Спосіб контролю стійкості породних оголень

Спосіб контролю СТІЙКОСТІ породних оголень, що полягає в тому, що на контрольованій ДІЛЯНЦІ оголення бурять шпури, встановлюють у шпурах датчики, здійснюють з їх допомогою періодичні виміри обраного фізичного параметра, що Винахід відноситься до прничовидобувної галузі промисловості і будівництва Відомий «Спосіб прогнозу руйнування гірських порід і пристрій для його здійснення» [І], «Спосіб прогнозу руйнування гірських порід і пристрій для його здійснення» [2] Ці способи засновані на дослідженні акустичної емісії (АЭ) зразків гірських порід і визначенні за даними її аналізу напруженого стану і СТІЙКОСТІ породних оголень і елементів масиву Недоліком даних способів є те, що параметри АЭ істотно різні для різних порід, у зв'язку з чим вірогідність такого контролю невисока Крім того, при іспитах тріщинуватих пересушених порід паразитні сигнали контрольовані АЭ можуть по амплітуді перевищувати сигнали АЭ, що містять корисну інформацію Таким чином, використання АЭ, як інформативного параметру при контролі СТІЙКОСТІ породних оголень, не завжди виправдано Найближчим до запропонованого є спосіб контролю площі розриву гірських порід [3], у якому виміряються опори в зоні тріщини порід за допомогою електродів, розташовуваних у свердловинах по обидві сторони від зони розриву порід Запропоноване рішення має ряд недоліків Використання опіру гірської породи як величини, за значенням якої судять про ступінь неоднорідності масиву обмежує область застосування способу і знижує його вірогідність відрізняється тим, що попередньо визначають компоненти напруг на контрольованій ДІЛЯНЦІ оголення, відбирають з нього зразки породи, які руйнують в умовах, що відповідають напруженому стану породи оголення, по ходу руйнування здійснюють виміри фізичного параметра, визначають аналітичну залежність між цими показниками і часом до руйнування зразка, після чого здійснюють виміри фізичного параметра в оголенні, визначають швидкість його зміни, на підставі чого за допомогою отриманої аналітичної залежності здійснюють прогноз СТІЙКОСТІ породного оголення Основним недоліком запропонованого способу є те, що зміна величини контрольованого фізичного параметру не завжди однозначно відповідає ЗМІНІ ступеня пошкодження гірської породи Це обставина не дозволяє з достатньою точністю оцінювати СТІЙКІСТЬ породних оголень В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу контролю СТІЙКОСТІ породних оголень, у якому за рахунок використання попередньо отриманої залежності між ентропією гірської породи, значенням контрольованого фізичного параметра і ступенем пошкодження гірської породи, прогнозується СТІЙКІСТЬ породного оголення, у результаті чого забезпечується підвищення точності і вірогідності прогнозу СТІЙКОСТІ породних оголень Поставлена задача вирішується тим, що ВІДПОВІДНО до винаходу в способі контролю СТІЙКОСТІ породних оголень, який полягає в тім, що на контрольованій ДІЛЯНЦІ оголення бурять шпури, встановлюють у шпурах датчики, роблять з їх допомогою періодичні виміри обраного фізичного параметра, ВІДПОВІДНО до винаходу визначають компоненти напруг на контрольованій ДІЛЯНЦІ оголення, відбирають з нього зразки, які руйнують в умовах, що відповідають напруженому стану породи оголення, по ходу руйнування роблять виміри фізичного параметра, визначають ентропію породи і встановлюють аналітичну залежність між цими показниками і часом до руйнування зразка, після чого роблять виміри фізичного параметра в ого О 00 00 ю 58804 ленні, визначають швидкість його зміни, на підставі чого за допомогою отриманої аналітичної залежності здійснюють прогноз СТІЙКОСТІ породного оголення Таким чином, сутність винаходу полягає в тім, що попередньо відібрані