автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Исследование и разработка электроемкостного метода измерения трещиноватости пород вокруг горных выработок

?í5 он • r

i о'мл? да

МИНИСТЕРСТВО 0БРЛЗОИЛПШ1 УКГЛШ1Ы Д011САССКИН ГОРНО-МЕТ/\ЛЛ>ТГНМКСК!5Н ИНСТИТУТ

IIa правах pymnucti

КАСЬЯНОВ Владимир Аиекссешгс

исследование ii разработка элеютоемгсоспюш метода измерения

трещшгосатости пород

вокруг горных выработок

СнсцналшЬспК Я5ЛЗД)2 — «Подземная разработка

кеепнм-.гайшт полезных iickmiae^sfatx»; Ó3.l5.ii — «Физические «роцесш горного произиодстпп»

Автореферат диссертации та сшккг.шс ученой стеишзл кавдодатз isximuecKiix наук

г. Ллчепсч, 1997 г.

Диссертацией ssaseTcs рукопись

Piaora шиолнгиз с Донбасском трио-у.стлллургичсскам института

■ liiyniiufi руководитель: Заслуженный деятель науки и техники

Украины, докт. теки, наук, проф., академик АС Украины Литвинскнй Г.Г. •

Официальныеоппоненты: дост.техн. наук, ст.науч.сотр. Маевски! i B.C.

канд. техн. наук, доц. ШтанькоЛА.

Ведущая организация; Донгцинй государственный технический уншерепте»

Защита ссстонтся 1997 года в час. Ё32. ьнш.

на заседании спсциашпнрованнсго совета К 39.01.01 в Донбасском гор-ио-металлурпшеском инеппуте. . '

Адрес: 34910'!, г. Алчекск, Луганской об;!., ир. Ленина, 16.

С диссертацией можно опшкомпться с библиотеке ДГМН.

' I

Ученый сещшрь специализированного сохга, кандидат теэдггеиж щук

B.II, Белозерцев

ОШАЯ ХЛк\К1йП'.СТ1'КА РАБ'ЛН

Актуальность работы. Большинство проблем горней r.wwrvu-ности связано с кеосходаостьп значительного с<г.ш!ня? c¿~«c~ítt-мостя угля, В настоящее время в Украине евши ста вэ.у 'рс-яуг горныо работы на глубине более 800 м и существует тенденция к о о дальнейшему увеличении. что водят к оосту горного да'vteüiw к, кя»: следствие, к сииж9й5ш устоЯтавости яолготосит0лышх ГОр»Ч<£ №гэ-боток, возрастаний затрат на их поддержание и ремонт.

Для эффективного ярименештя прогрессншшх технологий необходимо иметь на горнодоСпЕяю'дях предприятиях средства контроля состояния не родного массива, сочетающих достаточную 1я:£ормагия-ность, оперативность и небольшую трудоемкость,

, Состояние массива герпмх перед по многом определяется степенью его неоднородности (трешш, контакты, слоистость, иорапио-кериость роспредолеягя втеот"з:нгЛ, muni, и т. д.). Задачэ сценки стопой! неоднородности массива тесно связана с проблемами геом?-30HUKII по прогнозу проявлений горнего давления и впСору способов и средств управления его состоянием. Однако, эта задача далека от своего окончательного решения ц требует освоептя новик, методов и средств, позволяющих прогнозировать и измерять состояние массива горних пород, развитие процессов его разрушения, в том числе и трившосбразовашгя.

Поэтому остаются актуальны исследования по разработке оперативного и падежного способа измерения троавшсватости ' (неоднородности) массива горних пород, что позволит более эффективно использовать технологическое оборудование, пршзвять врогрессивнис технологии ведения горных работ, повысить безопасность труда.

Связь работы с плаюш НИР. Диссертация вкяоляейз в соответствии с тематическими планамл изучио-псслодсватедьских работ дга{, йшуглепрома СССР, М;шпстйрства образования Укрэ^пга и отражена в отчетах НИР: "Исследовать параметры я разработать технологию способа сооружения породонесугмА крепя для капктзлышх горних выработок Часкнского блока с. Вороаилорградскэi П 1", 1939 г., ГР 0136С050732; "Исследование и разработка способов обеспечения устойчивости горних выработок «сродоносуйкми конструкциями из разгруженное взрывом и упрочнешшх пород'1. 1993 г., ГР 0193'/007567, по которкм автор яыялсл нсполтгтплем.

Цель работы - разработка глектров«ностного метода измерения

грееугнова гости горmix пород вокруг Горяпл выработок при six сооружении и эксплуатации.

Идея работа заключается в псчзрегаа! относительной диэлектрической проницаемости массива горних шрод, шдаокшо отршшцей пространственную и врзмениуы изменчивость тршгдаоиатости Массива • в результате влияния горяо--гаологическл>: и горнотохничокаис факторов при ведении горнш: работ."

