Способ распознавания опасного состояния горных пород в массиве

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 Г 5/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 10и и механики горных по И. чеидетельство ССР21 С 39/00, 1984,СПОЗНАВАНИЯ ОПАСНГОРНЫХ ПОРОД В МА(54) СПОСОБ РАГО СОСТОЯНИЯСИВ.Е ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт физрбд АН КиргССР(56) Системы конАН СССР ИПКОНАвторское свй 1216343, кл, ЕСавич Л.ИКи др. Комплекснские исследованирОтехнических сог., с.183-186Авторское свМ 1086159, кл. Е И.А,Торгоевтроля горного давления- У., 1989 г.детельство СССР21 С 39/00. 1986,юнджич Б.Д., Коптев В,е инженерно-геофизия при строительстве гидоружений, М.: Недра, 1990 Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам контроля горного давления, и может быть использовано при прогнозировании разрушения и удароопасности участков массива горных пород (МГП).Целью изобретения является повышение достоверности распознавания опасного состояния горных пород в массиве за счет определения момента скачкообразного возрастания градиента активности импульсов сейсмоакустической эмиссии, вызванных изменением напряженного состояния контролируемого массива участка горных пород,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля напряженно.го состояния горных пород, заключающемся в контроле отношения количества импульсов САЭ к соответствующему изме(57) Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам контроля горного давления. Сущность изобретения: на потенциально опасном участке массива горных пород в измерительной скважине одновременно регистрируют активность сейсмоакустической эмиссии и относительное изменение напряжения, причем активность САЭ регистрируют только в период изменения напряжения, определяют отношение количества зарегистрированных импульсов САЭ к разности между измеренным и начальным напряжением, по каждому циклу изменения напряжения, сопоставляют получаемое значение градиента активности с заранее эа. данной нормой контроля и в случае превышения текущего значения градиента активности нормы контроля состояние контролируемого участка массива горных пород классифицируется как опасное. 1 ил,нению температуры горных пород предлагается контролировать отношение импульсов САЭ к вызвавшему их изменению во времени напряжения, т.е, контролировать непосредственно градиент активности САЭ при изменении напряженного состояния и по скачкообразному возрастанию градиента активности естественной САЭ в контролируемой зоне судить о возникновении опасного-предразрушающего состояниягорных пород.Физические предпосылки изобретения заключаются в следующем, Поведение горной породы при возрастающей нагрузке с точки зрения еесейсмоакустической активности характеризуется определенным образом. Наиболее общая зависимость суммарного количества импульсов САЭ от напряженИя при нагружении породы. пол 1802158Отличие предлагаемого способа заключается, во-первых, в том, что активность САЗ контролируется не в образцах, а непосредственно в массиве горных пород при изменении его напряженного состояния и, во-вторых, в том, что скачкообразное возрастание градиента активности САЗ соответствует началу стадии формирования предразрушающего состояния на контролируемом участке. 50 55 ученная впервые Моги, представлена начертеже. Как видно иэ этой зависимости,существует большой участок монотонно возрастающей активности САЭ примерно донапряжений составляющих 70-75 ф от разрушающих значений, а затем количествоимпульсов САЭ ЛМ приходящийся на единицу изменения напряжений Аорезко возрастает, что является одним из признаковначала разрушения.10Независимо от типа горных пород какпри сжатии, так и при растяжении активность САЭ в предразрушающей стадии резко возрастает. Отмечен ная за ко номер ностьскачкообразного изменения градиента активности САЗ в предраэрушающей стадиипозволяет выявлять момент достиженияконтролируемым участком опасного состоя ния, когда напряжения достигают значений,составляющих 75 100от разрушающих.Сопоставительный анализ заявляемогорешения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известноготем, что изменение горного давления контролируется напрямую, а не косвенным образом - через изменение температуры.Выбор в качестве второго информативногопараметра - изменения горного давленияЬо; что позволяеткроме того, осуществлять селекцию в общем потоке САЭ импульсов, обусловленных этими изменениями,Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Новизна". Известны технические решения. вкоторых действующие значения напряжений в массиве определяют путем механического нагружения извлеченных из массиваи, следовательно, разгруженных образцовгорных пород по моменту скачкообразногоувеличения градиента интенсивности акустической эмиссии, т,е. используется так называемый эффект Кайзера, заключающийсяв том, что образец горной породы извлеченный из массива и поставленный вновь поднагрузку, излучает импульсы акустической 45эмиссии лишь после того, как будет превышен уровень напряжений, существовавшийв массиве в момент отбора образца,На чертеже представлена типичная зависимость суммарного количества импульсов САЭ от напряжения при нагружении горной породы вплоть до разрушения,Способ осуществляют следующим образом,Предварительно на участке массива горных пород, на котором предполагается осуществлять контроль напряженного состояния с целью распознавания опасного (предразрушающего) состояния, с помощью специального теста определяют предельное значение градиента активности САЭ, которое служит нормой контроля. Для этого в