Виегаш Жозе Викторину. Сейсмоакустический метод прогноза удароопасности массива горных пород
 Скачать 0.67 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ “МИСиС”» Кафедра физических процессов горного производства и геоконтроля Горный институт Лабораторная работа №3 по дисциплине: «Методы и средства геоконтроля» на тему: «Сейсмоакустический метод прогноза удароопасности массива горных пород» Выполнил: студент группы СФП-18-1 ФИО: Виегаш Ж.В. Проверил: Николенко П.В. Набатов В.В. Москва 2022 Цель работы: Изучить физические предпосылки и методику сесмоакустического метода прогноза удароопасности массива горных пород. Изучить принцип работы, состав и технические данные сейсмоакустического комплекса «Гроза – 16». Получить навыки практической работы с сейсмоакустической аппаратурой, а также навыки в обработке результатов сейсмоакустических измерений и принятия решений. Общие положения Основные сведения о горных ударах Горный удар – быстро протекающее хрупкое разрушение горных пород, происходящее вследствие мгновенного превращения потенциальной энергии, накопленной в массиве, в кинетическую, и проявляющееся в виде выброса породы в выработки, резкого звука, появление пыли, сотрясение горных пород, воздушной волны. Последствиями горного удара являются разрушение кровли, смещение контуров выработки, разрушение оборудования, гибель людей и др. Энергия горных ударов изменяется от нескольких джоулей до  В некоторых случаях она может достигать  В зависимости от энергии горного удара и степени его проявления горные удары разделяют на микроудар, стреляние, толчок (глубинный удар), собственно горный удар. Опасность горного удара возникает, когда приток энергии к реальному участку горного массива превышает или равен поглощению ее за счет релаксации напряжений. Горные удары возникают, когда создается предельная концентрация напряжений на определенных участках массива, и при этом порода имеет склонность к хрупкому разрушению. Такие условия возникновения горного удара можно записать в следующем виде:   где  – максимальная нагрузка на часть массива (целик, краевая часть);  предельная нагрузка, которую способна выдержать данная часть массива;  модуль, характеризующий скорость падения напряжений и роста деформаций;  модуль упругости массива;  размер зоны, в которой деформации проходят на падающем участке зоны опорного давления (пластические деформации);  мощность обнаженного участка массива;  степень критического сочетания условий и параметров. ,Где  наибольшее напряжение нетронутого массива горных пород;  коэффициент концентрации напряжений около горной выработки,  ; Где  и  коэффициенты длительной прочности и структурного ослабления;  прочность на сжатие в куске.Физическая сущность сейсмоакустического метода прогноза удароопасности массива. Для оценки удароопасности участков массива в настоящее время широко используются геофизические методы, среди которых наибольшее распространение получили сейсмоакустический. Физическая сущность метода в том, что в зоне повышенных напряжений происходит интенсивное образование микротрещин. Каждая образующаяся микротрещина является источником сейсмоакустического сигнала (акустическая эмиссия). Образование микротрещин сопровождается возникновением акустических импульсов, которые в виде акустических волн распространяются в массиве горных пород. Временная диаграмма такого акустического импульса показана на рис. 1.1. Чем больше степень удароопасности массива, т.е. чем выше концентрации напряжений и ближе их значения к критическим, тем чаще образуются микротрещины и тем выше амплитуда сигнала акустической эмиссии. Степень удароопасности может быть оценена по числу импульсов акустической эмиссии за предельный интервал времени  .  Рисунок 1.1. Временная диаграмма акустического импульса Активность акустической эмиссии рассчитывается по формуле  Где  единичное событие акустической эмиссии;  число импульсов за интервал наблюдения  Величина X зависит от различных факторов и может изменяться при различных условиях наблюдений в широких пределах. Поэтому для количественной оценки удароопасности конкретного участка массива используются средние значения акустической эмиссии  за значительный промежуток времени, например в течение смены  Где  активность акустической эмиссии в j-й интервал измерений; N – количество интервалов измерений,  ; T – промежуток наблюдений. Полученные значения сравнивают со средней активностью акустической эмиссии в неудароопасном массиве на данном месторождении   В результате получают значение значение критерия удароопасности  В зависимости от величины  определяют категорию удароопасности и соответствующие мерооприятия по переведению массива в неудароопасное состояние, представленные в таблице 1.1.  