Способ определения внутренней системы трещин массива горных пород
METHOD FOR DETERMINING INTERNAL SYSTEM OF CRACKS OF ROCK MASS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при геометризации недр для целей районирования карьерных и шахтных полей, геологической разведки и доразведки месторождений на основе качественной и количественной оценки параметров трещиноватости горных пород.
Известен способ определения элементов залегания трещин, а именно азимутов и углов падения трещин геологическим (горным) компасом (патент РФ №2056644), по результатам которых выявляют магистральный рудоконтролирующий разлом (МРР) и сопряженные с ним разрывные системы скола и отрыва. Тип МРР определяют на круговых диаграммах трещиноватости, построенным по замеренным элементам залегания трещин с учетом приуроченности положительных люменометрических аномалий в зонах содизъюнктивного растяжения. Строят уточненную объемную модель рудного поля с определением эрозионного среза, выходящего на поверхность структурно-тектонической ловушки, соответствующей рудовмещающей зоне, а также модель расположения и глубины местонахождения второй, скрытой структурно-тектонической ловушки.
Недостатками способа являются большой объем полевых работ, а именно у большого количества трещин геологическим компасом измеряются углы падения и азимуты трещин, и трудоемкость обработки таких измерений.
Известен способ определения элементов залегания трещин (Справочник по маркшейдерскому делу / Под ред. проф. Омельченко А.Н. - 4-е изд., перераб. и доп. - М., Недра, 1979, с. 424-425). На участке обнажения трещин производят измерения элементов залегания трещин (азимута и угла падения трещин, расстояние между трещинами, раскрытие трещин). Такие измерения в пределах выбранного участка производят для 80-120 трещин. Измерение азимута и угла падения трещин производят горным (геологическим) компасом, расстояния между трещинами и их раскрытие - линейкой, рулеткой. В случае наличия магнитных масс для определения ориентировки трещин (азимута простирания плоскости трещин) используют угломерные приборы, основанные на принципе измерения углов между плоскостью трещины и каким-либо характерным направлением, азимут которого известен: простиранием пласта, направлением горной выработки и т.п. (Любич Г.А., Мишин Н.И. Методы изучения трещиноватости с целью оценки горно-геологических условий отработки угольных пластов. Л., 1988, с. 28-31).
К недостаткам этого способа относится большой объем измерений в полевых условиях и трудоемкость обработки результатов полевых измерений, а также недостаточную достоверность.
Известен способ определения элементов залегания трещин (патент РФ №2312377, опубл. 10.12.2007, бюл. №34). Сущность изобретения состоит в том, что участок обнажения трещин фотографируют в плоскостях простирания трещин и в плоскостях их падения. При съемке в пределах снимаемых кадров помещают крестообразный базис для дальнейшей ориентировки и калибровки растровых изображений снимков, которые оцифровывают и в таком виде используют для построения 3D модели распределения трещин в пространстве. Измерения азимутов, углов падения и линейных параметров трещин производят в этой 3D модели, параллельно формируют базы данных для получения статистико-вероятностных моделей распределения трещин, используемых при прогнозе влияния структурного строения горных пород на технологию разработки, устойчивость выработок, распространение полезного ископаемого в недрах.
Недостатком данного способа является недостаточная точность из-за возможности пересыпания трещин и невозможности их визуального отслеживания.
Известен способ определения наличия интервалов трещин и их характеристик в пластах, пересекаемых скважиной (патент РФ №2599650, опубл. 10.10.2016, бюл. №28). Проводят исследование пласта различными геофизическими приборами с построением кривых нейтронного гамма каротажа (НГК), гамма каротажа (ГК), кривых кажущегося сопротивления (КС), потенциала самопроизвольной поляризации (ПС). Определяют наличие трещин по наличию синхронных экстремумов, где синхронные отклонения ГК и ПС в сторону минимальных значений, КС - в любую сторону экстремума -открытые трещины. Синхронные отклонения ГК и ПС в сторону максимальных значений, КС - в сторону минимальных значений - закрытые трещины.
Недостатком способа являются высокая стоимость и продолжительность исследований.
Известен способ определения систем трещин на обнажениях, включающий измерение трещин каждой системы горным компасом, складным метром или стальной линейкой (Рац М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. - М.: Недра, 1970, 160 с.).
Недостатком способа является то, что измерениям доступны не все системы трещин, входящие в пространственную сеть трещин, что не позволяет создать модель сформированных породных блоков.
Известен способ определения внутренней системы трещин на обнажениях, принятый за прототип (патент РФ №2511422, опубл. 10.04.2014 г., бюл. №10). Способ включает замер азимутов простирания трещин и азимутов падения плоскостей трещин. Недоступную для непосредственных измерений характеристику системы трещин, находящуюся внутри массива горных пород, определяют по замерам обнаженных открытыми горными работами плоскостей, входивших в эту систему трещин до обнажения. Замеры ведут только тех плоскостей, которые не являются плоскостями отрыва при ведении взрывных работ или работ горной техники. Это определяют по налету на плоскостях окислов железа, других элементов или остатков заполнителей трещин.
Недостатком данного способа являются высокие трудозатраты, низкая информативность и высокая вероятность получения недостоверного результата.
Техническим результатом изобретения является снижение трудозатрат, повышение информативности и минимизация вероятности получения недостоверного результата.
Технический результат достигается тем, что в способе определения внутренней системы трещин массива горных пород, включающем определение расположения трещин и определение азимутов падения плоскостей трещин, определяющих системы трещин, входящих в пространственную сеть трещин, согласно изобретению, составляют проект на производство буровых и взрывных работ, бурят скважины в массиве горных пород, замеряют координаты устьев скважин, их глубину и наклон, устанавливают в трех или более скважинах измерительные кабели для определения скорости детонации взрывчатого вещества по длине заряда, устанавливают промежуточные детонаторы, заряжают взрывчатое вещество в скважины, монтируют поверхностную взрывную сеть, подключают измерительные кабели к регистрирующему устройству, производят взрывание, а недоступную для непосредственных измерений характеристику системы трещин, находящуюся внутри массива горных пород, определяют по участкам экстремума диаграмм скоростей детонации взрывчатых веществ по трем и более скважинам, причем место расположения трещин определяют по оси диаграммы длина заряда, а раскрытость трещин определяют по оси диаграммы время, после чего полученные значения интерпретируют в 3D модель распределения трещин на участке ведения взрывных работ, производят построение места расположения плоскостей трещин и уровня их раскрытости, определяют углы падения трещин, а также расстояния между системами трещин путем измерений в 3D модели с формированием базы прогнозных данных распределения трещин в окружающем массиве горных пород.
Технический результат достигается также тем, что в качестве измерительного кабеля используют коаксикальный кабель.
Технический результат достигается также тем, что в качестве измерительного кабеля используют оптическое волокно.
Способ определения внутренней системы трещин массива горных пород поясняется рисунком, где на фиг. 1 показана принципиальная схема диаграммы скорости детонационной волны для одного скважинного заряды, полученная при замерах с использованием, например, коаксиакального или оптоволоконного кабеля, совмещенная с принципиальной конструкцией заряда взрывчатого вещества, где:
1 - заряд взрывчатого вещества, размещенный в скважине 8;
2 - промежуточный детонатор, установленный в заряде 1;
3 - средство передачи импульса детонации от взрывной машинки, например, волновод неэлектрической системы инициирования;
4 - взрывная машинка;
5 - измерительный кабель для определения скорости детонации, например, коаксикальный;
6 - регистрирующий прибор для определения скорости детонации;
7 - трещины в массиве горных пород;
8 - скважина, пробуренная в массиве горных пород;
9 - график зависимости, построенный на основании замера скорости деформации измерительного кабеля при прохождении детонационной волны по заряду 1;
L - длина заряда 1 взрывчатого вещества;
t - время прохождения детонационной волны по заряду 1;
1
2
3
L, L, L - интервалы трещин 7 в массиве горных пород;
1
2
3
t, t, t - раскрытость трещин 7 в массиве горных пород.
1
2
3
1
2
3
Способ определения внутренней системы трещин массива горных пород осуществляют следующим способом. Составляют проект на производство буровых и взрывных работ, бурят по проекту скважины 8 в массиве горных пород. Замеряют координаты устьев скважин 8, их глубину и наклон с использованием точной маркшейдерской аппаратуры. Устанавливают в трех или более скважинах 8 измерительные кабели 5 для определения скорости детонации взрывчатого вещества по длине заряда 1. Устанавливают в каждой скважине 8 в соответствии с проектом промежуточные детонаторы 2. Заряжают взрывчатое вещество в скважины 8 с формированием зарядов 1. Монтируют поверхностную взрывную сеть в соответствии с проектом. Подключают измерительные кабели 5 к регистрирующему устройству 6 для определения скорости детонации. После вывода техники и людей производят взрывание. Недоступную для непосредственных измерений характеристику системы трещин, находящуюся внутри массива горных пород, определяют по участкам экстремума диаграмм скоростей детонации взрывчатых веществ по трем и более скважинам 8. Суть измерений заключается в определении экстремумов (как правило - минимумов) временных интервалов на графиках скоростей детонационной волны по зарядам взрывчатых веществ 1. В каждом заряде 1 взрывчатого вещества исследуемой группы из трех или более скважин по всей его длине от промежуточного детонатора 2 (начало инициирования) до устья скважины размещается измерительный кабель 5, который присоединяется к регистрирующему прибору 6 для определения скорости детонации посредством измерительного кабеля 5, например, коаксиального или оптоволоконного кабеля. При взрыве по мере прохождения детонационной волны длина измерительного кабеля 5 уменьшается и, соответственно, изменяется сопротивление кабеля 5. Регистрирующий прибор 6 непрерывно измеряет изменение величины сопротивления электрической цепи (или оптоволоконной сети) и записывает во встроенную память. Регистрирующий прибор 6 фиксирует событие (взрыв каждого скважинного заряда) в виде цифрового файла - таблицы «время - величина сопротивления» с возможностью расшифровки на персональном компьютере в виде диаграммы «длина заряда -время» с автоматическим вычислением скорости детонации, определением временного интервала между событиями, места и продолжительности события. Место расположения трещин 7 в массиве горных пород определяют по оси диаграммы длина заряда L, а раскрытость трещин определяют по оси диаграммы время t. Например, по фиг. 1 - L, L, L интервалы трещин 7 в массиве горных пород, определенные по диаграмме, a t, t, t - раскрытость трещин 7 в массиве горных пород. Затем полученные значения интерпретируют в 3D модель распределения трещин на участке ведения взрывных работ с использованием предварительно полученных фактических данных маркшейдерских замеров. Затем производят построение места расположения плоскостей трещин и уровня их раскрытости, определяют углы падения трещин, а также расстояния между системами трещин путем измерений в 3D модели с формированием базы прогнозных данных распределения трещин в окружающем массиве горных пород.
Применение данного способа определения внутренней системы трещин массива горных пород обеспечивает следующие преимущества:
- снижение трудозатрат на определение трещиноватости массива горных пород;
- повышение информативности за счет прямых замеров в массиве;
- минимизация вероятности получения недостоверного результата.