предварительно пробуренной измерительной скважине на глубине свыше 1-2 м с помощью скважинного домкрата осуществляют постепенное нагружение стенок скважины при ступенчато возрастающем уровне давления в гидросистеме скважинного домкрата, адекватного постепенно возрастающему уровню напряжения. В процессе нагружения контролируют две величины; давление в гидросистеме и активность САЭ,Контроль активности САЗ осуществляют с помощью датчика САЭ, который крепится к стенке скважины в непосредственной близости от домкрата или на самом домкрате, Скорость увеличения нагрузки для скважин- ного домкрата при использовании ручного гидравлического насоса высокого давления типа БН-З, составляет, как правило от 0,15 до 0,30 МПа/мин, Используя постоянное ступенчатое приращение давление величиной 1-2 МПа определяют изменение в уровне активности САЭ на каждую ступень нагружения до тех пор,пока на протяжении 2-3 ступеней нагружения не начнут фиксироваться аномально высокие приращения числа импульсов САЭ на каждую ступень нагружения, соответствующие достижению уровня нагрузки до напряжений, составляющих 70-750 от разрушающих значений. На зависимости количества импульсов САЭ от напряжения, представленной на чертеже, момент аномального возрастания активности САЭ соответствует излому графической зависимости при и =0,75 пр, когда медленное и монотонное возрастание количества регистрируемых импульсов САЭ сменяется резким почти скачкообразным возрастанием их числа при нагружении. Усредненное по трем ступеням нагруженияаномально возросшее значение градиента активности используется в дальнейшем в качестве нормы контроля,После определения нормы контроля скважинный домкрат вместе с датчиком САЭ извлекают из измерительной скважины и недалеко 20-50 см) от места проведе 1802158ния предварительного теста по контролируемому нагружению устанавливают в этой жескважине пьезоэлектрический измерительный преобразователь, объединяющий в себе датчик давления и датчик 5сЕйсмоакустической эмиссии, подключаемые к стандартной контрольно-измерительной аппаратуре-регистратору активностиСАЭ, например типа АЭРШ и самописцууровня для регистрации изменения горного 10давления. В качестве пьезоэлектрическогоизмерительного преобразователя могут ис- .пользоваться импедансные головки типа8000 или 8001 фирмы Брюль и Кьер Дания)и)и аналогичные им, Электрический заряд, 15возникающий на электродах пьезоэлектрического кристалла преобразователя, пропорционален воздействующей на него силесжатия, т.е. горному давлению,Одновременно пьезоэлектрический 20кристалл керамика) преобразователя воспрИнимает импульсы САЭ;При изменении напряженного состояния контролируемого участка массива горньх пород скважина деформируется и в 25результате изменяется усилие на датчикдавления, Количество импульсов САЭ ЬИ,за егистрированных при изменении горного давления, отнесенное к разности междунаЧальным и измеренным давлением, харатеризующим степень измененйя напряженного состояния Ла, дает текущеезначение градиента активности САЭ, котороЕ затем сопоставляетсес нормой контроля.Если в условиях измейения йапряженного 35соСтояния в процессе контроля будет зафиксировано превышение текущего значения градиента активности САЭ заранеезаданной нормы контроля, свидетельствующее о приближении предразрушающей стади, напряженное состояниеконтролируемого участка массива горныхпород классифицируется как опасное,Использование предлагаемого спбсобараспознавания опасного состояния горных 45поРод в массиве обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества; 1. Одновременный контроль относительного изменения напряжения и активности САЭ существенно повышает достоверность распознавания опасного состояния горных пород по сравнению с распознаванием по одному из этих параметров,2. Обеспечивается селекция в общем потоке сигналов САЭ и акустических помех импульсов САЭ, вызванных изменением напряженного состояния, что наряду с повышением достоверности распознавания способствует повышению помехозащищенности"способа и позволяет вести оперативный непрерывный контроль напряженного состояния в условиях действующих шахт и рудников без остановки производства в реальном масштабе времени, .Формула изобретения Способ распознавания опасного состояния горных пород в массиве, включающий регистрацию количества импульсов сейсмоакустической эмиссии от действующей нагрузки, отл ича ющи йс я тем,что,с целью повышения достоверности распознавания опасного состояния горных пород в массиве за счет определения момента скачкообразного возрастания градиента активности импульсов сейсмоакустической эмиссии САЭ), вызванных изменением напряженного состояния контролируемого участка массива горных пород, предварительно определяют значение нормы контроля градиента активности сейсмоакустической эмиссии, соответствующей 70-75 . от разрушающих значений напряжений, в пробуренной измерительной скважине на контролируемом участке массива горных пород в процессе регистрации количества импульсов сейсмоакустической эмиссии определяют отношение количества импульсов САЭ к вызвавшему их изменению напряжения, сравнивают полученное значение с заранее заданной нормой контроля и в случае превышения полученного значения градиента активности САЭ нормы контроля состояние горных пород в контролируемой зоне масси. ва классифицируется как опасное,1802158 гор рректор М Петрова еда ктор акаэ 839 Тираж: . Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва. Ж, Раушская наб 415 КНТ СССР водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составитель Техред М,Мо Иванунтал