Способ контроля состояния массива пород, окружающего пустоту

Способ контроля состояния массива пород, окружающего пустоту

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к совместной разработке месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способами. Цель - повышение точности контроля и безопасности ведения горных работ в зоне возможного воронкообразования путем обнаружения аномалий в естественном ходе земноприливных наклонов земной коры, а также осуществление контроля в условиях ускоренного процесса воронкообразования и погашения пустоты. Для этого устанавливают автоматические наклономеры, измеряют наклоны массива и определяют его упругие деформации, а также определяют внутреннюю и внешнюю границы зоны главных сдвижений горных пород от имеющейся на глубине массива пустоты. В центральной части зоны плавных сдвижений бурят наблюдательную скважину залегания пустоты. Устанавливают на забое этой скважины нижний опорный наклономер и в точке пересечения оси наблюдательной скважины с лучом внешнего граничного угла зоны плавных сдвижений горных пород верхний рабочий наклономер. Сравнивают их показания и по характеру кривой изменения наклонов массива судят об устойчивости потолочины пустоты. В условиях ускоренного процесса воронкообразования осуществляют путем воздействия на массив пород нагружением отвальной массы на участке в направлении от внутренней границы зоны главных сдвижений к центру зоны возможных опасных деформаций. О разрушении потолочины судят по наличию импульсных сигналов экспоненциальной формы, искажающих естественный ход земноприливных наклонов земной коры. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 С 39/.00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

OPM ГКНТ СССР (21) 4437327/23-03 (22) 06.06.88 (46) 23.04.90. Бюл. N -.15 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, конструкторско-технологический и проектно-изыскательский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (72) Ю.М. Николашин, И.А. Широков, К.М. Анохина, В.И. Борщ-Компониец, В.М. Ратушный и Б.Г. Холодарь (53) 622.289(088.8) (56) Именитов В.P ., Абрамов В.Ф., Попов В.В. Локализация пустот при подземной добыче руды. — М.: Недра, 1983, с. 81-92, 94-104.

Авторское свидетельство СССР

Р 1196506, кл. F, 21 С 39/00, 1984.

l (54 1 СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ МАССИВА ПОРОД, ОКРУЖАЮЩЕГО ПУСТОТУ (57 1 Изобретение относится к горной промьппленности, а именно к совместной разработке месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способами. Цель — повышение точности контроля и безопасности ведения горных ра-. бот в зоне возможного воронкообразования путем обнаружения аномалий в естественном ходе земноприливных наклонов земной коры, а также осуществИзобретение относится к горной промышленности, а именно к совместной разработке месторождений полезных ископаемых открытым и подземным спосо®U 1559148 А 1 ление контроля в условиях ускоренного процесса воронкоообразования и погашения пустоты. Для этого устанавливают автоматические наклономеры, измеряют наклоны массива и определяют его упругие деформации, а также определяют внутреннюю и внешнюю границы зоны главнь|х сдвижений горных пород от имеющейся на глубине массива пустоты. В центральной части зоны плавных сдвижений бурят наблюдательную скважину на глубину залегания пустоты, Устанавливают на забое этой скважины нижний опорный наклономер и в точке пересечения оси наблюдательной скважины с лучом внешнего граничного угла зоны плавных сдвижений горных пород верхний рабочий наклономер. Сравнивают их показания и по характеру кривой изменения наклонов массива судят об устойчивости потолочины пустоты, В условиях ускоренного процесса воронкообразования осуществляют путем воздействия на массив пород нагружением отвальной масси на участке в направлении от внутренней границы зоны плавных сдвижений к центру зоны возможных опасных деформаций. О разрушении потолочины судят по наличию импульсных сигналов экспоненциальной формы, искажающих естественный ход земноприливних наклонов земной коры.

2 з.п. ф-лы, 7 ил. бами, и может быть использовано на специальных наблюдательных станциях, которые следят за развитием процесса воронкообраэования при ведении горных

1559148 работ в зоне возможного провала земной поверхности.