зразки гірської породи, що складає оголення, руйнують у режимі циклічного на вантаження-роз вантаження в умовах объемнонапруженого стану, що відповідає напруженому стану породи в масиві (в оголенні), для чого, перед добором зразків, у шпурах методом розвантаження роблять визначення компонентів напружень Таким чином домагаються руйнування зразків породи по такому ж фізичному механізму, який має місце при руйнуванні оголення По ходу руйнування зразків періодично вимірюють обраний фізичний параметр і визначають ентропію зразків Фізичний параметр може бути діелектрична проникність ^, тангенс кута діелектричних утрат tg S, питома електропровідність ( Р ) Для неелектропровідних необводнених порід найбільш переважно вимірювати діелектричну проникність чи тангенс кута діелектричних утрат, а у випадку наявності вираженої електропровідності породи - її провідність Вибір фізичного параметра також здійснюється на основі найбільшої простоти і точності його виміру в конкретних умовах Визначення ентропії зразків гірської породи при лабораторних іспитах необхідно в зв'язку з тим, що авторами встановлений однозначний взаємозв'язок між ступенем пошкодження породи і величиною її ентропії, що не обов'язково виконується у випадку, якщо у якості інформативного параметру породи береться не ентропія, а інший фізичний параметр Тобто ентропія тут виступає в якості еталонної фізичної величини для контролю процесу руйнування породи й адекватності вибору фізичного параметра поставленій задачі У випадку неадекватності закономірностей зміни обраного фізичного параметра та ентропії, виконують ті ж дослідження з іншим фізичним параметром Отримана аналітична залежність по апроксимації графічної залежності фізичного параметра і його критичне значення, що відповідає початку руйнування зразка, приймають за основу здійснення прогнозу Результати 3-4 вимірів фізичного параметру безпосередньо в шпурах, пробурених в оголенні, дозволяють визначити швидкість зміни фізичного параметра, підставивши значення якої в отриману в лабораторних умовах формулу виду t = In Рп /V де t - час до руйнування, Ро - початкове значення фізичного параметра, Р" - його критичне значення, що відповідає початку руйнування, V швидкість зміни фізичного параметра в оголенні, можливо обчислити час до початку руйнування породного оголення, тобто здійснити прогноз Для реалізації способу пропонується апаратура, що дозволяє визначати діелектричну проникність зразків гірських порід, наприклад, вимірник універсальний L, C, R Е7-11 Для вимірів можуть бути використані накладні ЄМНІСНІ датчики [4, 5] Компоненти напруг в обраній ДІЛЯНЦІ породного оголення визначають за допомогою методу розвантаження [6] Пропонований спосіб може бути реалізований таким чином У контрольованій ДІЛЯНЦІ породного оголення бурять шпури, витягають з них зразки породи, з яких виготовляють зразки призматичної форми для лабораторних ІСПИТІВ Одночасно роблять визначення компонентів напруг у масиві за допомогою розвантаження Роблять вибір контрольованого фізичного параметра Потім приступають безпосередньо до лабораторних досліджень Перед початком руйнування зразків, роблять заміри початкових значень фізичного параметра й ентропії породи, ^° і S a Приймемо, що фізичним параметром у нашому випадку є діелектрична проникність ^ Ентропію породи визначають за методикою, описаної , наприклад, у [7, 8] Для цього зразок навантажується на пресі до межі МІЦНОСТІ По ходу нагружения фіксуються значення напруги і деформації L зразка Як тільки зразок починає руйнуватися, навантаження знімають, після чого починають наступний цикл нагружения Так поступово зразок доводять до руйнування, одночасно фіксуючи значення ст і ^ кожного циклу Використовуючи отримані результати, будують