Определение напряженного состояния массива горной выработки
У статті виконанім аналіз геофізичних методів і запропонований спосіб контролю напруженого стану гірського масиву заснований на реєстрації пасивного сейсмоакустичного та електромагнітного випромінювання, з подальшою обробкою одержаної інформації по спеціальному алгоритму. In article the analysis of...
Saved in:
| Published in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Date: | 2005 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2005
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190025 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Определение напряженного состояния массива горной выработки / А.И. Спожакин, О.В. Бакаев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 179-184. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859676130589540352 |
|---|---|
| author | Спожакин, А.И. Бакаев, О.В. |
| author_facet | Спожакин, А.И. Бакаев, О.В. |
| citation_txt | Определение напряженного состояния массива горной выработки / А.И. Спожакин, О.В. Бакаев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 179-184. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | У статті виконанім аналіз геофізичних методів і запропонований спосіб контролю напруженого стану гірського масиву заснований на реєстрації пасивного сейсмоакустичного та електромагнітного випромінювання, з подальшою обробкою одержаної інформації по спеціальному алгоритму.
In article the analysis of geophysical methods is executed and the way of the control of an intense condition of a hills based on registration of passive seismo-acoustic and electromagnetic radiation, with the subsequent processing the received information is offered to special algorithm.
|
| first_indexed | 2025-11-30T16:16:31Z |
| format | Article |
| fulltext |
Прогноз и управление состоянием горного массива
О П РЕ Д Е Л Е Н И Е Н А П Р Я Ж Е Н Н О Г О С О С Т О Я Н И Я М АССИВА
ГОРНОМ В Ы РА Б О Т К И
к.т.н. С пож акин А.И. (ИФГП НАН Украины), инж. Б ак ае в О .Б . (Донбас
ский государственный технический университет)
У статт / виконании анал(з геофпичних методгв г запропонований спосгб
контролю напруженого стану ггрського масиву заснований на реестраци паси-
вного сейсмоакустичного та електромагштного випромгнювання, з подальшою
обробкою одержаноI ЫформацИ по спец1альному алгоритму.
вЕ Р Ш К Й С Ж О Р АN И М Т Е ^Е С О N Ш ТIО N О Р А Г1БЕ ОГ
М О Ш Т А Ш ПЕУЕЕОРМЕ1ЧТ(МАГМИРАСТ1ЖЕ)
8 р о х Ь ак т А.1., Вакауеу О.В.
!п агИЫе 1ке апафзьз о / %еоркуз1са1 те1койз 1$ ехеси1ес1 апй 1ке \хау о / 1ке
соп(го! о / ап .л1еп$е сопсИИоп о / а кШз Ьазед. оп ге%1з!гаИоп о/раззгхе з«кЧТП0-
асоизИс апй е!ес1гота%пеИс гасНайоп, и>Ик 1ке зиЪзериеЫ ргосеззт% 1ке гесеххед
т/огтаНоп /з о/фегес! 1о зрес1а1 а1§огШгт.
Современное развитие угледобывающей промышленности не
разрывно связано с освоением и разработкой месторождений на больших
глубинах в сложных горногеологических и горнотехнических условиях.
Постоянное возрастание глубины разработок осложняется увеличе
нием шахтопластов, склонных к газодинамическим явлениям, что служит
одной из причин снижения дальнейшего роста добычи угля.
При разработке месторождений непрерывно изменяется горногеоло
гическая и горнотехническая ситуация, которая обуславливает необходи
мость непрерывного контроля напряженного состояния краевой зоны уг
лепородного массива. Известно, что параметры краевой зоны, рас
пределение и величина напряжений в ее пределах, их изменение во време
ни и пространстве определяют геомеханические и газодинамические про
цессы: отжим угля, конвергенцию боковых пород, внезапные обрушения и
высыпания, горные удары, выбросы угля и газа и обычное газовыделение,
сопровождающ ие разработку полезного ископаемого [1 4].
Состояние краевой зоны, зависящее от физико-механических
свойств угля и вмещающих пород и их напряженно-деформированного со
стояния, определяют также параметры технологических процессов, в част
ности скорость процесса выемки полезного ископаемого или процесса раз
рушения при проведении подготовительных и капитальных выработок.