Методд исследований: онализ и "оСсйдотэ взэвстгса методов и средств контроля за состоявши массива горгигх пород; _ оналигачос-ias и зкснорпыент&яышо иссдздовэтшя шшяшш неоднородносгей типа троэдн на изхбиошю состояв«.!. масс;п>з горных пород; методы наие— «этической «тотистнга: и'шзщройгшя &KCBer®isim;.

Научные дсдошвш, иолуч-итно б досссргошш и вынос:i:\x'¡ на зздлту:

- юк&олее шз&фмттаы коггззатояб?;, кошлзкспз • охрглК'ь xipocTpr>KCTEOaayjo it »реысх«ц/й ^¿илшшость сссготгая массива

гораух пород (s числе, тр&пявооаюоть), явллдтск ошодояпо разпосгп спотсхзЯ ijasiinecícoro пзрсштрз для сдиэро.уюго массива я его оиаткшйя на rowepaci-ш упзстко изссива, u р-шое*» еолечив етого «в.нарскезрз для однородного массива и ¡нгилпроунпс'.ш;

- абссглгкоб г-т'.ачопю коиаз&тедя пеодьородногп! ;грн иск*-тлтаж ; > л -з :т; ;лко с ti игл дзтчгл:о;.'. ларантердлуог срл^рное раскртпз тр-ддш моссшач, о si;и: р-пссти ксш-am фюлчзскогс параметр?; дг», однородного млсснва г пгь'брл^'ого участка позволяет йдеипярдеро-piiib пс;~мч"о ооноднктедл (ют!;, -gchvzs) в ;

- лок'г?г-.-ол:> ь':с;г.'ородцос'л.1 ^.соава ярд его изм-эрентиг на V]jЦ'.: ород с рогнл.д гначдд'дт; слтднесксдо сьоногиа (нашчгер, к:д'н1ро?.;а;тдтного) ^сденяотся ю от-хо-.r тннерд.-нйчосдуго тангенса с рлсотслк:н,; :дд:;ду асдпнтотдд: но пор;.'злл рагл:п;.; сд^икц--;;

- к.оошхСпн'.! KoSí'ibLUier.Tcy. гюетолякглл Wp-jjVni о:г относительного нсудддд'гля ;: л;и?;.н:-:.д рсжерзн 5;соднород;;ос?к, является íUiiuia з^Хдктшж:. зона зундхдлтудьностн длтчнда, одродедлзиля его конотрудкннплд:. мрлндгрлк: л лонная проскцзл: ко горксонтглпнуп ось отрезка, отссгмжого швдтлзма ппхерСоплдэснсго тангенса oí картельной, проваленной с его тонко порогиО^.

Дсс?03е;плусг». н-лучннл псло;;нн:;Д п внводон, приведенных б диссертационной -работе*, 'подтвзртдзлтгн:

. ' обоеноьонпнм j: досрочно .Ддл пи:л азгсасл ;иссл=:р;гдунтопьпит цсслодов8н::й ь лабораторных (около 100 спадов на трэд леооратор-

кых стендах) и шхтднх ус.\овлдх (более 1-Ю опьтсз, по 20...50 замерев в каждом, проведенных в кзкерителыих спурэх горных выработок з шохт в течегпе трех лет); удоздзтцоряте.иной сходаостья , результатов (до 20...305), иолучс-л-чх пр:; лгмер&нип в кпхтнггг условиях электроежоскш и извеекгомг кзтодзг«: (рес?^етр:юй^ коч-туртп>:."л'к глубины:;,лг ропораот): достаточно,". схода/остью теоретических и лсбораторких стеядсвш: ксследоваш'й (коэф&яу.онт вариа--шят при окспзршенташшх замере^- 0.1...2,(1 S; коэ^иглоит sa*-рнащм меаду от.'ипял! ланяига и тоорзп'лесхиш зязиснмостям! составил 1,5...10 %)х соответствие« получошых сшалаткческих зависи-костзй н розультатов , пкепорждеитал^шх 2:гмерэкк11 ;13вест!н.?л <1«зк-' чаек«.; закономерностям; полоп^влы!:;^: рззу.пьмталя водашшс жязд-Taituitu внедрением электроемкостгого метола ил ¡::эхтах.'

!!оуч;юо 'зпачегатг? роботы зжютзвтел в. установлении зависимости мозду нео^ксродассть« С?рбщ;ц:овг.?ос,гн>) ызссгеа rcjmx пород я его ул^ктроматч^тяш;; спойстоз««! з взде ш^еркатишого показателя досдиорсяюс?«, уп:'п:2'ящого гяятсакв дгалвктрйпзскрй л однеродпем и Еьру&зпк« .¿леездо нерол, а тлкя<» сЗосисодяга штойис игмвряш it pocoTj трес -чоептостц .массяез горлн:: ног-од :>окру;' P'lp-jCo?"!:.

