Способ предотвращения разрушений блоков горных пород, содержащих полиметаллы

.А.Соболев, В.М,Майбук и В.Ф.Лосрдена Ленина инсим.О.Ю.Шмидта50,837(088.8) ин итут 6 изики мумнину ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ"Недра", 1978, с. 289-297.3. Соболев Г.А., Демин В.М. и др.Возникновение заряда полиметаллических руд в естественных условиях(54)(57) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РАЗРУШЕНИЙ БЛОКОВ ГОРНЫХ ПОРОД, СОДЕРЖАЩИХ ПОЛИМЕТАЛЛЫ, заключающийся ввозбуждении в исследуемом блоке упругих волн и измерении механическихнапряжений после возбуждения упругихволн, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения производительности труда, возбуждают упругиеволны с помощью накладных зарядоввзрывчатых веществ , ВВ ), одновременно регистрируют. сейсмические волны, электромагнитные сигналы и величину заряда электростатического поля на поверхности блока горных пород, измеряют времена из возникновения и время достижения максимального значения заряда электростатического поля, в момент достижения его максиа производят повторное возбуждее упругих волн взрывом и повторю регистрацию сейсмических, электромагнитных сигналов и величины заряда электростатического поля в том же пункте наблюдения, в момент достижения максимума суммарного значения заряда электростатического поля производят последующий взрыв и вновь ре-, ЕФгистрируют те же параметры, укаэанный .цикл повторяют до осуществления электрического пробоя в блоке горныхпородо возникновении которого судят ( , по появлению аномальных электромагнитных и сейсмических сигналов пос- Я ле прохождения упругих волн взрыва через пункт наблюдения, полученных из сравнения времен сейсмических и электромагнитных сигналов, вызванных предшествующими взрывами, при этом в случае недостаточного для электрического пробоя значения величины заряда электростатического поля увеличивают мощность взрыва.Изобретение относится к физике Земли и может быть использовано в горном деле для управления горным давлением, а также при прогнозе и предотвращении горных ударов, выбросов угля, газа, обвалов, извержений вулканов, землетрясений.Известны способы предотвращения разрушений блоков горных пород, в которых обеспечивают снижение горного давления на продуктивный пласт 10 или на его участки путем опережающей обработки защитных пластов, введения горных работ без составляемых целиков, сокращения проведения выработок впереди очистных работ, исключе ния встречных и догоняющих забоев.Эти способы позволяют снизить механические напряжения в массине горных пород посредством специфической методики проходки гарных выработок: выбора рационального порядка отработки месторождения, изменения варианта системы разработки, изменения расположения выработок относительно 25 очистных пространств и др. 1 .Однако в процесс опережающей обработки защитных пластов входит проходка горной выработки над рудным пластом до его отработки, т.е. проводится большой объем горных работ: бурение шпуров, закладка ВВ, взрыва. ние зарядов, крепление выработки, уборка породы. Все зто делается для снижения давления на продуктивный пласт, что требует применения большого объема горных работ.Известны способы предотвращения разрушений блокон горных пород, в которых снижение способности к разрушению краевых частей продуктивно го пласта, прилегающего к горной выработке, достигается путем изменения физико-механических свойств бурением разгрузочных скважин, ныбора оптимальной формы поперечного 45 сечения, нагнетанием воды, снижени.ем динамических воздействий от взрывных работ за счет специальных методов проходки, сокращения объемов .Одновременно вэрываемого ВВ при массовых взрывах и др., упрочнения пород приконтурного массина установкой специальной крепи нагнетания в массив цементных растворов и полимерных смол, замораживания,воздействия энергией взрыва 21 .55Для изменения физико-механических .свойств опасного участка буритсянесколько разгрузочных скважин длиной 10-15 м через 1-2 м, что на пло щади опасного участка, равного 50 м 1 составляет 12-15 скважин или 200- 300 погонных метров буровых работ плюс затраты на перестановку бурова.го станка. Для уменьшения горного 65 давления в выработках делают оптимальную форму поперечного сечения:выбирают дополнительный объем горной массы сверху и с боков, как бысоздавая овальную форму, а не квадратную, в пробуренные н опасномучастке скважины нагнетают воду, .которая, просачиваясь па трещинам,производит плавное разгружение, длячего необходимо бурение порядка10-15 скважин по 20 м, каждая изних приводит к большим затратамвремени, остановке работ, уборке оборудования и т,п,Кроме того, в данных способах неиспользуются геофизические поля идля их реализации требуется большойобъем дополнительных буровых и горных работ , горные выработки, крепь,раствор, закачка воды и т.п.).Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ предотвращения разрушенийблоков горных пород, содержащих полиметаллы, заключающийся в возбуждении в исследуемом блоке упругих волни измерении механических напряженийпосле возбуждения упругих волн,В известном способе снятие механических напряжений с краевых частей рудного пласта достигается спомощью камуфлетных взрывов. Дляэтого н опасном участке, в которомнаблюдается "постреливание", бурятся шпуры или скважины10-15 шт.,и в них закладываются заряды ВВ весом 1-4 кг н зависимости от степениудараопасности, крепости горных по-,род и т.п. Подрыв зарядов производится произвольно практически одновременно, в затомпонированных шпурахи скважинах с целью создания наибольшей передачи энергии взрыва в блок,З,Однако известный способ связанс проведением дополнительных буровыхработ, подготовкой скважин или шпуровдля камуфлетивных взрывов и использует одно физическое поле - сейсмическоеЦелью изобретения является повышение производительности труда.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу предотвращения разрушений блоков горных пород, содержащему полиметаллы, заключающемуся в возбуждении в исследуемом блоке упругих волн и измерениимеханических напряжений после возбуждения упругих волн, возбуждаютупругие волны с помощью накладных зарядов взрывчатых веществ ( ВВ одновременно регистрируют:се смическиеволны, электромагнитные сигналы ивеличину заряда электростатическогополя на поверхности блока горных пород, измеряют времена их возникновения и время достижения максимального значения заряда электростати10 45 ческого поля, в момент достижения, его максимума производят повторное возбуждение упругих волн взрывом и повторную регистрацию сейсмических, элект омагнитных сигналов и величины заряда электростатического поля в том же пункте наблюдения, в момент достижения максимума суммарного значения заряда электростатического. поля производят последующий взрыв и вновь регистрируют те же параметры, указанный цикл повторяют до осуществления электрического пробоя в блоке горных пород, о возникновении которого судят по появлению аномальных электромагнитных 15 и сейсмических сигналов после прохождения упругих волн взрыва через пункт наблюдения, полученных из сравнения времен сейсмических и электромагнитных сигналов, вызванных 20 предшествующими взрывами, при этом в случае недостаточного для электрического пробоя значения величины заряда электростатического поля увеличивают мощность взрыва, 25Способ заключается в том, что вблизи места горной выработки, в которой возникло повышенное механическое напряжение небольшой интенсивности - "стреляние", производят взрыв ВВ, в пункте наблюдения, расположенном в другой выработке, регистрируют одновременно сейсмические и вызванные ими электромагнитные сигналы на поверхности пласта, содержащего полиметаллы, заряд электростатического поля, возникающий под действием упругой волны взрыва, измеряют времена их возникновения и время достижения максимума электрического заряда пласта, в момент достижения его 40 максимума производят повторный взрыв, который еще увеличивает заряд электростатического поля и повторно регистрируют сейсмические и электромагнитные сигналы и величину суммарного электростатического поля в том же пункте наблюдений; в момент достижения максимума суммарного значения заряда электростатичес.кого поля производят последующий взрыв и вновь регистрируют те же параметры. Указанный цикл повторяют до тех пор, пока на сейсмическом и электромагнитном каналах не зарегистрируют аномальные сигналы, возникающие после прохождения упругих 55 волн взрыва через пункт наблюдения, время возникновения которых больше времени возникновения сейсмических и электромагнитных сигналов, вызванных взрывами, появление таких 60 сигналов свидетельствует о возникн"вении электрического пробоя и локального разрушения толчка ) в бл.ке горных пород. Если заряд элек" тростатического поля перестал воз- , 65 растать, а электрический пробой не осуществился, увеличивают мощность взрыва.В предлагаемом способе используют.ся измерения комплекса геофизических полей: сейсмического, электромагнитного и электростатического, а в известном - одного сейсмического. Кроме того, в известном способе производят несколько взрывов зарядов ВВ., размещенных в скважинах или шпурах, подрываемых ОдновреМен. - но и произвольно во времени.В предлагаемом способе прогодится последовательное взрывание одиночных взрывов, причем время взрыва, последующего за первым, определяется по времени достижения максимума электростатического заряда. Для этой цели проводят непрерывное измерение электростатического заряда. Одновременно в течение всегопериода последовательного взрывания регистрируют сигналы еще двух физических полей; сейсмического и электромагнитного. Такое взрывание позволяет проводить накопление и поддержание электростатического заряда в массиве горных пород, При этом возникают сейсмические и электромагнитные сигналы рудного пласта, возбуждаемого упругой волной, взрыва. Эти сигналы закономерны и не являются аномальными. В какое-то время, определяемое электрофизическими и механическими свойствами конкретного горного массива, накапливается электростатический заряд, достаточный для пробоя. Электрический пробой ведет к локальному разрушению, породы и характеризуется одновременным появлением в электромагнитном канале измерителя мощного электрического сигнала, а в сейсмическом - упругих колебанийОдновременная регистрация этих двух параметров отбрасывает ) отбраковывает как электрические, так и сейсмические случайные помехи.