При ведении очистных работ призабойная часть угольного пласта
испытывает дополнительные периодические нагрузки от зависания и раз
рушения пород кровли. В этой связи изменяются условия перераспределе
ния напряжений, вызванные подвиганием угольного забоя, происходит
179
хрупкое разрушение угля, сопровождающееся выделением энергии в ши
роком спектре частот.
Таким образом, краевая часть пласта служит своеобразным датчиком
изменения во времени горного давления в рабочем пространстве горной
выработки, а носителем достаточно полной и достоверной информации, на
наш взгляд, является электромагнитная и акустическая эмиссия.
В последние годы, как на Украине, так и за рубежом, находят все б о
лее широкое применение геофизические методы оценки состояния указан
ной зоны, поскольку обеспечивают непрерывность контроля массива гор
ных пород [5-8].
Периоды повышенного уровня эмиссии, отмечаемые при подвигании
забоя, характеризуют усиление процессов трещинообразования. Частота по
явления аномальных акустических режимов, их интенсивность и продолжи
тельность зависят от горно-геологических и горнотехнических условий ве
дения очистных работ. Следовательно, исследование акустических режи
мов позволяет производить оценку характера процесса трещинообразова
ния в аномальных и спокойных зонах, степень влияния различной техноло
гии выемки угля на перераспределение напряжений, и установить связь
между изменением состояния массива и процессом воздействия на него.
Основой большинства способов безопасного ведения горных работ
является определение зон углепородного массива с аномальными процес
сами трещинообразования. Однако процесс выделения таких зон трудо
емок и содержит достаточно высокий элемент субъективности.
Поэтому поиск новых методов и средств контроля, органически впи
сывающихся в технологический процесс и позволяющих при простоте ме
тодики измерений и интерпретации результатов, экспрессное™ и хорошей
информативности, решать сложные производственные задачи, является ак
туальной задачей.
На данный момент накопился довольно обширный материал по воз
никновению электромагнитной эмиссии (ЭМ И) при хрупком разрушении
твердых гел [9-11]. Это и лабораторные исследования, и исследование
природных явлений [12]. При этом, в частности, рассматривается структу
ра ЭМИ, его спектральные и амплитудные характеристики, анализируются
статистические зависимости. Недостатком является го, что эти работы, как
и все, предыдущие, рассматривают только лишь ЭМИ, оставляя без вни
мания сопровождающую разрушение сейсмоактивность.
Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в
нашей стране и в частности, в лаборатории горной геофизики Дон1 ТУ, по
зволили обнаружить связь между сейсмоакустической и электромагнитной
эмиссией при структурных перестройках в горном массиве, а также изу
чить спектры излучения для различных горных пород. В результате экспе
римент ал! ных исследований установлено, что:
• интенсивность сейсмоакустической и электромагнитной эмиссией рас
тет с ростом деформационных нагрузок на горную породу;
• коэффициент корреляции между сейсмоакустической и элек-
Прогноз и управление состоянием горного массива
180
тромагнитной эмиссией, для ра?личных горных пород, лежит в преде
лах 0 ,75 ...0 ,86 ;
• спектр излучения находится в пределах от 0 ,0 5 ... 12МГц.
На основании проведенных работ был разработан новый способ и
средства по обнаружению зон с повышенной концентрации напряжений в
горном массиве, в основе которого лежит комплексная регистрация сейс-
моакустической и электромагнитной эмиссии, и обработка ее по соответ
ствующему алгоритму [13-19].
На рис .1 представлена схема установки прибора ь горной выработке
а на рис .2 структурная схема прибора.
Прогноз и управление состоянием горного массива
Рис 1 Установка прибора в горной выработке.
В горной выработке на расстоянии порядка не более одного метра от
поверхности забоя, устанавливают широкополосную электромагнитную
антенну, соединенную с приемником электромагнитных сигналов. Геофон
с предусилителем внедряют на глубину 0,5м для регистрации сейсмоаку-
стических сигналов, причем пространственные оси диаграмм направлен
ности широкополосной пеленгационной антенны и геофона совмещают и
ориентируют в нужном направлении. Одним из известных способов пред
варительно определяют скорость распространения сейсмоакустического
сигнала (САС) и задают максимальный размер зоны оценки, а также оп
ределяют время распространения САС от конца зоны оценки до пункта
приема.