Ярг.ктическ«* дг-пчость работы состоит з роараОот.-:о глбк-1'рс^:'.-.кс-ст;:сго гт-одз тред:кс«т-ос?я тгород и ксистр.укщ:". аъ;«-

боря счпрссхжз), сссюя«-зго "з олегстросжостаосч« дзггякэ и блока нам --решл," в частотомера. гтозволпгдого р<-ал;иозать разра-ботачшй г/отод на лраша» для спеаии с эетелл'.ш массива пород вскруг горних Biip^doicK.

Гааетэзипя раСотк. Прэдгаохвтаа автол я р^у&бстгпнзя'' аппаратура С-илз искол;:зо?йнц:

- 1~>г'л офэдоловки .'сачествэ кдаиил расЗог гто возведбиш иъънл "Монолит" ко разгругекшх взрыосм ц упрочнешшх гордах ¿город в пссктом полявш откаточном стрек* плЛСн горазсята 5С0 к Уа-ш-сгого с-лсг.л 52. "Дуггпскзя II 1" ПО "Луты'ж/усль'",

- nr.:: хфок£у;л::л контроле е:ср:л"!:л раСог гто аге-дю:!: раагруз-ко л ксоледуг^схи уттро'гнз/шя i ерпнх порол в яочв-э кагас-rp*UM!ovo штреда гордаодта 956 :.« ш. - "Сп'.'со;г?1;окал - Западаая" ПО "Кр;;С,!;0ДС-!1уГСЛЬ";

- ;тр" прсг.?дсзг!п1 ^сследсспт!;- и разрабо^::; рско^елдацк" тго ЯГСВК'ИПШ уогсГчлвости 4-10 И С-са;тэлих орсисбергов пл. К2и ш. "Г^грег;ал};с1са.'1" L0 "Лугалскугсль".

- в учебном процессе прл подготовке бакалавров спец. 5.<ЖС04.0! и ижокеров спец. 7.090304.

Апрэбзцдя работы. Основные положения диссертационной работы до/сяадовались на иаучно-гешпоских конференциях Донбасского горло-мэталлургичэского института (Алчевск, 1987-95), из техсовз-тах шахт "Луганская Ш", "Перевэяьская". треста "Луганскугхострой", но Шутих семинарах кафгдр СП ц НО. 2»й ДГШ.

Публикации. По результатам вшоянешхшс исследований опубликовано 4 печатшж работы и получено .5 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и обгом работы. Диссертационная работа состоит ¿га

• введения, пяти глав и ззключешя, излохешшх на 115 "страницах иа-вшшисного текста, содержит 44 рисунка, 3 таблица, перечень ссылок из 85 источников 51 2 ПрИЛОЖЗШШ.

ОСНОВНОЕ СОЛЕЕШЕШ РАБОТ!!

Проблема, связыгаыо с опрсдзлзкиеи состояния массива вокруг выработок при вздешв; горных работ, пргвлзкали вншодне шюгмг исследовгпелэй. Осковншг задачами много контроля являются: исследование распределзннл папряшгсй, определение вх шксшуш; выявление зон неупругих дефоризш;Л\ грсдановатостщ юмэрвааё раскрытия отдельных трещин, степени шс заполнения растворам и т.д. е

Вопросами изучения трещшевагости гордого массива и разработкой методов со исследования запшалясь К.А.Ардасев, Н.НЛ'аврка, А.С.Дониссв, П.В.Егоров, Ю.З; ¡Заславский, Н.В.ЗЗореипс, -Г.А.Катков, Э.ЯЛЬшко, К.В.Копелов, Г.ГЛкгагаский, В.С.Шювскиа, Л.М.Малярчук, Г.Я.Новик, ВЛг.СларДи У.А.Полозов, И.Ф.Потагашк,, С.М.Просто», и.В.Рац, Е.Г.Соболев, Б.Ы.Усачоико В.А.Хльшлайпея, В.С.Ямщиков и многие другк-?.

