Способ определения неоднородностей массива горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)5 0 01 Ч 3/1 1,:сну ф ИСАНИС ПАТЕНТ ргический ов ургическиГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР). (54) СПОСОб ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Использование: в геофизике, а более конкретно - в способах исследования масИзобретение относится к горной промышленности, а именно к контролю состояния массива горных пород, и может быть использовано при оперативном управлении горно-инженерными воздействиями на массив в процесса разведки полезных ископаемых, строительстве и эксплуатации подземнь 1 х горных выработок.Известен способ определения местона-. хождения и раскрытия трещин в .орном массиве, включающий бурение шпура на контролируемом участке массива, размещение в шпуре зонда с излучающей и приемной катушками и измерение параметров трещин, При приближении зонда, создающего электромагнитное поле в окружающем массиве, к трещине, пересекающей шпур, происходит изменение параметров этого поля, что фиксирует показывающий прибор. 794253 А сивов горных пород при оперативном управлении инженерными воздействиями на массив в процессе разведки, строительства и эксплуатации подземных горных выработок, Сущность изобретения осуществляют бурение шпура на контролируемом участке, досылают датчик в шпур, осуществляют измерения физического параметра при двух значениях величины измерительной базы, а о неоднородности массива судят по отношению измеренных значений физического параметра при начальном и повторном измерениях. Информативность повышается благодаря обеспечению возможности выделения и регистрации неоднородностей. относящихся к различным иерархическим уровням структуры массива горных пород. 2 ил. Это позволяет определить расположение и параметры отдельной трещины,Недостатком этого способа является малая информативность, что обусловлено невозможностью обобщающих измерений неоднородностей излучаемого участка массива в целом, которые позволили бы судить о его осредненных (интегральных) свойства . Это затрудняет принятие оперативных решений по управлению состоянием массива горных пород. Так, для получения требуемых характеристик массива, таких, как коэффициент неоднородности, - необходимо последовательно определять параметры всех неоднородностей (трещин), пересекающих шпур, что требует большого числа измерений на единицу длинь 1 шпур, что требует большого числа измерений на единицу длины шачра и приводит к увеличению трудоемкости ргбот.ского параметра в шпуре датчиком с измерительной базой, величину которой принимают не меньше величины среднего расстояния между неоднородностями, наиденного по результатам измерений с на чальной измерительной базой, а величину начальной измерительной базы принимают равной размеру квазиоднородного участка массива, о неоднородности массива горных пород судят по величине коэффициента неоднородности Кя, который определяют по формуле 50 Кн = А 1/Аг 55 где А 1, Аг - значения физического парамет,ра на заданном участке и в заданном интервале при соответственно начальных иповторных измерениях. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения неоднородностей массива в видетрещин путем измерения площади разрывагорных пород, согласно которому электродной установкой определяют кажущеесяэлектросопротивления горных пород в зонетрещины до и после разрыва пород, а затемпо соотношению этих электросопротивлений судят об измененииплощади разрыва,Недостатком этого способа являетсяего низкие информативность и,достоверность, поскольку неизвестно электрсопротивление породы без трещин в зонеразрыва, что не позволяет учесть изменение "5трещиноватости массива в зоне разрыва,Это приводит к недооценке площади разрыва пород на величину, равную исходной трещиноватости окружающего массива, Крометого, этот способ не позволяет получить интегральную характеристику неоднородности массива горных пород (например,степень его неоднородности), необходимуюдля управления состоянием массива в процессе ведения горных работ, 25Цель изобретения - повышение информативности,Поставленная цель достигается тем, чтов способе определения неоднородностеймассива горных пород, при котором осуществляют бурение шпура на контролируемомучастке массива, и роизводят досылку датчика с заданной начальной измерительной базой в шпур, перемещают датчик в шпуре иодновременно осушествляют измерения 35физического параметра на заданных интервалах, после чего судят по результатам измерений о неоднородности массивагорных пород, согласно изобретению осуществляют повторные измерения физиче Достоинством указанного способа определения неоднородностей массива горных пород следует отнести возможность выделения и регистрации трещин различных иерархических уровней, для чего необходимо проводить измерение при последовательном увеличении датчика с длинной базой на порядок по сравнению с предыдущей. Тем самым можно получить представление о свойствах массива горных пород на микро-, мезо- и макроуровнях, используя достаточно простой, информативный и достоверный способ измерений,На фиг,1 изображено начальное измерение физического параметра массива горных пород: а на фиг.2 - повторное измерение,Способ определения неоднородности массива горных пород осуществляют следующим образом.