Цель изобретения — повышение точности контроля и безопасности веде5 ния горных работ в зоне возможного воронкообразования путем обнаружения аномалий н естественном ходе земноприливных наклонов земной коры, а также осуществление контроля в условиях 10 ускоренного процесса воронкообразования и погашения пустоты, На фнг. 1 изображены границы зон сдвижения горных пород на земной поверхности и местоположение наблюдательной скважины в плане относительно пустоты; на фиг, 2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 — то же,с нагружением участка зоны опасных деформаций отвальной массой; на фиг. 4 — накло- 2О нограмма хода естественных эемноприливных наклонов земной коры при регистрации верхним (рабочим) и нижним (опорным) наклономерами, на фиг, 5 кривая наклонов массива во времени при15 воздействии на массив нагружением и разгрузкой; на фиг. 6 - одиночный импульсный сигнал с аномальным ходом наклонов массива во времени; на фиг. 7 — повторяющиеся импульсные З0 сигналы с аномальным ходом наклонов с паузами и беэ них.

Способ осуществляют следующим образом.

На основании данных инструменталь- Зс ных наблюдений на поверхности за развитием процесса сдвижения горных пород в конкретных горногеологических условиях определяют положение внутренней 1 (фиг. 1) и внешней 2 границ зо- 10 ны 3 плавных сдвижений, а также границу 4 зоны возможного воронкообразования от отработанной залежи или пустоты 5, затем выбирают в центральной части этой эоны участок, удобный дпя бурения наблюдательной скважины 6 со стороны ведения горных работ.

Местоположение наблюдательной скважины 6 находят на середине отрезков, соединяющих внутреннюю 1 и внеш- 5О нюю 2 границы зоны плавных сдвижений на земной поверхности, на участке обеспечивающем длительность ее сохранения, Такое положение наблюдательной, скважины 6 позволяет расположить наклономеры в зоне развития упругих деформаций от плавного сдвижения гор4, ных пород. При этом скважина не создает помех для ведения горных работ.

3 скважину 6 устанавливают автоматические наклономеры: сначала на глубине 7 залегания пустоты на забое скважины — нижний опорный наклономер 8 и в точке пересечения оси наблюдательной скважины с лучом внешнего граничного угла сдвижения p — верхний рабочий-наклономер 9 (фиг.2).

Глубину установки верхнего наклономера со стороны падения и простирания пустоты отработанной залежи определяют соответственно из соотношений

h<0,5h(l-ctg p tg p );

09 (1 ctg 8 tg р 9 где h — глубина установки верхнего наклономера, м;

h - глубина залегания пустоты; р, d - углы сдвижения горных пород по падению или по простиранию отработанной залежи, град; л, 4 „- граничные углы сдвижения по

Го падению или по простиранию отработанной залежи, град.

При таком положении наклономеры находятся в области массива, безопасной от механическйх повреждений, возникающих в процессе сдвижения горных пород и ведения горных работ. Наклономеры целесообразно закладывать в скальный массив. Поэтому при мощности рыхлых пород, составляющей более

0,15 глубины залегания пустоты, мес-. тоположение наблюдательной скважины в зоне плавных сдвижений .определяют на внутренней ее границе, а глубину установки верхнего наклономера определяют иэ соотношения

h =и +(Ъ (сйд p;ctgp) h ctggj tgp, где he — глубина установки верхнего наклономера в скважине, пробуренной на внутренней границе зоны плавных сдвижений; . h - мощность рыхлых пород, м;

h — мощность скальных пород над с пустотой, м;

Ц " угол сдвижения в рыхлых породах, Для измерения наклонов массива и земных (лунно-солнечных) приливов земной коры используют автоматические наклономеры, например, типа НФ-И.

Результаты измерения наклонов фик-. сируют наклонограммой с записью двух составляющих 10 и 11 наклонов в направлениях север - юг и восток — запад (фиг, 4 ). При отсутствии изменеl 559148 ний в состоянии массива пород, окружающего пустоту, наклономеры 8 и 9 записывают ход естественных наклонов земной коры, причем составляющие наклонов верхнего и нижнего наклономеров одинаковы, а график зависимости аномальных наклонов имеет прямолинейный вид или вид гладкой кривой, что позволяет судить об устойчивом состоянии потолочины.