Анализ работ, псевядвнккх этой задаче показал, что среда различиях иеоднородностей, встречающихся в массиве горешх пород, наиболее распространенными ,и вшшка являются. трищшц и мгжелое-вне контакты. д,ы их оценки пргояя;от датчику измеряющие диэлектрическую проницаемость, мапдтадо воонр;птмчивостъ, электрическое сопротивление, параметры распространения волк, ' тешюпроводность.' отрал'зтельну» способность пород и др. При исследованиях .вблизи

. ' • ■ с

контура выработки существуют? дапзпсг й- ггетоду го дпсг дсстагэт-йо надемсЯ информации- а трешноватости гор'гикоред, а . :>ттт\??ух? их технжчес:® сложно нспояьзоз&ть. ■

Электроемкостний »«тол измерения пзодпороднсстей» гсггелмуе-йьй' для непрерывного контроля влажности полезного ископаемого на - обогатительных фабриках, контроля структура л качествалгатеркзлсв 0 строительстве и мзпшвостроеияй, позволяет с помощь® достаточно пробтюс аппаратных средств получить оперативные и надежные даяюн о аобдаоролйоога. .Однако недостаточно отработанная кетогика а отсутствие первичных элекг^хземкостных преобразователей (от для ' проведения измерений шз спуров сдергвз.'от применение этого метода в горном деле. Кроме того» отсутствовало теоретическое сбоснова-* 1Шо для падежной количественной сценки трездноватосги 'массива .вокруг горной выработки при йрименешт этого и друглх методов измерения.

Для реяення этой задач:! била предложена л разработана конструкция ЗП (рпс. 1), сосгоядого из шетидрэтэсгш колец* выполненных из прсводяаэго материала и расположенных сооско. Такая> форма 'ЭК позволяет помечать датчик в тур, пробурённый в массив горних пород и измерять диэлектрическую проницаемость ко всей длине шура при поинтервзльном перемещения по нему датчика.

Датчик о ЭП создает в окружающем его массиве тороидальное электрсмапштное полз, а электрическая ■ емкость ЗП зависит от диэлектрической проницаемости той области массива, куда распространяется ото поле. Измерительный автогенератор вырабатывает напряжение с частотой, зависящая от емкости преобразователя, подклп-ченного к колебательному контуру датчика. Поэтому при перемещении датчика в однородных породах частота автогенератора не изменяется * а в присутствии неоднородности, например трещины, частота нащшения» вырабатываемого измерительным автогенератором, изменится, что Фиксирует блок измерения.

Тарировкой установлена зависимость частоты напряжения измерительного генератора от диэлектрической проницаемости горного массива. В расчотах целесообразно использовать относительное показание измерительного прибора, а не абсолютное значение измеряемого параметра.

При измерении датчик (рис. 2) длиной 21, расположен в среде Б1 на расстоянии Х12 от контакт? сред 31 п 32. Зависимость показаний прибора от расстояния мззвд плоскостью контакта сред и цен-

1, 2, 3 - электроды ЭП: 4 - корпус датч»ка: 5 - слой диэлектрика; 6 - измерительный генератор: ? - кабель; 8 - досрочное устройство; 9 - массив: - трещина.

Рисунок \ - Злектроеккостный датчик с симметричным располовением электродов

А1. - Ав

Рй г---------

А1 - А2

(Л, Й2, АЗ - показания интроскопа в породах с различными свойствам

• показания, при дстакоеке датчика по центра трещины.

Рисунок 2 - Расчетная схема -определения трещияоватости ■ массива

■9 ■ - •

тром датчика (см. рис. 2), из физических соображений должна Оы'ть кривой с двумя горизонтальными асимптотами, расстояние между которыми по нормали равно разности показаний прибора ■ в : каждой из ' сред с центром симметрии совпадакщтл с плоскостью контакта. Акэ-литическим выражением такой кривой является гиперболический- тангенс. Поэтому показания А^ прибора,-когда ого датчик размерен в '..среда вблизи контакта со средой 52-, можно представить зависимость»:

¿12 *" 4 ^12 • О) .

где" а- показание прибора, когда центр датчика совпадает ' с плоскостью контакта сред, определяемое по формуле

(2) в двух <3)

А,,А2 - показания прибора, когда его датчик находится соот-• штствекно в средах 51 и 52 на бесконечном удалении от 1а контакта» '

«12 - модуль чувствительности прибора:

» (А1 А2)/2}

Ь|2 - максимальная полуразность показаний прибора средах:

Ь12 » (¿2 - А1)/2:

1 1

■ -- —- в - , (4)

12 Ы2 аХ12 Ьэ

где Ь_- половина . длины аффективной зоны чувствительности датчика прибора,;».

Правомерность эта зависимостей подтверждает выполнение гра-кшдагх условий, вытекавших из физической сути задачи.

На рис. 2 виден геометрический смысл эффективной длины 2ЬЭ датчика как горизонтальной проекции касательной, проведенной к кривой показаний широскопа в точке перепое. Эффективная. длина 2ЬЭ полностью предопределяется конструктивными размерами ЭП датчика иитроскопа й является постоянной величиной для данного прибора.