В горной выработке бурят шпур 1 в массив горных пород 2, вводят датчик 3 с помощью досылочного устройства 4 и проводят начальные измерения физического параметра А 1 на участке 5, Одновременно измеряют с помощью штанги досылочного устройства 4 расстояние мекду неоднородностями б, пересекающими шпур.1, После этого определяют необходимый размер датчика 7, для повторного измерения, Его длина должна быть не менее среднего расстояния между неоднородностями 6, Затем повторно измеряют другим датчиком 7 с большей базой измерения тот ке физический параметр А 2 и рассчитывают коэффициент неоднородности по формулеКн = А 1/А 2,где А 1, Аг - значения физического параметра на заданном участке и в заданном интервале при соответственно начальных (датчиком 3) и повторных (датчиком 7) измерениях.П р и м е р. Определение неоднородностей массива горных пород в магистральном вентиляционном штреке гор,530 м Мащинского блока шахты "Луганская" М 1.Измерение производили путем определения диэлектрической проницаемости пород вокруг контрольного шпура 1. Шпур очищали от буровой мелочи и, с помощью досылочного устройства 4 устанавливали на участок 5 датчик 3, Он представлял из себя обкладку конденсатора, включенного в колебательный контур измерительного генератора, частота колебаний которого изменялась в зависимости от диэлектрических свойств окружающих пород. Длина этого датчика 3 составляла 10 мм, С помощью досылочного устройства 4 его поступательно перемещали вдоль шпура 1 на заданном30 участке массива 2. При попадании датчика 3 на ненарушенный участок массива диэлектрическая проницаемость среды повышал ась. что умен ь шало частоту колебаний измерительного генератора, и фиксировалось измерительнь 1 м прибором, размещенным в выработке. Экстремальные значения показаний измерительного прибора при размещении датчика между трещинами были равны друг другу, что характеризовало диэлектрические свойства пород ненарушенного массива. Среднее расстояние между трещинами оказалось равным 0,15 м,На рабочей частоте измерительного генератора, равной 2395,42 кГц максимальное значение диэлектрической проницаемости А 1 оказалось равным 10,1.Повторно на этом же участке 5 шпура 1 измерили значение диэлектрической . проницаемости массива горных пород 2 с помощью датчика 7 длиной 200 мм (фиг.2), В этом случае значение А 2 диэлектрической проницаемости массива оказалось равным 9,7,По значениям диэлектрической проницаемости в первом и во втором случае определили коэффициент трещиноватости Форглула изобретения 35 Способ определения неоднородностей массива горных пород, при котором осуществляют бурение шпура на контролируемом участке массива, производят досылку датчи ка с заданной начальной измерительной базой в шнур, перемещают датчик в шпуре и одновременно осуществляют измерения физического параметра на заданных интервалах, после чего судят по результатам из ,мерений о неоднородности массива горных пород, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности, осуществляют повторные измерения физического параПрименение предложенного способа позволяет получить как общую характеристику контролируемого участка массива горных пород, определяемую коэффициентом трещиноватости, так и детальную картину распределения и размеров встречающихся неоднородностей по длине шпура. Реализация данного способа определения структурных свойств массива горных пород допускает применение датчиков, регистрирующих различных свойства массива (например, удельное сопротивление, магнитную восприимчивость, диэлектрическую проницаемость, затухание радиоволн, скорость распространения ультразвука. теплопроводность и др.). При этом достигаются повышенные информативность и достоверность измерений свойств массива,поскольку впервые обеспечивается возможность одновременного определения интегральных и локальных неоднородностей. Тем самым сокращается трудоемкость измерений за счет исключения необходимости в керновом бурении. отборе керна и лабораторном определении свойств породы для расшифровки показаний при использовании датчика 7 с длинной базой, а также устранения длительных и малопроизводительных измерений в шпуре датчиком с короткой 3 базой и последующей их сложной интерпретацией и обработкой,метра в шпуре датчиком с измерительной базой, величину которой принимают не меньшей величины среднего расстояния между неоднородностями, найденного по результатам измерений с начальной измерительной базой, а величину начальной измерительной базы принимают равной размеру квазиоднородного участка массива, о неоднородности массива горных пород судят по величине коэффициента неоднородности К который определяют по формуле Кн = А 1/А 2, где А 1, А 2- значения физического параметра на заданном участке и в заданном интервале при соответственно начальных и повторных измерениях,1794253 г Составитель Г.ЛитвинскийТехред М.Моргентал Корректор О,Густи. едакт КНТ СССР нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 из Заказ 533 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5