ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Изобретение относится, в частности, к способам определения степени удароопасности массива горных пород, основанным на регистрации и измерении параметров электромагнитной эмиссии.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности.

На фиг. 1 показаны схемы измерений фотонной эмиссии (ФЭ) (а - с поверхности выработок, б - с поверхности скважины); на фиг. 2 - схема измерений фотонной эмиссии с поверхностей выработок и скважин; на фиг. 3 - номограммы для оценки степени удароопасности.

На фиг. 1-3 введены обозначения: 1 - светонепроницаемая труба; 2 - металлический экран: 3 - горная выработка: 4 - участок выработки с повышенным механическим напряжением; 5 - изолинии поля механических напряжений; 6 - условные траектории измерений с поверхности методом телескопического обзора; 7 - зона концентрации напряжений; 8 - средние значения давления; 9 - повышенные давления в произвольных точках; 10 - характеристика равновесного давления вдоль контура выработки; 11 - максимальное давление, в центр пробурена скважина - 12, 13 - положения детектора при скважинных измерениях;x- расстояние до максимума опорного давления, в - ширина выработки,l_уд- размер удароопасной зоны; коэффициент ФЭ К_n, расстояние до максимума опорного давления а/ в и размер удароопасного участкаl_уд/ в - 14 - руд. 15 - пород.

Способ осуществляется следующим образом.

Шахтные измерения ФЭ с поверхностей выработок и скважин проводит один оператор. Измерения с поверхностей выработок проводят методом телескопического обзора фиг. 1 на фоне освещения в диапазоне ультрафиолетового света 160-300 нм (ФЗУ-80).

Исследуя последовательно поверхность выработки, находят участок, где породы излучают ультрафиолетовый свет. Это участок микротрещинообразования с повышенным механическим напряжением. Определяют по показаниям индикаторов пульта прибора длину опасного участка. Границы и центр опасного участка уточняют с помощью цилиндрического экрана путем уменьшения телесного угла потока излучения.

Прием сигналов с поверхностей выработок любого сечения проводят при одинаковых условиях. При расстоянии между бортом выработки и окном ФЗУ, равном 100 см, перемещая светонепроницаемую трубу, надетую на корпус детектора, получают эталонную площадь поверхности выработки 628 см ², с которой регистрируют световые сигналы. Измеряют параметры ФЭ и находят их значения с единицы площади и по номограмме, приведенной на фиг. 3, определяют степень удароопасности массива пород в зоне измеряемого участка выработки.

При значениях ФЭ, меньших критериальных значений, по центру аномального участка бурят скважину (фиг. 2). Перед скважинными измерениями методом телескопического обзора проверяют состояние поверхностей призабойной части выработки. Включают пульт при закрытой крышке детектора и устанавливают режим работы прибора. Затем детектор с открытой крышкой, с подсоединенной штангой помещают в скважину, устье которой тампонируют светонепроницаемой пробкой. Затем включают пульт, и детектор перемещают вдоль скважины с помощью набора удлинительных штанг (фиг. 1, б). Результаты измерений фиксируют через каждые 0,5 м.

При неопасных значениях величин ФЭ, определяемых по показаниям индикаторов, измерения проводят до глубины скважины 6-8 м и находят опасный участок по максимальным значениям параметров ФЭ. За фоновое принимают среднее значение ФЭ при измерении на глубину 8 м.

Например, для скважины диаметром 105 мм определяют расстояниеlмежду детекторов и круговым экраном из равенства

,

гдеr- диаметр скважины.

Тогда

Определяют параметры ФЭ с единицы площади поверхности участка с максимальным напряжением, а степень удароопасности пород измеряемого участка массива определяют по номограмме, приведенной на фиг. 3.

Коэффициент ФЭ при измерении стрелочным прибором с поверхностей выработок определяют из выражения

,

где Ф _{е макс.} - максимальное значение величины мощности излучения на опасном участке выработки; Ф _{е фон.} - значение мощности минимального излучения, регистрируемого при равновесных состояниях окружающего массива. При измерении с поверхностей выработок в ультрафиолетовом диапазоне частот с помощью цифрового табло при обычном состоянии породn_фонравно минимальному значению излучения n _мин, тогда

На основании натурных исследований предложены критерии для отнесения участка к той или иной категории удароопасности в зависимых от параметров максимальной ФЭ.

При измерении с поверхностей скважин мощности излучения коэффициент ФЭ _э

где Ф _{е макс} - максимальная величина мощности излучения на глубине скважины
0,9-1,6 м;

Ф _{е фон} - средняя величина мощности излучения на глубине скважины 3-8 м.

При измерении с поверхностей скважин интенсивности излучения Фе коэффициент ФЭ

где n _макс - максимальная величина количества импульсов в единицу времени и на глубине скважины 0,9-1.6 м;

n _фон - средняя величина количества импульсов в единицу времени на глубине скважины 3-8 м.

Коэффициент ЭЭС (эффективного электрического сопротивления) определяется формулой

,

гдеr_макс- величина ЭЭС на глубине 0,9-1,6 м;

r_мин- средняя величина ЭЭС на глубине 3-8 м.

Способ выполняется с помощью измерителя ФЭ, содержащего два детектора и пульт.

Детектор для измерений с поверхностей выработок в ультрафиолетовом диапазоне света содержит фотоэлектронный умножитель, усилитель, выпрямитель-делитель напряжения, генератор-преобразователь тока и светонепроницаемую трубу, надеваемую на корпус детектора.

Детектор для изменений с поверхностей скважин в инфракрасном и видимомдиапазонах света, содержит механический светонепроницаемый экран в виде металлического круга, жестко скрепленного с помощью стержней с ободом с разрезом. который крепится на корпусе детектора.

Пульт содержит измеритель амплитуды с микроамперметром, электронный счетчик с цифровым индикатором и стабилизированный автономный источник питания.

При измерении параметров ФЭ в них в нескольких точках до 3 м делается вывод:

·если показания индикаторов малы, порядка 10 ² имп/с для пород и 10 ³ имп/с для руды, то опасности нет и измерения прекращаются;

·если показания измерителей большие, порядка 10 ⁵ имп/с для пород и 10 ⁶ имп/с для руды, то измерения проводят до глубины 8 м и по среднему значению параметров 3-8 м определяют фоновое значение (минимальное) или параметр ФЭ "нетронутого массива".

Фиг. 1

Фиг. 2

Фиг. 3. Номограммы для оценки степени удароопасности участков массива а - пород; б - руд.

Обозначения осей координат:

с^ /С// - коэффициент ФЭ, выражающий отношение максимальной интенсивности оптического излучения к средней интенсивности в зоне нетронутого массива /на глубине скважины 5-6 м/ в логарифмическом масштабе с модулем 10;

Х/А - отношение расстояния от устья скважины до точки с максимальной интенсивностью ФЭ к высоте выработки ;

^у9/В - отношение длины скважины с повышенной интенсивностью ФЭ /ширины удароопасного участка/ к ширине выработки.

i, ii и iii - степени удароопасности участков массива горных пород