10 1

:в Солее обаем случае,, тогда датчик расположен вблизи двух параллельных контактов трех разл5Гошх сред {рис. 2), показания

прибора будут определяться формулой

- * '

Aít )2з s A?2ÍXt2* + ^гз^з5 - % »

где 1(2з - показания прибора при размещении датчика в одной мз грех сред Si {в скобки взят индекс 1=1,2,3 той среда, в кото-~рой находится датчик). Еодставнв (1) в (5), получим

•о

А123 а13 f. bJ2tÍl(a12 Xt2) + b23th(o23 ^З*' (б)

. ií в этом случае проверка граничных условий таказ подтвэрвда-ет правильность получениях соотношений,

С практической точки зрятя накбольпий интерес и важности представляет расподсасеаае трйдаш в однородной среде, что сводится к подстановке в <6> равенства А3 » А,

А123 = А1 + bjglftícijg Х12* ~ tt<et2 (7)

Формула позволяет расчитать показание прибора в зависимости от шркш трощшш и расстояния от-ее центра До центра'датчика.

Если датчик установить по центру трещда шириной 2Д , подучим формулу ■ .

Ащ ? Аг+ (кг - At) Ш«12 А) , ' (8)

где Аа - показания прибора при установка датчика т центру трещины,, причем гршг-шш условия соблюдался,'' при ¿»О ■ Am = Aj , а при А —♦ « Аи = á2.

Из форлулы.(в) выводится зависимость для определения полушн-рпш раскрытая тредаы при прямых замерах в шпурах:

¿ = _э. щ —£-Ж_ , (9)

2 АА2 - ^

гда аА2 = А2 - А,; ¿¿^ = А^ - А}, А2 - показания прибора в массиве горных пород S1 и в заполнителе тревднн S2 соответственно. . • ' ,

Производя разложение этой: зависимости в степенной ряд к оставив линейные члеш, получим ' .

• • 4 А» - •

. рн" т* ^ '•■■.., .(Ю)

v bg ''2 г А1 : У.

где Гв - отеоситолышй показатель яводнорбдности (тревдно--ватостн) массива; А^ - показания прибора, когда датчик установлен по центру трещины; A 1tA2 - показания когда дятш, соответствен-1 i но, нвлоднтся в массива юли трежие бесконечного раскрытия,

. Исследования показали,,.что до значений a/I^í-0.5 наблюдается: почт ¿шейная зависимость показателя, неоднородности; от ширины • раскрытая тредига» Sfo. существенно упрсдае? раотифрсрку показа. пий и дает основание дея вывода лпнейгсй зависимости г;ежду шши; При атом формула (10) а пределах • 10S опжбхп верна в достаточно широком диапазоне значений показателя неоднородности (от 0 . до 0,5), причем при í^c 0,4 сакбка мензе'5% .

Получению теоретические соотношения мсяго использовать при исследовании неодаорояаостей массива типа трещин другими геофизическими методами (при измерении электропроводности пород, параметров волновых процессов, и др.) в случае, если датчик размещен в сквагнне, и измеряют значение соответствукщего физического параметра массива по его -длине.

Целью лабора?ор:ш. исследований являлась проверка и утс-чно-1ше результатов аналитических исследований из моделях слоистых и трещиноватых сред. Оки проводились на раэлюткх -стендах. Для пс' следования перехода датчика жироскопа через контакт воздуха и друой среди,' бил спроектирован и изготовлен стгзд в виде емкости, в которой находилась основная среда с необходимой диэлектрической проницаемостью. В качестве такой среды использовались цемоитко-песчаный блок, сухой и влажный песок, вода к др. С целью уменьшения влияния краевых 8®эктоз поперечшй размер стенда был не ме-' . псе 2,5., .з;о длин электроемкостного ' преобразователя датчика.' Датчик передвигали По шуру в модели горного массива при помощи досилочного устройства измеряя перемещения с точностью 0,5 мм. Лагчик располагали в одной из сред и фцссировада начальный отсчет, после чего покнгэрвально перемещали по направлен!® другой среды. Показания «шмали на каждом . интервале измерения до тех пор, пока датчик не переходил во вторую среду.

- Для исследования параметров раскрытия- трещин и датчик -. иитро-сяояа перемещали по шпуру, пересекающему трещину заданного раскрытая.