графічну залежність у координатах ст - ^ , по якій графічно визначають величини (максимальна напруга циклу), а т (деформація зразка, що відповідає максимальній напрузі), ^ к (кінцева деформація зразка) Далі визначають величину ентропії зразка породи за допомогою співвідношення Ь q ,0) q+1 q= -1, b = ' де «m Г Руйнування зразків роблять у режимі й умовах, якісно подібних тим, що мають місце в контрольованій ДІЛЯНЦІ масиву, для чого використовують дані, отримані методом розвантаження По ходу руйнування безупинно контролюють значення діелектричної проникності породи і періодично визначають величину її ентропії по описаній вище методиці Число визначень ентропії вибирають не менш 3-4 з метою можливості встановлення аналітичної залежності між діелектричною проникністю, ентропії породи і часом до руйнування зразка Ця залежність установлюється шляхом складання функціонала виду де х - значення фіксованого параметра, при якому робилися виміри, А|- ВІЛЬНІ параметри, що визначали форму фукционала За допомогою машинного рахунку мінімізується середньоквадратичне відхилення по всіх крапках 58804 U = In 2 X = 1=1 д де у - експериментальне значення функції, що підбирається, А у - експериментальна погрішність, N - КІЛЬКІСТЬ експериментальних крапок Результатом мінімізації є підбор параметрів А, визначающих вид залежності (2) Використовуваний алгоритм описаний у роботі [9] і використовує метод минеаризации функціонала квадратичного виду Потім, на підставі 3-4 вимірів ^ породи безпосередньо в шпурах породного оголення одержують аналогічну залежність ^ від часу до руйнування, з якої визначають швидкість зміни ^ у часі Виміри роблять через інтервали часу між якими використовувана вимірювальна апаратура дозволяє зафіксувати зміни величини ^ Таким чином ми маємо швидкості зміни ^ при руйнуванні зразків у лабораторних умовах - V, і швидкість зміни ^ породи в контрольованій ДІЛЯНЦІ породного оголення - V2 Нехай ^ змінюється в часі походу руйнування за законом i; = i;oexp(Vt) ( 4 ) Для руйнування зразків у лабораторних умовах маємо 4* =4oexp(V 1 t) ( 5 ) де ^* - значення діелектричної проникності породи при початку руйнування зразка Тоді ДЛЯ породного оголення маємо наступну залежність ^=50exp(V2t) i ( 5 ) ВІДКІЛЯ час до руйнування ВІДПОВІДНО Комп'ютерна верстка М Клюкш /U,(6) , (3) Уі що є тривалістю СТІЙКОСТІ контрольованого по родного оголення, тобто прогнозом Джерела інформації 1 Патент РФ №2137920, кл G 01 N 29/04 Способ прогноза разрушения горных пород и устройство для его осуществления / M B Курленя, Г И Кулаков, А Г ВострецОв и др , Опубл 20 09 99, Бюл №26 2 А С 959008 СССР, кл G 01 V 3/18 Способ контроля площади зоны разрыва горных пород / О И Чернов, Е И Шемякин, М В Курленя и др № 3242761/18-25, Заявл 18 12 80, Опубл 15 09 82, Бюл №34 4 ХасхачихАД «Электромагнитные методы и средства для неразрушающего контроля в технологии резинового производства» -тем обзор -М ЦНИИТЭ нефтехим, 1988 - 48с 5 Матис И Г , Клотиньш Э Э Накладные датчики для неразрушающего определения диэлектрических свойств полимерных материалов и механика полимеров -1969-№6-С 1098-1104 6 Методические указания по применению метода разгрузки для измерения напряжений в массивах горных пород - Ленинград, ВНИМИ -197236с 7 Зорин А Н , Бондаренко В И , Мещанинов С К и др К вопросу устойчивости породных обнажений // Науковий вісник НГАУ, 2000, №1 -С 100101 8 Бондаренко В И , Зорин А Н , Грядущий Ю Б и др Закономерность изменения устойчивости породных обнажений при периодических нагрузках - Открытие № 151 -2000 -СПб -Сб Научных открытий -С 17-19 9 Статистические методы в экспериментальной физике / В Идье, Д Драйард, Р Джеймс и др М Мир, 1976-335с Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна