Способ определения изменений напряженного состояния элементов горных выработок, склонных к оползнеобразованию

(а оо ЗСЮ 1 С.39/00 ГООУДМфСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОРю илАМ а ааЧВЙ и ВВНПМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1а(71) Донецкий ардена Трудового Красного Знамени .политехнический институт и Донецкой научно-исследовательский горнорудный институт (53) 55 О. 83 (088. 8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 829933, кл. Е 21 С 39/00, 1980.2. Бродовой В.В., Свирина В.С Матвеев В.С И 1 ипунов В.С, Высокоточная магниторазведка при изучении оползней.- "Разведка и охрана недр" ,В 3, 1980, с, 38-44 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕИЕНТОВ ГОР- НЫХ ВЫРАБОТОК, СКЛОННЬЕ К ОЛОЛЗНЕОБ-. РАЗОВАНИЮ, включающий измерение компонент главного магнитного поля Зем ли и их изменения во времени, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыщения эффективности контроля за образованием локальных зон измене ния напряженного состояния на участках, склонных к оползнеобразованию, производят измерения компонент главного магнитного поля Н , Ну, Ну в периоды интенсивного изменения уровней подземных вод, преимущественно в период с октября по май, строят графики функ нй агсср Нт(Н и/нли агсй 8 Н/ Н + Н и по экстремаль. ным значениям этих функций определяют наличие и местоположение указанных зон.2.9 аЕр, . Э087 менном этапе развития науки самым удобным и точным методом представления картины изменения компонент поля. Силовые линии магнитного поля вообще и поля Земли в частности на границе раздела двух сред претерпевают преломление, описанное по формуле где Ед, б,1 в . диэлектрическая прони-цаемость двух различныхсред (пород); 511 И- магнитная проницаемость сред;п - коэффициент преломления.В предлагаемом способе рассматри- щ ваются горные породы немагнитной природы (глины, пески, песчанки, карбо,натиые породы и т.п., и вода). В этих породах б изменяется от 2 до 40 ед. в зависимости от влажности, раздроб 25 ленности, типа пород, а вода имеет Я щ 81 ед, Наблюдается значительный диапазон изменений немагнитных значений.И в осадочных городах: 1 д еощха = 1,0000004 э О глюн " 3 р1 р 027271 Р песца ники = р 00072 Ввиду больших различйй в значении 1. и 1 ц самых распространенных пород, слагающих массивы, в которых чаще всего возникают зоны изменений напря 35 женного состояния, становится очевид ной эффективность предлагаемого способа. В этих зонах происходит изменение Я и М , что приводит к возникновению в результате преломлений силовых линий аномалий тлавного магнитного поля Земли. Причем существует эмпирическая зависимость между магнитны,ми аномалиями и степенью скрытной стадии развития оползня.Согласно способу используется известный факт уменьшения напряженного состояния горных пород, слагающих мас сив, с увеличением их увлажненности, а для глинистых пород увеличение их . 5 О влажности приводит не только к уменьшению напряженного состояния, но и к разрушению. По данным исследований наблюдается сезонное колебание уровня подземных вод: с октября по май 55 происходит подъем уровня вод от О до 15 м, затем происходит падение уровня. В предлагаемом способе учиг 662 4 тывается процесс изменения напряжен)ного состояния пород под воздействи-ем влаги путем постановки режиьпщхнаблюдений с октября по май с перехо.дом через январь,Предлагаемый способ в отличие отдругих известных позволяет заблаговремейно обнаружить момент зарожденияскрытных эон изменения термодинамического состояния пород, которые одновременно являются зонами изменениянапряженного состояния пород. Исполь. зование способа для Регулярного иссле.дования элементов горных выработокпозволит при обнаружении скрытных зонпроизвести ряд.предохранительных мердля предотвращения оползня пород иразрушения элемента выработки.На фиг. 1 доказана схема расположения профилей наблюдений на бортукарьера, содержащая борт карьера 1,профиля 2 наблюдений, локальную зону3 изменений напряженного состоянияпород 1,эона изменения термодинамического состояния) борта карьера, компо.ненты 4 Н, Н главного магнитногодоля Земли.На фиг. 2 показана схема преломления магнитных силовых линий главногомагнитного поля Земли, содержащая массив 5 скальных пород, магнитные силовые линии 6 главного магнитного поляЗемли, границу 7 скальные - рыхлыепороды 7, рыхлые породы 8, границу 9рыхлые породы - воздух, участок 10изменения угла выхода на поверхностьмагнитных силовых линий главного маг",нитного поля Земли.На фиг.За показан график изменения-агсг -"- (град,) по профилю ПР 4, пер - ахпеидикуляриому к борту карьера11; на фиг, 3 - график изменениям.)аого 1 - (град.) по проФилюй+ МК, аПР 4 - 12.На фиг. 4 а,показаны изменения от. ношений компонент Н 5./Нх за два года(1980-1981); на фиг. 4 Б - измененияуровня подземных вод в гидронаблюдательных скважинах, расположенных впределах месторождения; изменения отношений по профилю на участке 13 беэополэненных признаков; изменения от, ношений по профилю на участке 14,склонному к ополэнеобразованию, черезтектоническое нарушение, простирающееся под углом к борту карьера.5 1087662На фиг, 5 показаны измененияфункР воздух также происходит преломлениемагнитных силовых линий, При отсутствии каких-либо неоднородностей, т,е,при отсутствии скрытных эон изменениятермодинамических свойств горных пород, вызывающих изменение напряженного состояния пород, магнитные силовые линии главного магнитного поляна поверхности Земли представляютсявекторами одинаковой длины, выходящими под определенным углом.