Экспериментальное результата, достаточно удовлетворительно совпали с теоретичесижш расчета«1«, Так, была людтверздера - форма • - -кривой, описывашей показания-прибора при переходе датчика иа од-, ной среди в другую (1), доказана линейная-зависимость показателя . . неоднородности от величины раскрытия трещины до ее значения равного половине эф{екишаоб дяины датчика. Достоверность совпадения теоретических и экспериментальных зависимостей определяется тем. что при коэффициенте вариации в сксвдриментальных замарах равном 0.1., ,2,0 Я, коэЗДшшевт варкавди кевду опытншн даншми и теоретическими зависимостями составил 1,5...10 %,

Из анализа эксперимезт&шшк данных при измерении неоднород-носта горного массива датчиком о ЭП следует, что показания прибор ра зависят от раскрытия трещины величины отклонения <8iícueu-триситета) оси датчзйеа от от ¡щура К; зазора между йсввршостъю ЭП и стенкой шпура 8. двя исследования этой зависимости в взаимного влияния факторов щщ яаамрешш неоднородности с псшзью . теории оптимального йлашгроаания -эксперимента бил проведен пожшй. трех£акторнкй эксперимент. В результате обработки его результатов и проведеданх расчет«® бади получены коэффициенты уравнения рег-рессш и информация, иесбходамая для проверки их значимости. Уравнение регрессии имеет вид;

100*(1,6*Д + к * 0,2«5 - б*Д»5 - 5*К*Н ' Ра = -——-———---——:. <tn

Ai". .

Эта математическая модель адекватно описывает процесс нэпе- • реедя трещиаоватости массива, так как расчетное' значение критерия Фишера равно 3 при -кр^шчаскш 19. Анализ уравнения (11) позволил сделать вывод о необходимости центровки датчика в щуре, поскольку из него следует, что это основной источник погрешности измерений, Для ее устранения в конструкции щтроскша бшш предусмотрены гибкие центрирующие элемент по краям датчика.

Разработанный прибор предназначен для контроля изменения состояния массива пород вокруг выработки в процессе ведения горных работ (например, камуфявтные взрывы для увеличения трещинова-тости, заполнение тренда упрочняющим раствором вблизи контура вы-* работки и т.п.). Поэтому важно знать, какой объем пород, окружаю-

13 ; . '■ .¡^ ■ /

них датчик интроскопа, контролируется им для псвия№,ия достоверности замеров и обоснования методик измерения в различиях у слоги*,-ях. Этот объем зависит от расстолгпя, на которое распространяется' поле датчика, оно било определено экспериментом» результаты которого показали, что 90% поля вокруг датчика интроскопа находится в объеме пород, ограниченном круговым шшндром,- радиус' которого равен

а « г + <,5 Ьэ , ' (12)

где г - радиус ЭП датчика, м: Ьэ - »Активная полудлина датчика* м. Например, датчик, длиной 0,2 м с одной установки контролирует вокруг шпура цилиндрически область радиусом около 0,17 М И длиной 0,2 М,

Поскольку в шахтных условиях прихояктся вести измерения в шпурах, заполнен»;« водой, важно разработать методику измерения треацш й определить работоспособность прибора в водной среде, С атоЯ целью были проведет исследования . доказавшие возможность проведения таких замеров.'В этих экспериментах датчик полностью . погружали в воду й перемещали в среду, моделкру&йую массив пород. При этом прибор сохранял работоспособность й давал предсказывав- -мае зависимостям (9, 10) показания.

В формулу (10)'входят постоянные коэф^щиеиты А1 и А2. Их значения, соответственно, равны показаниям интроскопа в ненарушенном, однородной йассивэ и в заполнителе тредкн. Эти коэффициенты зависят от среды в трещине и шпуре. Поэтому для проведения расчетов трешиковатости необходимо определить их значения.

Постоянную массива определяли непосредственно при проведений измерений в шпурах. ЕЙ соответствует минимальное (в воздухе) или максимальное (в воде) показание интроскопа по длине шпура.

Постоянная (для заполнителя трещины) А2 может принимать несколько значений (в зависимости от условий измерения). В лабораторных экспериментах были определены'Значения коэффициентов• К0Г~ да датчик полностью окружен воздухом или водой; датчик окружен йодой через кольцевой воздушный зазор или воздухом через водяной зазор, Опыты проводились для датчика интроскопа с диаметром ЭП 32 мм и шпуров с диаметрами 42...50 мм. Эти данные необходима для обработки измерений трещшоватости пород вокруг шпуров.

В результат.? лабораторных исследований:

' ..."'" и

-подтверждена ликэйность показателя неоднородности от суммарного раскрытия- зрада г- ■..■•-■■.■■

- установлена зависимости влияния диэлектрической проницаемости. аффективной длжц датчика. раскрытия трещины, центровки датчика в шпуре, соогношэккя диаметров -датчике и. шпура, заполнителя третены и т.д. не результаты измерения трештоватости;

- определен объем пород горного массива, контролируемый ин-гроокопоА! с одной установки датчика: .

- доказана возможность использования датчика в шпурах заполненных водой;

" составлен комплекс программ для обработки данных шахтных 'измерений на ЭВМ. '" - •

Разработанные приборы и элекгроемкостный метод измерения неоднородности (тре-вдпюватости) массива горшх пород применялась для определения зон тревджоватости вокруг горных, выработок угольных. шахт ПО "Луганскуголь" и "Краснодонуголь*.

