сравнивают с промежутком времени, характеризуюшлм степень устой чивости массива данного месторождения. Если оказывается, что промежуток времени, зафиксированный с момента производства взрыва при про хождении горных выработок до момента наступления максимума скорости деформаций в пройденных скважинах, больше промежутка времени, характеризующего степень устойчивости массива данного месторождения, то по этим результатам судят, что напряженное состояние массива горных пород близко к разру1.1аю1цему, и горные выработки неустойчивы, если меньше - то далеко от разрушающего и горные выработки устойчивы. Время, характеризующее степень устойчивости массива данного месторождения, определяется следующим образом. По мере фиксации промежутков времени с момента производства взрыва при прохождении горных выработок до максимума мгновенной скоро ти деформаций в пройденных скважинах при контроле напряженного состо ния массива горных пород в устойчивых и неустойчивых выработках значения этих промежутков группируются в два класса, соответствуюп1ие устойчивому и неустойчивому состояния горных выработок , граница между которы ми и является промежутком времени , характеризующим степень устойчивости массива данного месторождения. Одновременное сокращение времени на контроль напряженного состояния массива горных пород и повьлиени его оперативности дает возможность, применяя его в технологическом конт роле устойчивости горных выработок при добыче руды, снизить средний за пас прочности целиков, не снижая бе зопасности ведения горных работ. Ра четы, проведенные по формулам теори надежности и теории информгщин, показывают, что средний запас прочнос ти целиков может быть снижен с 2,2 до .1,9, т.е. потери руды, безвозмез но оставляемой в недрах, могут быть уменьшены в 1,153 раза. При годовой производительности рудника 612 тыс.т экономический эффект по одному руднику от внедрения предлагаемого способа контроля составит 184 тыс.руб./год. Применение предлагаемого способа контроля напряженного состояния массива горных пород может быть осумествлено на многих месторождениях СССР, породы которых проявляют свойство ползучести (рудники комбинатов Ачполиметалл, Печенганикель, СУБР и др.). Формула изобретения Способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включающий проходку скважин в целиках и кровле выработки и регистрацию деформаций сквгшин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, и .оперативности контроля за счет регистрации начального участка затухающей ползучести пород целиков и кровли, регистрацию деформаций скважин ведут непрерывно, определяют мгновенную скорость деформаций их, фиксируют промежуток времени до максимума мгновенной скорости деформаций скважин с момента взрыва при прохождении выработки, сравнивают его с промежутком времени, характеризующим степень устойчивости массива, и по результатам судят о напряженном состоянии горных пород. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Ямциков B.C. и пр. Система беспроводного контроля устойчивости массива для подземных рудников. Горный журнал, 1977, 3, с.62-64. 2. Система непрерывного контроля состояния горных пород и выработок на руднике Каула-Котсельваара, М., ЦНИИТЭИ цветной металлургии, 1977, с.11-26 (прототип).