книги / Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения

Рис. 8.21. Схема к методу непродольного профилирования с использованием метода преломленных волн

источником возбуждения и профилем наблюдения при этом методе ограничен размерами исследуемого участка и интенсивностью источ­ ника возбуждения.

Методы преломленных (МПВ) и отраженных (МОВ) волн (рис. 8.20) позволяют проследить преломляющие и отражающие гра­ ницы оконтуренной зоны нарушения. При расположении нарушения под углом 60—120° к выработке может быть использована методика непродольного профилирования с использованием преломленных волн (рис. 8.21). Непрерывная корреляция преломленных волн осложняется тем, что глубина до преломляющей границы вдоль ли­ нии профиля существенно меняется, в результате чего изменяется положение и протяженность участков прослеживания на разных участ­ ках профиля. Отсутствие резкой преломляющей границы в принятой модели нарушения приводит к недостаточно уверенному корреляци­ онному прослеживанию фаз преломленных волн, поэтому в МПВ

.широко используются системы нагоняющих годографов, которые позволяют осуществлять взаимную проверку годографов на пере­ крываемых участках. Таким образом полная корреляционная систе­ ма прослеживания преломленных волн должна дополняться нагоняю­ щими.годографами.

Системы наблюдений при непродольном профилировании по мето­ ду преломленных волн аналогичны системам непродольного профи­ лирования по методу проходящих волн, причем следует стремиться к регистрации преломленных волн на более ранних временах по срав­ нению с проходящими.

Расстояние между сейсмоприемниками на профиле выбирается исходя из соотношения

Ах = йуТ{%

где ак — кажущаяся скорость, м /с; Г — видимый период записи соот­ ветствующей полезной волны, с.

Практически для объектов, на которых производились измерения величины Ах для непродольных наблюдений изменялось от 10 до 30 м, а для продольных наблюдений до 5 м.

Существенное влияние на качество получаемых сейсмограмм ока­ зывают условия установки сейсмоприемников. Краевая часть уголь­ ного пласта, примыкающая к горной выработке, характеризуется наличием двух явно выраженных зон в скоростном отношении, т.е. имеется зона ослабленных пород, где скорость волны понижена и зона повышенных скоростей. Размеры этих зон зависят от многих причин, в том числе от физико-механических свойств пород, глубины залегания пласта, жесткости крепи и т.д. Ширина этих зон может быть определена различными методами, в том числе акустическим мето­ дом преломленно рефрагированных волн, позволяющим определять расстояние до максимума зоны опорного давления. Наиболее распро­ страненная глубина, за которой располагаются сейсмоприемники в горной выработке равна или больше 0,4—0,5 мощности пласта.

Для исключения влияния условий установки сейсмоприемника на характер сейсмограммы собственная частота системы сейсмопри­ емник—порода должна лежать за пределами частотного диапазона регистрации. По данным практики это достигается установкой сейс­ моприемника на выровненную площадку угольного пласта с помо­ щью быстротвердеющего цемента. Сейсмоприемник может распола­ гаться на пике, вбитой в дно шпура. В этом случае в диапазоне 150 — 500 Гц получается равномерная частотная характеристика.

Для уменьшения влияния этой зоны на характер сейсмограмм применяется группирование сейсмоприемников.

Несмотря на то, что группирование связано с применением боль­ шего числа сейсмоприемников в шахтной сейсморазведке и суще­ ственно усложняет организацию работ по установке сейсмоприемни­ ков на профиле, без его использования практически невозможно получение качественных сейсмограмм при высоком уровне помех, вызванном работой механизмов.

Группирование сейсмоприемников позволяет в значительной мере устранить недостаток метода веерного просвечивания, связанный с изменением соотношения между разными составляющими волнового интерференционного процесса при переходе от одной точки наблюде­ ния к другой.

Механические источники возбуждения волн как правило обеспе­ чивают получение качественных сейсмических записей в методике внутрипластового просвечивания МПВ до расстояний не более 100 м и не более 70 м в МОВ при низком уровне микросейсм, т.е. в отсут­ ствие технологических шумов.

Поэтому при высоком уровне технологических шумов в шахтной сейсморазведке преимущественно используются взрывные источники возбуждения волн, при этом масса заряда как правило не превышает 100 г, так как больший заряд приводит к более низкочастотной запи­ си, что может привести к появлению ложной аномалии при обработке сейсмограмм.

до 0,1 мг-экв. радия и работать с прибором без специальной защиты. Методические исследования, выполненные в лабораторных и шахтных условиях (шахты ’’Южная” и им. Артема, Восточный Дон­ басс) показали, что гамма-метрический метод с применением создан­ ного прибора может быть рекомендован для использования в уголь­ ных шахтах. Для шахт, опасных по газу и пыли, прибор должен быть

изготовлен в искровзрывобезопасном исполнении.

Главная сложность для получения численных значений напряжен­ ного состояния заключается в том, что пока еще не накоплено доста­ точно большого объема экспериментальных данных и на каждом шахтопласте необходима тарировка прибора. Это объясняется тем, что плотность углей различных пластов не одинакова, а соотношение напряженного состояния и плотности углей изменяется с изменением уровня действующих напряжений и состояния углей (допредельное

ипредельное). Одинаковое изменение напряженного состояния на различном расстоянии от забоя не вызовет одинакового изменения интенсивности рассеянного гамма-излучения.