На ш. "Самсоновская-Западная" электроемкостный метод измерения трепдановатости массива сравнивался с известным реометричес-кям. Определено изменение *грещиноватости. массива вокруг горной выработки на в. "Луганская Я. г, где бил использован для оценки качества выполнения скрытых работ при возведении крепи "Монолит".

На ш. "Лерезальская" были проведены'испытания электроемкост-кого метода измерения неоднородности массива горшх пород в течении 1993-95 г. г. Конструкция замерной станции ВС показана на рис. 3, а в табл. 1 приведены характерные результаты, измерения и .расчета тревдшсватости массива. Коэффициент вариации при измерении жироскопом ИНСЭ-2 не превышал 15...20 %, а сопоставление его показаний с результатами замеров контурными и глубинными реперами показало удовлетворительную сходимость, т. к. максимальные отклонения не превышали 30 %. Результаты проведенных замеров трецдако-ватости массива с использованием электроемкосгного метода были использованы при разработке ■ рекомендаций па повышению устойчивости подготовительных выработок шахты. ■

Натурные и лабораторные исследования позволили уточнить конструктивнее параметры интроскопа и отработать -методику проведения замеров. Методика шахтных измерений трещиновзтости массива включает: . '

• снятие непрерывных или декретных показаний прибора при поинтервальном■■перемещении датчика в массиве;

Ni-

Ш 2

í - :--¡T4iii! с -Sil; 2 - доснлочно^ шз 'jcrpûiîcTBo; 5 - кабель; -i - блок NXV^^i^измерения; 0 - горная вкработка;

G - измерит еяьше unypu.

Рисунок 3 - Заиерлая'станциз (ЗС) контроля трсзиноаатостк массива

Таблица 1 - Двнние по «знгрения' трощшю'вагости г огадре 31, оорзоптапмуо на ЭВМ

24-«

Рн

fi, 04 0.03 0.03 0.0?

ш 0.01 0.000.02 0.0! 0.01 0.00 0.00 0.0' 9.0! Û.C"

.1, а

1.21t

i.l " "

.i >: v *л

7 'i *.

G f. 0

4;¡

4(< 35 30

й1

m

M

TP tt-i

lililí

ii

0.03

1.0Í

29.2

Г) - показания инттдэсксяа, кГц; Pu - относительное раскритие трении ; L - расстояние по длине впура, и; Тр - cguuapw» раскрытие трещин на цзяеряснои интервале кп:;ра, ни.

- статистическую обработку иахкгых измерений и выделение однородных и нарувэшшх участков массива по длине шпура;

- расчет параметров отдельных трекан (величины раскрытия, расстояния «езду каш) или коэффициента трещпюватости на • мсслэ-' дуемом участка;

- построение общей картины распределения трсщияоватостл вокруг наработки на основе анализа результатов расчетов по всем изморитильнш шургу (с;.;, табл. 1).

Сравнительная оценка технологичности прпызпвшя даапого метода измерения и цлгрско применяемого метода -глубинных, реперов показала скидагае трудоемкости ir времени измерений в 3...5 раза.

ЬЛЮ[ЮЧЕ!!Ж

'В диссертационной работе решена актуальная научная задача но разработке слектроамкостиого метода измерения трекшоватости мае-, сипа ropmo: пород на основе регистрации иаизиелия (в пространстве и времени) его олектромаппгошх сйойс-j-b, в тон числе 'и сшектри-. ческой проницаемости, цо'лизи пнг^^о'лаг ней'тис яровздемиг и скс-ахуатацш;. '

Основшге иаучпыз н практические рез-льтати работы а;пшзчимт-сп в сл оду там:

1. На ooííoihsjú ашгагсйскпс п зке/юрмеся* йзыи>х. пегледова-шй иотсаэапо, что досккстрпвсквя прсжш&еиость массива пород, окружавших горн у ь; выработку, . являйся достаточно кп^ордативпш физическим параметром, комплексно отрапшдаа _ прсстрапстзснгнуа и врешииую изшгшаость ого неоднородности {трсадшоватоети). Введен показатель иеодчородиости массива, .оаиисяащй от изменения сьоЛсй» окрумащя. датчик пород, оярзде-аекгЛ по злЕ-шсгостп _ ■(10). Абсолютной значение ьтого показателя характеризует величину трздаоватости (раскрытия трещгаО массива, а знак числителя позволяет одент&пглревать ¿шешитоль троздаш (воздух, вода), при гзмероиип JipasSojot.» с СП.