После этого рассчитывают максимально допустимую частоту следо
вания сейсмоакусл ических и электромагнитных сигналов по формуле
Р=1/Т (1)
181
Прогноз и управление состоянием горного массива
Рис. 2. Структурная схема прибора: 1 - приемник сейсмоакустиче-
ских сигналов; 2 - усилитель акустического канала; 3 - дискриминатор аку
стического канала, 4 - блок формирования уровня дискриминации САС; 5 -
формирователь сигналов акустического канала; 6 - широкополосная пелен
гационная антенна; 7 - приемник электромагнитных сигналов; 8 - дискри
минатор электромагнитного канала; 9 - блок формирования уровня дис
криминации ЭМС; 10 - формирователь сигналов электромагнитного кана
ла; 11 - клавиатура; 12 - дисплей; 13 - канал акустического сигнала; 14 -
канал электромагнитного сигнала.
Далее задают минимально возможные пороговые уровни цискрими
наторов 3, 8 таким образом, чтобы частота следования как электромагнит
ных, так и сейсмоакустических сигналов не превышала максимально до
пустимую частоту Р. После этого запускают программу регистрации и об
работки сигналов ЭМС и САС.
Алгоритм программы обработки сигналов построен гаким образом,
что для каждой прошедшей дискриминацию пары сигналов, определяет, я
интервал времени запаздывания САС относительно ЭМС. Измерения осу
ществляют с помощью контроллера. Запуск подпрограммы определения
182
интервалов времени осуществляется передним фронтом электромагнитнс
го сигнала. Остановка цикла измерения осуществляется либо сейсмоак)
стическим сигналом, прошедшим дискриминатор, либо таймером при от
сутствии САС. Причем таймер выдает сигнал, соответствующий приход
сейсмоакустического сигнала с конца зоны оценки. Запуск таймера осуще
сгвляюг по переднему фронту ЭМС. По окончании цикла измерения ин
тервала времени формируется элемент матрицы - количество сигналов 1
заданном интервале времени.
Регистрацию продолжают до тех пор, пока не истечет заданное вре
мя исследования зоны оценки. Информация о распределении количества
сигналов в заданных интервалах времени запаздывания САС относительно
ЭМС отображается на дисплее прибора виде гистограммы, где по оси X
отображается длина зоны оценки от поверхности забоя, а по оси V интен
сивность излучения в заданном интервале.
По максимальной интенсивности определяют местоположение зоны
с повышенной концентрацией напряжений.
Предварительные испытания методики и аппаратуры, проведенные в
очистных и подготовительных выработках ряда шахт ПО "Луганскуголь" и
"Стахановуголь" показали перспективность способа при оперативной
оценке напряженного состояния горного массива.
С П И С О К Л И Т Е РА Т У Р Ы
1. Х одот В.В. , Куликов А.П. Современное состояние работ по борьбе с
внезапными выбросами угля и газа в угольных шахтах СССР. М., ИГД им.
А .А Скочинского, 1964.
2. Борисов А .А. Механика горных пород и массивов - М. Недра, 1980
360 с.
3. Горное давление в подготовительных выработках угольных ш»хт /
И.Л. Давидович, П.П. Бажин, Ю.П. Коренной и др.-М : Недра, 197 I 288с
4. Борисов А .А. Механика горных пород. - Л.. изд.ЛГИ, 1968 101 с.
5. Анцыферов М.С. Сейсмоакустические наблюдения на выбросоопасных
пластов в комплексе с исследованием их напряженного состояния. М.
ИГД им. А .А . Скочинского, 1964.
6 . Анцыферов М.С. Сейсмоакустическая аппаратура и возможности при
менения для контроля горного давления. - В сб. «Методы и приборы для
изучения 1 орного давления». М ., «Недра» 1964.
7. Анцыферов М .С., Санталова Т.П., Лавров И.М., Анцыферова Н.Г. С о
поставление сейсмоакустических наблюдений с абсолютными измерения
ми горного давления на выбросоопасном пласте Донбасса. - В сб. «Руд
ничная аэрология и безопасность горных работ», (науч. сообщ ., вып. 1 2 1 ).
М., ИГД им. А .А . Скочинского, 1974, с. 36-40.
8 . Анализ кинетики акустической и электромагнитной эмиссии при д е
формации горных пород / Булат А.Ф .., Хохолев В.К., Приходченко В .Л .//
Инж. геол. - 1990. - № 4. - с 68-74.