В известном способе снятие механического напряжения производится путем разрушения внутренних частейопасно напряженного массива непосредственно взрывом в скважинах, пробуренных в этом же блоке специальнодля этих взрывов, При этом необходимо их заложить ближе к опасному участку.В предлагаемом способе разрушениеосуществляется не от механическогодействия взрыва, а электрическимпробоем в участках массива, и дляэтих целей нет необходимости взрывать непосредственно в опасном участке. Взрывание осуществляется небольшими накладными зарядами вдали отопасного участка, например, зарядомВВ весом 0,3 кг на расстоянии 301104459 10 Составитель Техред А.Ач Л,Воскобойников Корректор А.Дзятко Редактор Л.Гратилло Заказ 520 б/33 Тираж 711 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подпис ное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 40 м от опасного участка. Вес зарядаи расстояние выбираются в зависимости от электрофизических и механических свойств пород так, чтобы появлялся электростатический заряд. Дальнейшим последовательным взрыванием вукаэанном режиме добиваются увеличения до электростатического зарядакритического значения. Большая илименьшая величина заряда ВВ простоукоротит либо удлинит соответствующий процесс накопления заряда (дляобнаружения, например, кварцевых жилс малой величиной пьезомодуля требуется увеличение веса заряда и приближение заряда ВВ к объекту исследований, что говорит о том, что поиск зависит от электрофизическихсвойств руд). Если электростатический заряд возник и накопляется, тооб уменьшении механического напряжения судят по выделению сейсмической и электромагнитной энергий изблока породы путем регистрации аномальных сигналов одновременно на сейсмическом и электромагнитном каналах.25 Операция измерения механических напряжений обязательна не всегда, так как выделение энергии из опас ного блока, фиксируемое сейсмоприемником, установленным в нем, свидетель.ствует об уменьшении внутренней энергии внутри блока и, следовательно, локального уменьшения механических 35 напряжений. Дополнительным практическим ) критерием уменьшения механических напряжений является прекращение "стреляния" на опасном участке. Операция измерения механических напряже 40 ний, если она необходима, проводится известными способами. Таким образом, в предлагаемомспособе путем неоднократного воздействия упругих волн на механически 45напряженные блоки горных пород, решается задача накопления заряда электростатического поля в массиве горных пород, электрического пробоя,частичного разрушения массива и выде.50ления энергии из массива и, следова.тельно, уменьшения его механическихнапряжений в этой области,Предлагаемый способ опробован на месторождении редких металлов. Измерительная и регистрирующая аппаратура установлена вблизи центрального целика, пункты взрыва расположены на нижнем горизонте в полевом штреке в 8-12 м от рудного пласта. Измерение электромагнитного поля проводи- лось с помощью аппаратуры радиоимпульсного метода, прием сейсмических сигналов - с помощью стандартного сейсмоприемника. Электрический заряд руды измерялся электрометром, позволяющим измерять напряженность электрического поля, равную 40 В/м. Запись сейсмических колебаний и электрического заряда осуществлялись на осциллографе. Под действием упругих волн одиночных предварительных взрывов рудный пласт генерировал радиоимпульсы, время возникновения которых равно 1,5-1, 8 мс после момента взрыва, время прихода сейсмических колебаний к сейсмоприемнику составляет 2,3- 2,2 мс, максимум электростатического поля на поверхности пласта возникает через 38-40 с от момента взрыва и равен б 10Кл/см. Проведено четыре взрыва весом 2 кг каждый, при последнем взрыве звряд достигал величины 4 10 1 Кл/см. После последнего взрыва через 531 с сейсмоприемником, установленным на целике, зарегистрированы мощные продолжающиеся 1 с ) и затем слабыепродолжающиеся еще 4,5 с ) сейсмические колебания, по выделившейся энергии соответствующие взрыву 120-160 кг ВВ. Одновременно зарегистрирован мощный электрический импульс, свидетельствующий о заряде в рудном пласте. В целике произошло внутреннее разрушение толчок . После этого перестало происходить "постреливание" породы с поверхности целика, а механическое напряжение в целике упало на 190 кг/см ,от 1220 кг/см до 1030 кг/см 2 )Предлагаемый способ эффективен по сравнению с известным за счет сокращения времени и трудоемкости горных работ на снятие механических напряжений, так как используются геофизические способы, не требующие проходки в массиве пород скважин, шпуров и тем более горных выработок.