В условиях ускоренного процесса воронкообразования производят воздействие на массив путем нагружения земной поверхности, например, отвалом

12 или путем разгрузки за счет выемки горной массы (не показана ). Начинают горные работы из эоны 3 плавных сдвижений в направлении зоны 13 трещин и центра зоны 14 возможных опасных деформаций (фиг. 3). При этом регистрируют на наклонограмме верхнего и. нижнего наклономеров не только естественный ход земного прилива, но и отклонения от него в виде аномального наклона, вызванного воздействием на массив, Отклонение устанавливают в результате построения графика зависимости аномальных наклонов в массиве в процессе его нагружения или разгрузки во времени (фиг.5), на котором гладкую кривую 15 получают по показаниям верхнего наклономера 9, включающим суммарные значения наклонов массива от земных приливов и аномальных наклонов в ближней зоне воздействия, а гладкую кривую 1á — по показаниям нижнего наклономера 8, включающим суммарные значения наклонов массива от земного прилива и аномальных наклонов в дальней зоне воздействия от нагрузки или разгрузки.

Кривая наклонов массива характеризует рост или снижение нагрузок на земной поверхности и плавность ее оседания или подъема в зонах опасных деформаций и-возможного воронкообразо-. вания, свидетельствует об упругом режиме деформировгния массива, что позволяет считать при этом условии производство горных работ в указанных soнах безопасным.

Основной формой аномальных наклонов массива, свяазнных с быстропротекающим процессом разрушения и обрушения потолочины, перемещения обрушенной массы по выработанному пространству или накопление обрушаемых масс в канале формирующейся воронки, являет. t0

ЗО

50 ся определенного вида сигнал 17 (фиг.6), состоящий из сейсмического импульса 18 и экспоненциального затухания 19, т.е. обладающего устойчивой характернои одинаковой формой и структурой и искажающего естественный ход эемноприливных наклонов. Поэтому при получении на наклонограммах верхнего и нижнего наклономеров визуально наблюдаемых укаэанных одиночных сигналов их анализируют и принимают решения о возможности ведения горных работ в зоне воронкообраэования.

В качестве оперативного информативного количественного признака контроля используют длительность сигнала Qt которая оказывается сущест" венной в зависимости от размеров объема разрушения потолочины.

Обнаружение на наклонограмме одиночного импульсного сигнала 17 с экспоненциальным затуханием 19 аномального наклона массива длительностью от

О 05 до О,5 ч позволяет судить о кратковременном и частичном разрушении потолочины, не вызвавшем дальнейшее

"всплытие пустоты" и развитие обрушений.

Появление на наклонограмме импульса свидетельствует об отрыве пород от кровли потолочины и ударе их о почву отработанной залежи (камеры, пустоты) или об обрушенные ранее массы, заполнившие канал воронки. Последовавший эа сейсмическим импульсом экспоненциальный ход аномального наклона, отличающийся от волнообразного характера земноприливного наклона, свидетельствует о протекании обрушившихся горных пород по каналу воронки и выработанному пространству на нижние горизонты. Если протекания (перепуска) горной массы не происходит, то запись наклонов в виде сигнала по форме экспоненты может не отразиться на наклонограмме.

В случае ускоренного погашения пустоты при прочной потолачине дополнительно провоцируют ее разрушение путем дальнейшего нагружения отвальной массой в зоне 14 возможных опасных деформаций и продолжают воздействие на массив путем повышения нагрузок эа счет формирования второго яруса отвала в зоне 14 возможных опасных деформаций, При самопроизвольной или вызванной активизации воронкообразования

1559148 количества обручений поталачины увеличив"".åòñÿ, а чем судят по количеству импульсных сигналов 17 (фиг. 77 .

Величины сейсмических импульсов, амплитуд и экспаненциальный характер затухания этих сигналов позволяют качественна сравнить объемы обрушений. Эту стадию локального обрушения фиксируют на записи земноприливных наклонов путем обнаружения отклонения ат естественного их хода в видеизображения повторяющихся одиночных HM пульсных сигналов 17 с экспоненциальпым затуханием аномальных наклонов массива одинаковой формы, структуры, длительностью более 0,5 и различной периодичности. Эти сигналы характе= ризуют коэффициентом скважности К

28 йР

К=— йс где дР— периодичность г,пауза ) — продолжительность интервала времени между концом одного импульсного сигнала и началам следующего за ним другого импульсного сигнала, ч; — длительность импульсного сигнала с экспаненциальным затуханием аномального на" клона ч, Периодичность импульсных сигналов с аномальным ходом наклонов массива характеризует стадию плавных прогибов

35 паталачины в процессе силового воздействия на земную поверхность в зоне опасных деформаций. При этом, чем выше коэффициент скважности К, тем на;. дежнее можно характеризовать устойчи- „ вость потолачины, При повышении значения коэффициента скважнасти от 1 до

10 процесс варонкоабразавания следует считать временно локализованным . Если паузы между одиночными импульсными сигналами - аномальным ходом наклонов массива не превышают длительности самих сигналов 2-3 раза, то из этого следует, что процесс разрушения потолочины не затухает, в нем формируется свод, равновесие которого не насту. .5Î пило. В этом случае. не исключается возможность дальнейшей активизации варонкаобразавания.