Можно рекомендовать следующий порядок тарировки прибора.

1.С откаточного штрека впереди лавы за пределами влияния очистных работ по угольному пласту бурится три параллельных шпу­ ра на расстоянии 0,7—1,0 м друг от друга. Длина шпуров должна позволять достигнуть зоны напряжений, близких к уН.

2.В средний шпур вставляется гидравлический датчик и по из­ вестной методике производится наблюдение за изменением напряжен­ ного состояния по мере приближения лавы.

3.Два других шпура во избежание их разрушения горным давле­ нием закрепляются обсадными трубами.

4.Во время снятия показаний по гидравлическим датчикам про­ изводится измерение интенсивности рассеянного гамма-излучения в обоих шпурах, — без коллимации и с коллимацией источника вверх N0, вниз Nieo, влево N210, вправо N9Q, а также в направлениях N4S и N22S (индекс указывает направление в градусах). Данный по двум шпурам усредняются. Наблюдения продолжаются до подхода лавы к шпурам.

5.Строятся эпюры горного давления по гидравлическому датчику

иэпюры интенсивности рассеянного гамма-излучения в зависимости от расстояния до лавы и по ним определяются переходные коэффи­ циенты от интенсивности гамма-излучения к напряженному состоя­ нию.

Тарировку следует проводить в. той же пачке угольного пласта, в которой будут выполняться измерения в лавах. Следует выбирать наиболее однородные угольные пачки. Расстояние от шпура до пород кровли, почвы или породного прослойка не должно быть менее 150 мм. Для получения более надежных тарировочных данных, тари­ ровку прибора следует выполнить в 3—5 точках угольного пласта.

Для измерения напряженного состояния угольных пластов в лаве бурят шпуры диаметром 44 мм. Длина шпуров, их число в лаве и расстояние между ними определяются задачей исследований. Измере­ ния можно выполнять как в обсаженных трубами шпурах, так и в не

обсаженных. Следует стремиться, чтобы зазоры между стенками шпу­ ров и зондом были минимальными и в то же время не препятствова­ ли продвижению зонда в шпуре. Толщина стенок обсадных труб должна быть одинаковой по всей их длине.

Гильза зонда прибора с помощью стержня-удлинителя вставляется

вшпур до его забоя, а затем с шагом в 10—20 см измеряется ско­ рость счета рассеянного гамма-излучения в течение одной минуты. Высокая стабильность показаний прибора позволяет выполнить в каждой точке по 1—2 замера скорости счета. При необходимости измерения выполняются как с коллиматором, так и без коллимато­ ра. При работе с коллиматором измерения следует выполнять при шести положениях зонда, ориентирующим излучение вверх, вправо, вниз, влево и в направлениях NAS, N22S.

Гидравлический датчик, используемый для тарировки прибора, позволяет определять среднюю величину напряжений, действующих

вплоскости, перпендикулярной к оси датчика (шпура). Для разделе­ ния их на составляющие предлагается следующая методика.

Определяется переходной коэффициент от скорости счета рассе­ янного гамма-излучения к напряжениям :

где <7д — напряжения в массиве, измеренные гидравлическим датчи­ ком; Nc = (N0 + N90 + NlS0 + N%no)/4 — средняя скорость счета рассе­ янного гамма-излучения.

Строит. ; i рафик зависимости коэффициента С от расстояния до забоя ЛиБЫ .

Определяется отношение напряжений

Для получения эллипсоида напряжений такие измерения необхо­ димо выполнить в трех взаимно перпендикулярных шпурах.

Метод измерения напряжений по деформациям упругого после­ действия основан на способности горных пород деформироваться не­ которое время после снятия с них нагрузки. Деформации упругого последействия иначе называют обратной ползучестью.

Горные породы, будучи телами многофазными и полиминеральными, имеют компоненты, обладающие как упругими, так и вязкими свойствами. Среда, склонная к упругому последействию изображает­ ся так называемым телом Кельвина (рис. 9.2), представляющим со­ бой параллельное соединение упругого тела Гука (пружина) и вязко­ го тела Ньютона (поршень в стакане с вязкой жидкостью). Многие

Деформация за какой-то промежуток времени t2— после осво­ бождения тела Кельвина от нагрузки

Представления для одноосных напряжений и деформаций можно распространить на изотропные компоненты объемного напряженного состояния. 1

В этом случае среднее напряжение р = - g - (а1 + а2 + а3 ) можно выразить как

Таким образом, для того чтобы определить величину напряжений в массиве, а также модуль сдвига и вязкость последействия горных

деформаций упругого последействия; по формуле (9.13), используя экспериментальные данные и кри­

вую объемных деформаций упругого последействия, определить р, К

и ?;

от общей деформации в искомом направлении Девычесть де- 1

формацию объемного расширения ~д"е» и, получив Де0 по форму­

ле (9.10), определить девиатор напряжений а0 ; к найденному значению о0 прибавить составляющую шарового

тензора напряжений р. Это и будет искомая величина напряжений, действующих на породу в массиве до момента ее разгрузки в направ­ лении измерений.

Теоретические разработки метода измерений напряженного со­ стояния по деформациям упругого последействия позволяют созда­ вать самуюч.разнообразную аппаратуру, в частности создан прибор ПООП — прибор определения обратной ползучести (рис. 9.4).

Для того, чтобы определить направление главных напряжений в массиве по деформациям обратной ползучести по кернам скважин,