При наличии скрытной зоны изменений напряженного состояния горных пород магнитные силовые линии, проходячерез нее,на поверхности образуютучасток 1 О изменения угла выхода. Научастке 10 магнитные силовые линиирасположены к поверхности под углом,отличныи от углов на равномерно напряженных участках безскрытных стадий развития оползня. Участок 10является аномалией главного магнитного поля Земли, протяженность которого определяется размерами скрытныхзон изменения напряженного состояниягорных пород. Величина изменений напряженности главного магнитного поляЗемли на участке 10 зависит от Е,(Опород, участвующих в образовании зоны. По профилям, расстояние междукоторыии 5-10 м, с шагом 3-6 м производят измерения компонент Н, Н, Нполного вектора напряженности главно.го магнитного поля Земли.На скрытных зонах изменения напряженного состояния наибольшее изменение по величине и направлению претерпевают компоненты Нк, Н. Величинаизменений напряженности магнитногополя по компонентам Н, Ну составляет 80-300в зависимости от геометрических размеров зон, физическогосостояния и типа пород. Величина изменения угла выхода магнитных силовыхлиний главного магнитного поля Зеилиотносительно осей Нх, Н 1, Н изменяется в пределах от -5 до +5 ф,Исследования показали, что для характеристики зоны изменений напряженностигорных пород наиболее выразительными оказались соотношения коипо 50 нент " и. Предварительно Н Н 2 4 х 4 Н+Н н, н,ции Ьопс 1(асНхф Н 1 й: Нц 5 в различные месяцы года наополэнесклонном участке; 15 - кривая измене. ния функции в феврале; 16 - в июле;17 - в ноябре 1980 г, 1 ОПри реализации способа предварительно определяют на основе геологических материалов элементы горных выработок, предрасположенных к оползне- образованию. Рассмотрим пример осуще ствления способа на элементах, слага" юлих карьер. Выберем борт карьера по добыче известняков и доломитов.,Оползнеобразования возникают в мес тах пересечения борта поверхностным 20 карстом вблизи тектонических нарушений, чаще всего обводненных, в местах скоплений грунтовьи и подземных вод, в местах залегания глин, способных резко изменять прочностные свойства 25 (вязкость, пластичность, предел проч ности на сдвиг и т.п.). При смачивании в этих местах (зонах) и происходит изменение напряженного состояния горных пород, слагающих исследуемый 1элемент горной выработки.На выбранных участках бортов карьера 1 (фиг.1), склонных к ополэнеобразованию, разбивают профиля 2 наблюдений. Длину профилей наблюдений выбирают такой, чтобы захватить зонубеэ заметных изменений напряженного состояния горных пород, которая в зависимости от глубины карьера расположена от борта на 30-50 м.Один иэ про 40 филей 2 наблюдений пересекает скрыт- ную зону 3 изменений напряженного состояния (эона изменений термодинамического состояния) горных пород.Магнитопрофилирование производят 45 трехкомпонентным магнитометром соглас но инструкции по магнитораэведке с обязательным выбором точки контрольных измерений. Массив 5 скальных пород (фиг.2) пронизывается магнитными силовыми линияии 6 главного магнитного поля Земли, На границе 7 скальные - рыхлые породы ввиду различия значений 1 ал согласно закону преломления магнитных силовых линий изменяют угол, под которым они пронизывают рыхлые породы 8. На границе 9 рыхлые породы строят графики отношений, а затем определяют по этим графикам агссК -" показывающий угол поворота вектораепвлной напряженности главного магнит. ного поля Земли вокруг оси ОЕ, перпендикулярной к поверхности Земли,lага 16 покавывающвй угол,На щафобразованный векторам Т с плоскостью х о . По найденным углам строят графики изменений их по всей дли р хо у. оне п о филей.На графиках (фиг,За и 3) не показаны в еличины углов, а показаны их вреНЧменные изменения Ьагсед Н- (11) и.И4 огсЯ(12), На нсследуе.й+11 цмом участке эона изменений напряжен ности горных пород располагается между пикетами 40-55 (фиг. ЗС 1 и 3 ) н определяется по экстремальным значениям названных Функций.25 Интенсивному изменению уровня под-земных вод с октября по май (фи г. 4 Ы ) соответствует интенсивное изменение отношений Н/Н (фиг,40, кривая 13).Наибольших изменений углы выходов магнитных силовых линий (фиг.5) претерпевают в ноябре и феврале (кривая 15 и 17), что соответствует периоду интенсивных изменений уровня подземных вод. Подъем уровня подземных вод вызывает смачивание вышележащих горных пород, что приводит к изменению их термодннамический свойств, Статистика показывает, что все крупные оползни (разрушения) элементов выработок происходят в период октябрьмай.Проведение исследований в этьт пе риод позволяет надежно и быстро выявить вновь образовавшиеся зоны изменений напряженного состояния горных пород бортов карьера или проследить за развитием уже ранее обнаруженных эон,1087662 уИ 18/29 Тираж 564 ПВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб Заказ писноеСР 4/ П т Ужгород, ул ктная,Составитель Е Редактор Л,Гратилло .Техред С,Леге