способ определения влажности скоплений глины в выработанном пространстве крутопадающих пластов
Классы МПК: | G01V3/30 с использованием электромагнитных волн G01V3/12 с использованием электромагнитных волн |
Автор(ы): | Ткачев И.Г., Скакун А.П., Аксененко В.И. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-08-05 публикация патента:
20.05.1998 |
Использование: для повышения достоверности выявления и оконтуривания скоплений глины, опасных по прорывам в горные выработки, при разработке крутопадающих угольных пластов и рудных залежей, перекрытых на выходах глинистыми отложениями. Сущность изобретения: осуществляют электромагнитное просвечивание по многим направлениям контролируемого выработанного пространства пласта на частоте 20 - 100 кГц между скважинами, пробуренными в его кровле и подошве, и определяют эффективное удельное сопротивление (ЭС) обрушенных пород на трассах сигналов. По величинам ЭС определяют влажности We обрушенных глин на основании регрессионных зависимостей между ЭС и We, предварительно полученных при просвечивании эталонного участка (засыпанного той же глиной провала поверхности), на котором влажность глин устанавливается непосредственными измерениями. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ определения влажности скоплений глины в выработанном пространстве крутопадающих пластов, основанный на измерении характеристик электромагнитного просвечивания обрушенной глины на эталонном и контролируемом участках, включающий определение влажности глины на эталонном участке путем непосредственных измерений и установление на нем регрессионной зависимости между измеренными характеристиками электромагнитного просвечивания и влажностью глины, отличающийся тем, что в качестве эталонного участка принимают засыпанный той же глиной провал поверхности над контролируемым участком, электромагнитное просвечивание контролируемого и эталонного участков осуществляют между скважинами, пробуренными в породах кровли и почвы выработанного пласта, а влажность скоплений глины на контролируемом участке выработанного пространства определяют по измеренным характеристикам электромагнитного просвечивания и указанной регрессионной зависимости. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электромагнитное просвечивание контролируемого участка осуществляют при параллельном перемещении излучающего и приемного зондов в скважинах, пробуренных на всю высоту вышележащего отработанного этажа над подготавливаемым столбом или блоком. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что электромагнитное просвечивание контролируемого участка осуществляют при фиксированном расположении излучателя в нескольких точках одной скважины и перемещении приемника с заданным шагом по другой скважине. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что электромагнитное просвечивание контролируемого участка осуществляют при фиксированном расположении приемника в нескольких точках одной скважины и перемещении излучателя с заданным шагом по другой скважине. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве измеренных характеристик электромагнитного просвечивания используют удельное эффективное сопротивление обрушенной глины на трассе прохождения сигнала. 6. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что межскважинное электромагнитное просвечивание осуществляют на частотах в диапазоне 20 - 100 кГц.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для выявления и оконтуривания скоплений глины, опасных по прорывам в горные выработки, при разработке мощных крутопадающих угольных пластов и пластообразных рудных залежей, перекрытых на выходах связными глинистыми отложениями, обрушивающимися в выработанное пространство. Известен способ выявления наличия глины с повышенной влажностью в выработанном пространстве, применяемый при щитовой системе разработки угольных пластов, включающий бурение разведывательных скважин или шпуров из вентиляционного штрека в выработанное пространство и непосредственную оценку консистенции извлеченной глины, которая является опасной по прорывам, если весовая влажность We глины превышает ее влажность при пределе пластичности Wp на 3% и более [1]. Над подготавливаемым участком скважины бурят восстающими, сквозь угольный межэтажный целик, на погашенный откаточный штрек вышележащего горизонта, а над действующим забоем бурение шпуров осуществляют по простиранию, через межщитовой целик. В обоих случаях из-за трудностей сухого бурения по обрушенным породам, разведка охватывает только незначительную часть выработанного пространства вблизи вентиляционного штрека, на глубину 2-5 м (бурение с промывкой искажает фактическую консистенцию глины). Подавляющая часть выработанного пространства остается при этом недоступной для определения консистенции глины. Для обоснованного же применения весьма дорогостоящего основного мероприятия по предотвращению прорывов глины - принудительного обрушения боковых пород взрыванием мощных камерных или скважинных зарядов, осуществляемого на стадии подготовки выемочного участка, необходимо иметь