Способ контроля устойчивости горных пород

(71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР(56) фатхи В.А., Хрыков А.Н. Контроль напряженного состояния участков массйвагорных пород по регистрации акустическойэмиссии при динамическом воздействии.Геологические и геофизические методы .исредства прогнозирования горногеологиче,ских условий ведения горных работ наугольных месторождениях. Сборник науч-.ных трудов. - ЛВ НИМИ, 1936, с. 36 - 39.Булат А.ф., Хохолев В.К. Оценка напря-.женно-деформированного состояния горно-го массива методом сейсмоакустическогопоследействия, - Уголь Украины, 1988, Ь 2,с.31-32.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к горному делу;в частности к способам изучения свойств и к горному делудля контроляи,призабойной .ива горных посии (АЭ),нии и взрток в хоувеличениАЭ при взшении наруемого уОднакстаточной я напряженноива горных порегистрацим ической эмиеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится и может быть использовано устойчивости целиков, кровл части и других участков масс род.Известен способ контрол го состояния участков. масс род, основанный на активности импульсов акуст 2.состояния .горных пород в массиве. Цель изобретения - повышение достоверности контроля устойчивости горных пород. На участках массива, подлежащих контролю и находящихся в радиусе действия технологических взрывов, регистрируют вызванную взрывами сейсмоакустическую эмиссию (САЭ), определяют начальный и фоновой уровни активности и коэффициенты вариации активности в низкочастотном (НЧ) и высокочастотном (ВЧ) диапазонах. Сопоставляют полученные в процессЕ контроля после очередных взрывов результаты с первоначальными, служащими нормой контроля, и в случае синхронного возрастания начального и фонового уровней активности САЭ в обоих диапазонах определяют начало стадии снижения устойчивости горных пород в контролируемой зоне. Момент перехода контролируемого участка в опасно неустойчивое состояние определяют по одновременному возрастанию коэффициентов вариации активности НЧ- и ВЧ-сигналов, увеличению начального и фонового уровней активности НЧ-сигналов, вызванной САЭ, 2 з.п,ф-лы, 2 ил. возникающих в массиве при буреывании шпуров в забоях вырабоде технологических циклов. По ю отношения величин активности рывании и бурении судят о повыпряженного состояния контроличастка.о данный способ обладает недо- достоверностью, так как из широкого спектра сигналов вызванной АЗ регистрируют активность лишь высокочастот. ных импульсов в диапазоне частот 10 - 50 кГц, которые несут информацию о накоплении дефектов структуры, не оказывающих существенного влияния на устойчивость контролируемого участка. По мере возрастания горного давления активность высОкдчастотных импульсов вызванной сейсмоакустической эмиссии (САЭ) после взрывов может нарастать и значительно превышать начальный урорень активности, зарегистрированный непосредственно после взрыва, что снижает достоверность известного способа, поскольку в качестве информативного параметра состояния контролируемого участка используется начальный уровень активности вызванной САЭ,Наиболее близким по технической сущ.ности к предлагаемому является способ оценки напряженно-деформированного состояния горного массива по сейсмоакустическому последействию, при котором состояние массива оценивается по параметрам вызванной САЭ, характеризующим начальный уровень и затухание активности. после динамического воздействия.Недостатком известного способа является снижение достоверности оценки напряженно-деформированного состояния по мере возрастания горного давления, по, скольку при увеличении нагрузки затухание вызванной САЗ принимает,нестационарный характер за счет неустойчивости прогрессирующего трещинообразования,Цель изобретения - повышение достоверности контроля устойчивости горных пород.