Прогноз и управление состоянием горного массис
9. Егоров П.В., Корнейчиков В.П. Выявление в массиве зон повышенных
напряжений по локальному электромагнитному излучению. - В кн. М ею
дология измерения напряжений в массиве горных пород - Новосибирск
1978, с 106-111.
10.Исследование ЭМ излучения при изменении напряженного состояния
песчаника - Добыча угля подземным способом: Науч. - техн. реф. Сб. /
ЦНИЭИуголь. - 1985. - Вып. 3. - 19,20.
11.Бакаев О.В. Регистрация электромагнитной эмиссии в широком спектр/
часа от.// Горная геофизика. Всесоюзный научный семинар по горной гео
физике: Тезисы докладов, Батуми - 1985. - С.48.
12.Ардашев К. А., Ахматов В. И., Катков Г. А. Методы и приборы для ис
следования проявлений горного давления. - М.: Недра, 1981 .-129 с.
13.А.с. 1543076 СССР, М КИ ! кл. Е 21С 39/00. Способ оценки напряженно
го состояния массива горных пород./ Бакаев О.В. Заявлено 31.03.88;
Опубл. 15.02 90. Бюл. № 6 .
14.Патент УкраТни № 11357 Е21С39/00. С пособ оцшки напруженого стану
масива прничих пород/ Бакаев О. В.;Опуб. 25.12.96, Бюл. № 4.
15.А.с. 1645512 СССР, МКИ3 кл. Е 21С 39/00. Способ оценки напряженно
го состояния массива горных пород./ Бакаев О.В. Заявлено 11.04.54,
Опубл. 30.04.91, Бюл. № 16.
16.Патент УкраУни .№ 1 1355 Е21С39/00. Пристрш для оцшки напруженого
стану масива прничих пород/ Бакаев О. В.;Опуб. 25.12.96, Бюл. № 4.
17. Прибор геофизического контроля горного массива./ Научно - техниче
ские разработки КГМИ./ Каталог. Редакционно-издательский отдел об-
луправления по печати. — 1991.
18.Геофизический прибор «Лугань - 001»./ Научно - технические разра
ботки КГМИ./ Каталог. Редакционно-издательский отдел облуправления
по печати. - 1991.
19.Приемник электромагнитного излучения ПЭМ И-2РМ ./ Научно — техни
ческие разработки КГМ И./ Каталог. Редакционно-издательский отдел об
луправления по печати. - 1991.
Прогноз и управление состоянием горного массива
184
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-190025 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-1771 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T16:16:31Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Спожакин, А.И. Бакаев, О.В. 2023-05-17T14:12:50Z 2023-05-17T14:12:50Z 2005 Определение напряженного состояния массива горной выработки / А.И. Спожакин, О.В. Бакаев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 179-184. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190025 У статті виконанім аналіз геофізичних методів і запропонований спосіб контролю напруженого стану гірського масиву заснований на реєстрації пасивного сейсмоакустичного та електромагнітного випромінювання, з подальшою обробкою одержаної інформації по спеціальному алгоритму. In article the analysis of geophysical methods is executed and the way of the control of an intense condition of a hills based on registration of passive seismo-acoustic and electromagnetic radiation, with the subsequent processing the received information is offered to special algorithm. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Прогноз и управление состоянием горного массива Определение напряженного состояния массива горной выработки Definition of an intense condition of a file of mountain development (manufacture) Article published earlier |
| spellingShingle | Определение напряженного состояния массива горной выработки Спожакин, А.И. Бакаев, О.В. Прогноз и управление состоянием горного массива |
| title | Определение напряженного состояния массива горной выработки |
| title_alt | Definition of an intense condition of a file of mountain development (manufacture) |
| title_full | Определение напряженного состояния массива горной выработки |
| title_fullStr | Определение напряженного состояния массива горной выработки |
| title_full_unstemmed | Определение напряженного состояния массива горной выработки |
| title_short | Определение напряженного состояния массива горной выработки |
| title_sort | определение напряженного состояния массива горной выработки |
| topic | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| topic_facet | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190025 |
| work_keys_str_mv | AT spožakinai opredelenienaprâžennogosostoâniâmassivagornoivyrabotki AT bakaevov opredelenienaprâžennogosostoâniâmassivagornoivyrabotki AT spožakinai definitionofanintenseconditionofafileofmountaindevelopmentmanufacture AT bakaevov definitionofanintenseconditionofafileofmountaindevelopmentmanufacture |