данные о консистенции рыхлых глинистых пород во всем объеме вышележащего отработанного этажа высотой 80-120 м. В настоящее время, из-за отсутствия таких достоверных данных, меры предотвращения прорывов должны превентивно применяться на всем протяжении выемочных участков, отнесенных к опасным по прорывам глины по горно-геологическим факторам (мощность и угол падения пласта, мощность покровных глинистых отложений). Между тем известны геофизические способы опосредованного определения влажности рыхлых грунтов, основанные на сравнении характеристик проходящего или отраженного высокочастотного излучения на исследуемом участке и на эталонном участке с известной влажностью. Наиболее близким по технической сущности является [2], при котором используются характеристики радиолакационного сигнала, отраженного от контролируемого и эталонного участков почвы. Согласно указанному способу определяют регрессионные зависимости между интенсивностью отраженного сигнала и влажностью на эталонных участках, на которых объемный запас свободной влаги определяют путем непосредственных измерений, а объемный запас свободной влаги на контролируемом участке определяют по интенсивности отраженного от него радиолокационного сигнала и установленным регрессионным зависимостям. Однако этот способ не может дать достоверных и оперативных данных о влажности рыхлых глинистых пород при оценке консистенции обрушенных глин в выработанном пространстве. Как показывают исследования, при необходимых по горнотехническим условиям базах просвечивания порядка 15-45 м, СВЧ-методы не применимы из-за сильного поглощения влажными рыхлыми глинами излучаемого высокочастотного сигнала и быстрого снижения его амплитуды до фоновых значений по мере увеличения расстояния от излучателя до приемника. Повышение же мощности генератора при автономном его питании приводит к резкому увеличению массы комплекта переносной аппаратуры и к затруднениям в обеспечении искровзрывобезопасности, что имеет существенное значение в условиях угольных шахт. Задача изобретения - повышение оперативности и достоверности определения влажности глины для выявления в период подготовки выемочных участков на весьма мощных крутопадающих пластах наличия или отсутствия опасных ее скоплений во всем объеме выработанного пространства вышележащего отработанного этажа над подготавливаемым столбом или блоком и тем самым сокращение затрат ее мероприятия по предотвращению ее прорывов. Сущность изобретения заключается в следующем. На намеченном к выемке участке пласта, отнесенном к опасным по прорывам глины по горно-геологическим факторам, с помощью электромагнитного просвечивания между скважинами, пробуренными в породах кровли и почвы на всю высоту вышелажещего отработанного этажа, определяют влажность Wp обрушенных пород в различных точках выработанного пространства над подготавливаемым столбом. Для этого предварительно на эталонном участке, в качестве которого выбирают засыпанный той же глиной провал поверхности над контролируемым участком, определяют весовую влажность We глины путем непосредственных измерений и устанавливают регрессионную зависимость между значениями We и соответствующими измеренными характеристиками электромагнитного просвечивания. Влажность We скоплений глины на контролируемом участке выработанного пространства определяют по измеренным на нем характеристикам электромагнитного просвечивания и указанной регрессионной зависимости. Экспериментально установлено, что при просвечивании выработанного пространства, заполненного влажной глиной, оптимальный диапазон частот электромагнитного излучения для баз измерения порядка 15-45 м составляет 100-20 кГц. При более высоких частотах из-за вышеуказанного поглощения сигналов сокращается база измерений, а при более низких частотах снижается разрешающая способность метода в связи с уменьшением различий между амплитудами аномальных и нормальных сигналов, что затрудняет выявление аномалий поля, связанных с изменениями влажности среды. Схема осуществления предлагаемого способа изображена на фиг. 1, а на фиг. 2 представлен образец регрессионной зависимости между удельным эффективным сопротивлением![способ определения влажности скоплений глины в выработанном пространстве крутопадающих пластов, патент № 2111515](/images/patents/360/2111515/2111515-2t.gif)
![способ определения влажности скоплений глины в выработанном пространстве крутопадающих пластов, патент № 2111515](/images/patents/360/2111515/2111515-3t.gif)
![способ определения влажности скоплений глины в выработанном пространстве крутопадающих пластов, патент № 2111515](/images/patents/360/2111515/2111515-4t.gif)
![способ определения влажности скоплений глины в выработанном пространстве крутопадающих пластов, патент № 2111515](/images/patents/360/2111515/2111515-5t.gif)
![способ определения влажности скоплений глины в выработанном пространстве крутопадающих пластов, патент № 2111515](/images/patents/360/2111027/8805.gif)
Класс G01V3/30 с использованием электромагнитных волн
Класс G01V3/12 с использованием электромагнитных волн