ВНУТРИСКВАЖИННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОН ПОВРЕЖДЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
DOWNHOLE METHOD OF DETERMINING ZONES OF ROCK DAMAGE

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.
Известны способ оценки предельного напряженного состояния горных пород и устройство для его осуществления, включающий бурение скважин из горной выработки, измерение смещений пород через определенный момент времени с помощью деформометра и интерпретацию замеров [Патент RU 2106493 С1, М.Кл. Е21С 39/00 от 26.09.1995 г.].
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость проведения измерений, наличие громоздкого математического аппарата, специального оборудования и сложной интерпретации результатов.
Известен способ определения неоднородностей массива горных пород, заключающийся в бурение шпура на контролируемом участке, досылке датчика в шпур, осуществлении измерений физического параметра при двух значениях величины измерительной базы, при этом о неоднородности массива судят по отношению измеренных значений физического параметра при начальном и повторном измерении [Патент SU 1794253 «Способ определения неоднородностей массива горных пород», кл. Е21С 39/00, 1985].
Известен также способ определения главных нормальных напряжений в массиве, заключающийся в том, что с поверхности выработки в трех ортогональных плоскостях бурят три параллельных шпура по схеме прямоугольной розетки скоростей, в них спускают на равные глубины датчики ультразвуковых волн, определяют скорости распространения продольных волн между каждой парой датчиков и по максимальным и минимальным значениям скоростей определяют ориентацию эллипса скоростной анизотропии, при этом направление длинной оси эллипса принимают одинаковым с направлением максимального главного напряжения. Используя тарировочные зависимости между скоростью распространения упругих волн и напряжением, полученные с применением метода разгрузки, вычисляют главные нормальные напряжения (Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982, с. 140-151). Недостатком данного способа является высокая трудоемкость проведения измерений и сложность обработки полученных данных измерений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выявления сейсмически опасного горного массива, включающий керновое бурение скважин, извлечение керна и оценку характера разрушения кернов скальных пород. Способ применяется для определения удароопасности участков горного массива в горных выработках [см. «Указания по безопасному ведению горных работ при строительстве и эксплуатации шахт на месторождениях Североуральского бокситового бассейна, подверженных горным ударам», Ленинград, ВНИМИ, 1988, с. 62-64 (прототип)].
Недостатком данного способа являются большие трудозатраты для его реализации, кроме того, при определении степени удароопасности горных пород учитывается лишь количество выпукло-вогнутых дисков толщиной 1-2 см в метровом интервале скважины и не учитываются вообще интервалы, где керн разрушен до щебня или дресвы. Интервалы, где керн был полностью разрушен на щебень, дресву или песок при бурении, характеризуются наибольшей напряженностью.
Целью изобретения является повышение эффективности и обеспечение безопасности ведения горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых путем оценки структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород, прогноза развития деформационных процессов и своевременного принятия эффективных мероприятий для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.
Указанная цель достигается использованием негативного изображения скважины и его дальнейшего картирования для определения зон повреждения пород.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена схема расположения отбуренных скважин или шпуров, на Фиг. 2 показаны образующиеся в скважинах, в результате деформирования массива, трещины, а на Фиг. 3 - фотография устройства для обработки скважин (шпуров).
На чертежах показаны шпуры 1 с нанесенным известковым, водоэмульсионным или гипсовым слоем 2 и образующиеся в скважинах, в результате деформирования массива, трещины 3.
Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород реализуется следующим образом.
При подземных горных работах в массивах с признаками действия высоких напряжений, вызванных природными или техногенными условиями в горной выработке, бурятся скважины или шпуры 1 диаметром ⌀ 40÷100 мм и более, длиной 5÷10 м и более. Затем на стенки скважины по всей ее длине специальным устройством (Фиг. 3) наносится слой извести, водоэмульсионной краски или гипса 2. При деформировании массив горных пород и нанесенный слой быстро реагируют на деформации и трескаются в местах действия напряжений 3. Скважины 1 обследуют с применением специального оборудования фотовидеофиксации, получая при этом негативный снимок скважины, по которому выполняют картирование, определяя натурное отображение скважины, структурную нарушенность исследуемого массива, распространение зон повреждения пород и регистрируя процессы сдвижения и деформирования массива. Через определенный промежуток времени наблюдения повторяют, устанавливая динамику развития деформационных процессов в исследуемом массиве горных пород.
Данный способ позволяет повысить эффективность ведения горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых путем оценки структурно нарушенных и удароопасных массивов горных пород по наблюдениям за негативным отображением деформируемых скважин, прогноза развития деформационных процессов и своевременного принятия эффективных мероприятий для обеспечения безопасного освоения недр.