Достоверное распознавание стадии снижения устойчивости контролируемых участков массива горных пород повышает безопасность горных работ и позволяет предотвратить ущерб, связанный с опасными гроявлМиями потери устойчивости на контролируемых участках массива,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе оценки напряженно- деформированного состояния горного массива, заключающемся в определении характера затухания. активности вызванной САЭ. регистрацию САЗ осуществляют одновременно вдвух частотных диапазонах-высоко- и низкочастотном, при этом для выявления последовательных стадий снижения устойчивости горных пород в контролируемой зоне наряду с определением начального и фонового уровней активности контролируют изменение коэффициентов вариации активности САЭ во времени.102030 Известно, что взрывные работы вызывают вспышку активности САЭ, которая постепенно затухает после взрыва. Характер сейсмоакустической реакции горных породна взрыв позволяет оценивать степень устойчивости горных пород в зоне влияния взрыва, которые считаются устойчивыми, если состояние горных пород таково, чтонебольшое нарушение условий, в которых находятся горные породы, вызывает при взрыве, соответственно, небольшое изменение сейсмоакустической реакции в форме относительно быстрого и стабильного квазиэкспоненциального затухания вызваннойСАЭ в низко- и высокочастотном диапазонах частот,Если в результате изменения горнотех-нических условий после Очередного взрывазафиксировано значительное изменениесейсмоакустической реакции контролируемого участка в форме значительно взросших начальных уровней активности, а также в форме длительного, нестабильного и многофазного процесса затухания вызванной САЭ с выбросами ее активностина фоне общего спада по кваэиэкспоненциальному закону, состояние контролируемого участка характеризуется как неустойчивое. Величина отклонений характеристик процесса затухания активности САЭ от квазиэкспоненциального,являющаяся основным показателем устойчивости, оценивается по изменению коэффициента вариации активности вызваннойСАЭ, в низко- и высокочастотном диапазонах во времени, Одновременный контроль САЭ в низко- и высокочастотном диапазонах частот позволяет оценивать степень снижения устойчивости горных пород за счет контроля характера изменения частотного состава вызванного сейсмоакустического излучения, поскольку образование более крупных трещин, определяющих степень устойчивости горных пород, сопровождается опережающим ростом активностиСАЗ в низкочастотном диапазоне, Именно по этой причине контроль характера затухания активности вызванной САЭ в низко- и высокочастотном диапазонах позволяет не 50 только выявлять начало стадии сниженияустойчивости, но и своевременно определять момент перехода горных пород в контролируемой зоне в опасное неустойчивое состояние. Одновременный контроль вызванной САЭ в двух различных диапазонах частот позволяет, кроме того, снизить погрешность оценки устойчивости, обусловленную разнородностью, встречающихся в процессе реализации способа горногеологических условий и вариаций физико-мехадвух диапазонах - высокочастотном и низкочастотном, что позволяет более достоверно судить о состоянии контролируемого 15 участка массива.На фиг.1 и 2 показан характер затухания активности соответственно низкочастотной и высокочастотной сейсмоакустической эмиссии на различных стадиях устойчивости целика,Способ осуществляют следующим образом,20 На контролируемом участке массива горных пород бурят взрывную и контрольную скважины (шпур) глубиной не менее 2 м с таким расчетом, чтобы обе скважины выходили за зону приконтурных трещин, а расстояние между ними 4 - 5 м. В контрольной 30 скважине устанавливают датчики, подключаемые к двухканальному регистратору сейсмоакустической эмиссии, например, типа АЭРШ, один из каналов которого настраивается на регистрацию САЭ в низкочастот 35 ном диапазоне 0,2 - 3,0 кГц, а второй - в высокочастотном диапазоне 10 - 50 кГц. Во взрывную скважину заряжают 1 кг взрывчатого вещества и до устья заполняют забойкой, После подготовки регистрирующей аппаратуры в течение определенного вре мени проводят измерение йф - уровня активности сейсмоакустического фона, например 10 циклов по 1 мин каждый, В начале 1 цикла инициируют взрывчатый заряд и проводят регистрацию САЭ в низко-и 45высокочастотном диапазонах до тех пор пока активность вызванной САЭне спадаетдо,уровня, зарегистрированного непосредст- .венно перед взрывом. После проведения 50 измерений строят графики хода сейсмоакустической активности, определяют величину начального Ии фонового йф уровней активности, коэффициенты вариации активности САЭ, которые в дальнейшем,служаг нормой контроля. При изменении горнотехнической ситуации или горногеологическихусловий повторяют процедуру измерениявызванной САЭ и полученные результатысопоставляют с нормой контроля или ре-.зультатами предыдущих измерений. Если нических свойств горных пород, влияющих на их эмиссионную активность в том или ином частотном диапазоне.Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что 5 предлагаемый способ отличается тем, что наряду с определением начального уровня активности, определяется фоновый уровень активности, а также коэффициент вариации активности вызванной САЭ, причем конт роль и сопоставление относительного изме- . нения перечисленных параметров ведется впри этом зафиксировано синхронное возрастание начального и фонового уровней активности САЭ в обоих диапазонах частот, свидетельствующее об изменении напряженного состояния и интенсификации процессов трещинообразования, принимается решение о начале снижения устойчивости контролируемого участка. В дальнейшем в процессе контроля обращают внимание на определение коэффициентов вариации сейсмоакустической активности; В случае, если в ходе последующего контроля сейсмоакустической реакции участка на очередное взрывное воздействие, зафиксировано одновременное возрастание коэффициентов вариации активности САЭ в обоих чаототных диапазонах, а также дальнейшее увеличение начального и фонового уровней активности низкочастотных сигналов вызванной САЭ, состояние контролируемого участка оценивают как переходное к опасно неустойчивому.Изобретение иллюстрируется следующим примером контроля устойчивости целика, нагружаемого за счет удаления с помощью взрывов окружающих близкорас-, положенных целиков, Реакция активности низкочастотной САЭ ведется в диапазоне частот 0,2 - 2,0 кГц, а высокочастотной - в диапазоне 10 - 30 кГц аппаратурой типа АЭРШ. Результаты измерений активности вызванной САЭ после трех взрывов на различных стадиях напряженного состояния целика, контролируемого одновременно с помощью деформометров, представлены на фиг.1 и 2, Кривые 1, построенные по результатам, полученным после первого взрыва характеризуются стационарным характером затухания, что наряду с низкими значениями начального Йо и фонового Йф уровней активности высокочастотной (Мо = =100 имп/ч, йф = 20 имп/ч) и низкочастотной САЭ (йо = 11 имп/ч, йф = 0 имп/ч) служит основанием для решения о том, что на этой начальной стадии нагружения состояние целика устойчивое. Затем в процессе дальнейшей,пригрузки целика после очередного второго взрыва (кривые 2) по значительному - более чем двукратному увеличению начального и фонового уровней активности в обоих диапазонах, увеличению вариации активности вы-, сокочастотной САЭ определено начало стадии снижения устойчивости целика, что, подтверджается возрастанием скорости деформации целика, Наконец, после третьего взрыва по продолжающемуся возрастанию начального и фонового уровней активности низкочастотной САЭ, одновременному возрастанию вариации1710732 ооее ээриэе Фег. Фег,2 Составитель М.Китайскаяедактор О.Головач Техред М.Моргентал - Корректо мчик аказ 319 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КИй КаМЬЮФЕт "ПатВФФт", Г, Фаафвед. уЕ,ГВГарИНа, 101 эводственнО Фздв активности в обоих диапазонах частот (кривые 3) определен момент перехода контролируемого целика в опасно неустойчивое состояние. По истечении небольшого времени после третьего взрыва целик начинает 5 активно разрушаться и теряет несущую способность, что находит отражение в скачкообразном возрастании скорости деформации и увеличении активности сигналов разрушения. 10 Формула изобретения1, Способ контрол я устойч и вост и горных пород, включающий определе-, ние активности, вызванной взрывами сей смоакустической эмиссии, и изменение начального и фонового уровней активности, по которым определяют момент перехода контролируемого учзстка в опасно неустойчивоесостояние, отличаю щийсятем, 20 что, с целью повышения достоерности контроля устойчивости горных пород, активностьакустической эмиссии определяют в низко- и высокочастотном диапазоне частот и устанавливают изменение коэффициента вариации активности сейсмоакустической эмиссии во времени,2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что начало стадии снижения устойчивости определяют по синхронному возрастанию начального и фонового уровней активности высоко- и низкочастотных сигналов, вызванной взрывами сейсмоакустической эмиссии.3. Способ попп.1 и 2,отлич а ющийс я тем, что момент перехода контролируемого участка в опасно неустойчивое состояние определяют по одновременному возрастанию коэффициентов вариации активности, высоко- и низкочастотных сигналов, увеличению начального и фонового уровней активности низкочастотных сигналов вызванной сейсмоакустической эмиссии,