Для количественного определения активности акустической эмиссии применяют многокаальную аппаратуру прогноза. В зависимости от вида горно-технического объекта контроля аппаратура различается рабочим частотным диапазоном, в котором регистрируются и обрабатываются импульсы акустической эмиссии. Так в условиях рудных месторождений, в которых частотный диапазон максимума спектральной плотности импульса акустической эмиссии выше, чем в случае угольных месторождений, в настоящее время для прогноза и определения категории удароопасности применяют комплексы: «Гроза – 16», «Регион» и другие. Краткое описание сейсмоакустического комплекса «Гроза -16» Сейсмоакустический комплекс «Гроза – 16» предназначен для регистрации сейсмоакустической эмиссии напряженного массива горных пород с целью контроля динамических проявлений горного давления. Комплекс «Гроза – 16» состоит из 16 скважинных датчиков (блоков сопряжения с массивом), помещаемых в шпуры на участке наблюдения, и блока регистрации, связанного с датчиками с помощью кабеля и устанавливаемого в безопасное время. Принцип работы комплекса «Гроза – 16» заключается в преобразовании сейсмоакустических колебаний, возникающих при растрескивании горных пород, в электрический сигнал, селекции их от помех и подсчете количества импульсов, зарегистрированных за определенный интервал времени, по которым судят об удароопасности массива. Преобразование в электрический сигнал осуществляется блоком сопряжения с массивом (БСМ), содержащем пьезокерамический преобразователь (аксельрометр) и предварительный усилитель (рис. 1.2).  Рисунок 1.2 Схема размещения скважинного датчика комплекса «Гроза -16» в массиве Шестнадцать блоков сопряжения с массивом, установленных в скважинах диаметром 40 мм, с помощью кабелей длиной до 150 м подключаются ко входам коммутатора каналов. Коммутатор каналов группами п о4 подключает датчики ко входам ко входам блока регистрации (БР) либо в ручном режиме, либо автоматически. В блоке регистрации происходит селекция сейсмоакустических импульсов (САИ) от промышленных помех, подсчет количества САИ и вывод этого значения на индикаторы, а также запись информации об активности САИ и суммарном времени воздействия помех в сменный блок памяти. Структурная схема комплекса «Гроза – 16» представлена на рис.1.3.  Рисунок 1.3. Структурная схема комплекса «Гроза – 16» Селекция сейсмоакустических импульсов (рис.1.3) от импульсов помех осуществляется по трем критериям: по амплитуде, по длительности и по частоте следования САИ. Если длительность САИ превышает 32 мс, или импульсы повторяются дважды и более за выбранный интервал измерения (65,129 или 257 мс), то эти импульсы считаются импульсами помехи и не проходят на счетчик, отображающий количетсво САИ за одну минуту. Обработка полученной информации в блоке регистрации осуществляется в цифровой форме. Для преобразования информации из аналоговой формы в цифровую служит блок АЦП. Информация об активности сейсмоакустической эмиссии, зарегистрированная блоком регистрации, с указанием моментов времени регистрации и суммарного времени воздействия промышленных помех по четырем каналам распечатывается с помощью цифро-печатающего устройства (ЦПУ). Места установки БСМ выбирают исходя из конкретных горно-геологических условий и требования безопасного ведения горных работ. В зоне контроля выявляют области максимальной активности акустической эмиссии – очаги АЭ. Образование очагов АЭ прежде всего приурочено к наиболее напряженным участкам горных выработок. Порядок выполнения работы Подготовка комплекса «Гроза – 16» к работе Оценка категории удароопасности массива В лабораторной работе используются имитационные магнитофонные записи, контроль осуществляется по Ш каналу. Первая запись имитирует неудароопасный массив и служит для определения Х0. Последующие записи имитируют активность АЭ в блоках, категорию удароопасности которых следует определить. При этом используется среднее значение АЭ за время Т = 5мин в отличие от реальных измерений, где АЭ оценивается за смену. Подготовьте комплекс «Гроза — 16» к работе, для чего: — подключите выход магнитофона к третьему каналублока регистрации; — установите усиление 10 дБ; порог — 100 мВ; время цикла – 1 мин; — звуковой контроль установите на 3 канал; — включите АЦПУ. Поставьте магнитофонную запись № 1. После сброса показаний в блоке регистрации включите первую запись, имитирующую неудароопасный массив. Зарегистрируйте активность АЭ в течение 5 интервалов времени по 1 минуте. После каждого интервала осуществляется распечатка текущего времени и показаний по каналам. Информация в последней соответствует IV каналу. Включите последующие записи (количество указывается преподавателем). Проведите измерения, аналогичные предыдущим. После окончания измерений оторвите распечатку для последующей обработки результатов измерений. Обработка результатов измерений На записи, полученной с ЦПУ используются данные, зафиксированные в третьей строке распечатки каждого интервала. Согласно формулам рассчитать среднюю активность акустической эмиссии в неудароопасном массиве и в удароопасном массиве , используя при этом соответствующие записи. При этом число N соответствует числу записей, полученных в пределах соответствующего цикла.Получить значение критерия удароопасности  .На основании таблицы 1.1 определить категорию удароопасности массива, имитированную записями на магнитную ленту, и выбрать мероприятия по снижению удароопасности данного массива. |