Способ прогноза ударопроявлений в горных выработках

(я)5 Е 2 Т механики горных по ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт физикирод АН КиргССР(56) Айтматов И.Т., Беналиев К,Б. Прогнозила проявления дразрушения горныхрудных месторожденры, методы оценки и ксти.массивов горныхВсесоюзной конференых пород, Фрунзе,Илим, Фрунзе, 1979,Тектонические нкоре и устойчивость гчанинов И.А. Марковэырев А,А., ЛНа156 - 157),нов, У.А, Рыскелдиев и кназаров Т.С., Таштарование глубины начаинамических форм. пород при разработке ий - В сб. Горные удаонтроля удароопаснопород (Материалы И нции по механике гор - 5 октября 1978 г,) с. 95 - 99),апряжения в земной орных выработок. ТурГ.А., Иванов В.ИКоука, 1978, 256 с. (с,Изобретение относится к горному делу и предназначено для прогноза местоположения очагов ударопроявлений тектонического типа при разработке пластообразных рудных месторождений,Известен способ прогноза ударопроявлений в горнф. х выработках, основанный на определении физико-механических свойств горных пород с последующим сопоставлением их с предельными по устойчивости показателями для данного класса пород Критерием служит условие предельного равновесия Кулона-Мора.Способ позволяет оценить начальную глубину ударопроявлений при условии од(54)СПОСОБ ПРОГНОЗАУДАРОПРОЯВЛЕНИЙ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ(57) Сущность изобретения: определяют физико-механические свойства горных пород и руд и градиент тенэора поля напряжений с глубиной, сравнивают его с указанными выше характеристиками массива и определяют верхнюю границуударопроявлений на основе данных геологической, геофизической и сейсмической разведки месторождений, Определяют в пределах мощности литологических слоев покрь 1 вающих пород слой непосредственной кровли месторождения, имеющий границу раздела сред с различной акустической жесткостью и имеющий величину не менее мощности рудного тела. После чего определяют предельный пролетустойчивого состояния данного слоя, и относят к неудароопасному массив руды, залегающий за пределами горизонтального интервала по падению рудной залежи с началом отсчета от границы с нетронутым массивом. 1 з.п, ф-лы, 5 ил. народности и выдержанности свойств массива горных пород на исследуемых участках,Однако способ не позволяет оценить нижнюю границу удароопасности, Вследствии этого на глубинах ниже этой границы продолжают проводить работы по прогнозу и профилактике горных ударов, что обуславливает высокие затраты.Известен способ прогноза ударопроявлений в горных выработках, включающий определение физико-механических свойств горных породи руд, определение градиента тензора поля напряжений с глубиной, сравнение его с указанными выше характеристи 1788289ками массива и определение верхней границы ударопроявлений,Способ:позволяет с невысокими трудозатратами, при отсутствии литологическойрасчлененности массива оперативно осуществлять прогноз начальной глубины ударопроявлений,Однако этот способ не позволяет прогнозировать глубину ниже которой проявление горных ударов маловероятно, чтообуславливает низкую точность прогноза, асоответственно высокие затраты на прогноз и профилактические мероприятия навесь срок службы месторождения.Целью заявляемого изобретения является повышение точности прогноза за счетвыявления нижней границы ударопроявлений при разработке пластообразных рудных месторождений.Поставленная цель достигается тем, чтоопределяют на основе данных (геологической, геофизической и сейсмической) разведки . месторождения мощностьлитологического слоя Н йокрывающих пород непосредственной кровли месторождения, имеющего границу раздела сред сразличной акустическойжесткостью, с величиной не менее мощности грудного тела,после чего определяют, например, методомконечных элементов, предельный пролетустойчивого состояния выделенного слоя иотйосят к йеудароопасному массиву руды,залегающей за пределами горизонтальногоинтервала предельного пролета по падению" рудной залежи, с началом отсчета отграницы с нетронутым массивом, а для непологих рудных залежей дополнительно определяют вел.ичину;Ниах = 1 пр 3 и ф, где р - . угол паденияплоскости контактов литологических слоевмассива горных пород, и относят к неудароопасному массиву руды, залегающий нижеотметки Ниах по вертикали.физические предпосылки способа основаны на закономерностях распространенияупругих волн в анизотропно-напряженноммассиве горйых пород, При распространенииупругих волн в горных породах имеет местодифракции и дисперсия волнового фронта, которые в конечном счете определяют диссипацию энергии упругих волн. В наименьшей степени диссипация проявляется в направлениях распространения волн, не имеющих границ раздела сред, так как на такого рода границах происходит отражение и преломление исходного излучения,Известный опыт излучения удэроопасности массива горных пород указывает нато, что подавляющее большинство горных ударов происходит в конструктивных эле ментах системразработки,.оказывающихся по тем или иным причинам; концентраторами напряжений. Так,подавляющее число горных ударов, представляющих наибольшую опасность, как с точки зрения жизни работающих, так и с точки зрения тяжелых производственных аварий, приурочено к передовым участкам горных работ или выступающим частям массива, где и формируется 10 зона опррного давления, Однако как пока, зана практика на ряде удароопасных месторожденийс определенной глубины отработки наблюдается резкое падение интенсивности горных ударов при сохранении 15 прежнего уровня сейсмопроявлений, Отработка месторождений показала, что даже при системах разработки с закладкой выработанного пространства помере развития горных работ на месторождениях происхо 20 дит процесс расслоения (расслоение) литологических слоев покрывающих пород,который завершается разрушением консоли литологического слоя непосредственной в,вышележащий литологический слой, .а вместе с этим происходит перемещение и зоны опорного давления в вышележащий литологический слой. Мощность такого рода 30 слоев лежит впределах от 5 - 10 м до 50 - 150 м. С этого момента времени и упругая волна с наименьшими потерями энергии будет распространяться именно в направлении этой зоны, тогда как в зону горных работ будет поступать существенно ослабленное 35 излучение, которое не способно вызывать там горных ударов, Необходимым условием для перемещейия зоны опорного давления является образование зоны отработанного массива горных пород на площади, обеспечивающей образование предельно допусти 40 мого устойчивого пролета Ьр, Момент формирования таких условий и есть условие критической глубины, начиная с которой частота горных ударов резко уменьшается. Те же закономерности выявлены и при матема 45 тическом моделировании, Этот физический процесс положен в основу заявленного способа. 50 На фиг. 1 - 3 изображена последовательность отработки руды с образованием выбранного пространства до создания предельного пролетапр при пологом залегании руды (вертикальный разрез); на фиг, 455 - стадия отработки с предельным пролетом Епр (вертикальный разрез) при наклонном залегании руды; на фиг. 5 - изолиния участка отработки с прогнозным положением предельной границы ударопроявлений. Цифрами и буквами на фигурах обозначены: кровли,Вследствир этого происходит пере 25 мещение точки опоры С 1(фиг, 1-4) консолитол"ца покрывающих пород 1, литологический слой 2 мощностью Н непосредственной кровли, участки отработки границы раздела сред слоя Н 4, плоскость нетронутого массива 5, удароопасный интервал 6 шириной равный предельному пролету Ьр, неудароапасный рудный массив 7, С - точка опоры консоли,Способ осуществляется в следующей последовательности операций,По результатам испытания штуфового или кернового материала на исследуемом месторождении определяют физико-механические свойства горных пород и руд, а по данным известных спосбов, например, гидроразрыва определяют элементы тензара поля напряжений для отдельных его локальных участков, которые в дальнейших расчетах принимают в качестве граничных, По известным случаям динамических проявлений на данном месторождении определяют верхнюю границу ударопраявлений, т.е, наименьшую глубину при которых имели место горные удары, Далее на основе геологической, геофизической и сейсморазведки определяют из всей толщи покрывающих пород 1 мощность Х литологическаго слоя являющегося непосредственной кровлей на участках отработки 3 и имеющего границу 4 раздела сред пород с различной акустической жесткостью, Мощность слоя Н должна быть не менее мощности Ь рудного тела. После этого определяют,. например, методом конечных элементов предельный пролет.пр устойчивого состояния данного слоя Н. Здесь следует учесть, что слой Н может содержать в себе ряд прослойков меньшей мощности. Однако данный способ оговаривает потерю устойчивости совокупного слоя Ни, Иначе перемещение точки С 1 консоли на величину меньшую и не обеспечит перемещение зоны концентраций напряжений на интервал больше длины волны, способной вызвать стоячую волну в целиках высотой и, В то время как стоячая волна, которая и является причиной препятствующей релаксации напряжений, и она то в конечном счете приводит к горному удару. Следовательно,в висячем боке рудного тела определяют такую совокупность прослойков, цтобы во-первых, их суммарная (совокупность) мощность была не менее Н, вовторых, контакт последнего из них в совокупной мощности должен проходить по границе сред с различной акустической жесткостью. После этого размечают на плащи месторождения от границы с нетронутым массивом 5, по падению рудной залежи интервал 6 длиной пр и относят массив за его пределами к неудароопасному.50 55 5 10203040 Для пластаабрдзных ръдчых залгч;ей с негоризонтальным залеганием ог;ределяют глубину Нуд начиная с которой массив так же относят к неудароопасному:Нн,уд ) 1 пр 3 п ф, Г;е ф - угол падения плоскостей контактсв литологических слоев. Таким образом, определение на основе данных разведки (геологической, геофизической или сейсмической) месторождения мощности литологическогослоя покрывающих пород непосредственной кровли месторождения, имеющего границу раздела сред с различной акустической жетскостью величиной не менее мощности рудного тела, определениепредельного пролета устойчивого состояния данного слоя и отнесение к неудароопсному массиву руды, залегающего за пределами горизонтального интервала предельного пролета по падению рудной залежи, с началом отсчета ат границы с нетронутым массивом, э для непологих рудных залежей определение величины Нуд = Ьр з 1 п р, где р - угол падения плоскости контактов литалогических слоев массивагорных пород и отнесение к неудароопасному массива руды залегающего ниже отметки Нп,уд по вертикали, позволяет повысить точность прогноза, является новой совокупностью операций, обладающейсущественными отличиями от известных способов,П р и м е р, Конкретное использование способа мы рассмотрим на примере конкретных условий разработки месторождения=0027; Ь = 10 м; Н =150 м Расчет производился методом кснечных элементов, В результате расчета получено: Ьр = 918 м, при угле падения 30 Нкр=459 м.Следовательно, ниже отметки 459 ммассив относят к неопасному по горно-тектоническим ударам,Формула изобретения1, Способ прогноза ударопроявлений вгорных выработках, включающий определение физико-механических свойств горных пород и руд, определение градиента тензора паля напряжений с глубиной, сравнениеего с указанными характеристиками массива и определение верхней границы удэропроявлений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чта, сцелью повышения точности прогноза зэсне выявления нижней границы ударопрояплений при разработке пластообразных рудных месторождений, определяют на основе данных разведки месторождения мощность литологического слоя покрывающих пород непосредствейной кровли месторождения, Имеющего границу раздела сред с различной акустической жесткостью величиной не менее мощности рудного тела, послечЕго определяют предельный пролет пр устойчивого состояния выделенного слоя и относят к неудароопасному массив руды,залегающий за пределами горизонтальногоинтервала предельного пролета по падениюрудной залежи с началом отсчета от границы с нетронутым массивом,52, Способ по и. 1, от л и ч а ю щи й с ятем, что для неполных рудных залежей дополнительно определяют величинуНмзкс =пр з 1 пр где у - угол падения10 плоскости контактов литологических слоевмассива горных пород,Заказ 6ВНИ Тираж ПодписноеПИ Гэсударсгвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1,13035, Москва, Ж, Раушская наб.; 4/5 изводственно.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101