Поэтому, чтобы не останавливать

55 горные работы в этот период, предусматривают возможность ведения отвалаобразавания из безопасной зоны

После стабилизации записи естественных земноприливных нак3гонов массива горные работы в опасной зоне возобновляют.

Дальнейшее воздействие на массив вызывает вновь обрушение пород поталочины вплоть до образования провала на поверхности. . Опасную стадию воронкообразования с образованием провала земной поверхности устанавливают при получении йзображения на наклонаграммах импульсных сигналов 17 с аномальным ходом наклонов массива, следующих, один за другим без пауз или с небольшой периодичностью АР по сравнению с дли"

".åëüíoñòüâ Д, и скважностью менее единицы, чта является основным пред" вестником воронкообразования (фиг ° 7).

Поэтому работы в опасной зоне прекращают до выхода воронки на поверхность.

Если указанного выхода воронки не произошло, а запись земноприливных наклонов массива стала соответствовать его естественному ходу, то это свидетельствует а локализации (временной задержке). воранкообразования, тогда горные работы вновь возобновляют.

Если при непрерывна повторяющихся импульсных сигналах с аномальным ходам наклонов увеличиваются амплитуды наклонов массива и их длительность Qt та горные работы прекращают при появлении первых одиночных импульсных сигналов с аномальным ходом наклонов массива и выводят людей и технику из опасной зоны.

После выхода воронки на поверхность определяют начало дальнейших работ по погашению провала пустыми породами по результатам контроля хода записи наклонов массива путем установления их естественного хода земноприливных наклонов или гладкости кривой изменения наклонов массива ва времени.

Формула изобретения

1. Способ контроля состояния.мас- . сива пород, окружающего пустоту» включающий установку автоматических накйономеров, измерения наклонов массива и определение его упругих деформаций, определение внутренней и внеш-, ней границы зоны плавных сдвижений горных пород от имеющейся на глубине массива пустоты, а т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ9 15591 ности контроля и безопасности веденйя, горных работ в зоне возможного воронкообразования путем обнаружения аномалии в естественном ходе земноприливных наклонов земной коры, в цент5 ральной части зоны плавных сдвижений бурят наблюдательную скважину на глубину залегания пустоты, устанавливают на забое этой скважины нижний опор10 ный автоматический.наклономер и в точке пересечения оси наблюдательной скважины с лучом внешнего граничного угла зоны плавных сдвижений горных пород верхний рабочий автомати-ческий наклономер, сравнивают зарегистрированные с помощью этих наклономеров земноприливные наклоны масси" ва и по характеру кривой изменения наклонов массива определяют устойчи- 20 вость потолочины пустоты.

2. Способ по.п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью осуществления контроля состояния массива пород в условиях ускоренного процес- 25 са воронкообразования, воздействуют на массив пород нагружением отвальной массой на участке в направлении от внутренней границы зоны плавных

48 10 сдвижений к центру зоны возможных опасных деформаций или выемкой горной массы на этом участке, а о частичном разрушении потолочины судят по реги-, страции автоматическими наклономерами одиночного импульсного сигнала экспоненциальной формы длительностью

0,05-0,5 ч, искажающего истественный ход земноприливных наклонов земной коры.

3. Способ по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью осуществления контроля состояния массива пород в условиях ускоренного погашения пустоты, продолжают воздействие на массив пород путем формирования второго яруса отвала в зоне воэможньг< опасных возмущений до появления на наклонограммах повторяющихся одиночных импульсных сигналов с частотой повторения, равной длительности сигналов, по которому судят о всплытии воронки обрушения, после чего продолжают воздействие на массив пород из зоны плавных сдвижений до появления непрерывно следующих импульсных сигналов.

1559148!

559148

6, p1 AN

Z5 Э Л, 4аб

И 1,0 1.5. ЯО 5 Ф 45 5 55 t,ч

1559148

Составитель В. Сидоров

Редактор О. Головач Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Палии

Подписное

Заказ 828 Тираж 394

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, .101