2. Установлена гадасш-гэси, показателя неелмороднооти прп 'из—, рехода дат'паса черза граЮщу лоаду средами с .разиши ьедакпкш Физического шустра, капршдер, диэлектрической прошщаемост», в виде пшерболического тангенса с расстошшеи' некду асиклтсташг равным единице. Уток паклена касателььсй к гтой кривой в течке перегиба характеризует конструнтнннно пзрг&зтрц дзтчлкс п рааел . обратному значении о-йоктипной дащц датчика. Последняя ' ¡шляется

*т .

мэсятабншл коэФЯшпонтсм, псзСоля.>?длм поройте ст ст^осигдльдо:-показателя изодюродюсм к со - "нкл

3, Разработана иатеулгаздекая модель, ••»зтпихггая и-мечеи«-? покзз-знк! mîïi-..-Titonp ир/4 по^зкекгоп датчика по туру. пробуренному п слоистом !Ш TpsnsmcBSTOM массиве, Устмюэдсно ¡ипмяк<? я-?-лгошш рэскрутия трощгаш, эксцентриситета ;пгп:ка и шпур«, езяорл мвкду да'; ч:ом ц ппурогг; &ф|зктдаюа длшщ датчика иа гтк показа-' ■г:я.

<1. Уагачссяояа .тлгеЛаая зависимость мегчг.' ¡пленением пэлпи-ш.рас;ср!ч;:й трзягип (ют суммарного рг.скр:тг.л кзскслышх трззга) и HSM?!îOîr>ija паасатоля неоднородности.

5, Pssrn^oTiîii прибор, - злекдроедкоет: еисжяпцД' шароскоп (IIHCD), - ллд пгмерлит паадюрадкоота мзссиз? гсриу>; пор?д черс-з едд'рд, ирг ;у;ллдлго д мсс-тедуетй участок мсспзз, Прибор вгаотчот с ссбя: слсс ï;cr'.;cpor;i.i и дагмк, оостор-дч! из :>скори-тетеиого и поры^тогу :»Л0К7рог->,'Л{сгх:*С1'С кр:ос'разс!зя-

телл. ^едольоойлддэ длтисскад; ;дд'-д Bosnoriooi ; одсрс ;дд!о сп-{щотд* грег.'.«'/ i! pîcîiapu дГ'лстд пеунругогс ccnai^jл п

р-зруиддлл пород, дд усггз^ча крижошглсл для до:"дгд>! кэ-

ивегсо лдд^лидолддд работ п саспяп ротслчддлстд герчух eub'iCotck.

G, Розрзбэтокч дедадддд происд«нпя зам-роз для рд^енля рлг-лл»д;д сода*; гордого производства' (одрлдедоддо д^ддолоддостп юс ст.? а, дз^ор.дпю обдастд "ддлчюзатчотд д р^счл? дпрочдтров от-ддидчд т;дкпш, додгроль дочддда едлилд рдЗсдд д-'-ддедч яд •?5д:лд1'?м пдрг.'.'гтрод дчъ'дччдлчдд длолзоред л до,},

Ссстодледд пдогрдд:ц рдсле,;,а длл ОБ!,!, дозьтдлдд'} илпедьзе-чл?д ддлод члдо1лдд-о-тедлдч<;с;<:л.! д'-б^тндкгп

пздт.

7. Прибор я здектгоекдоодлД! котод кгчереквя пеодкородиести массива дордкд пород дрзддазнадоти ллд опредедэш'д кзчостда лздл-ш:я работ ;грд псзподзк:.д нородобетеипой пр:-Ш1, дептролл счрдтдл работ, пгкерегая зон тпеаддслахостп, опрэделеиш ксЯ'Мчдаеита трсдшюдогостд î; дрддлдйдч да сахглд ПО "Лрдаискугсдь" и "Крчсдодопугодъ".

Оскобдлд nwmepra длгеорташш опублккопааи в работал:

i, ,гдтг:"-ст " ?.г,, !йс:.лдое В.Л. ttraperot* струн; урчм пеод'к.-г. .с, ,v. тд • i^nyreiflni Еыработод// х'оут.ологдл, ме-хашп^д'. д i:av \i стр:атольст?и горнкд вирасотск: Мекдуз.

18 ;

сб. па уч. тр. /Гедкол. : А. К. Пег рев'(ста. рад.) .и др.: Кузбас, политехи. ш-т. -Кеыэрсгю, 1983. -0.100-107.

2. Касьянов В.Л. Кссяодованиз трещпновагости пород электро-ешсостпим датчиком// Технология, механизация п автоматизация гор-1шх работ: Сб. науч. тр. /Редкол.: в.Д.Ирклновсглй (отв. ред.) и др. -Киев: УМК ВО, 1988. -0,3^-39.

3. Касьянов Б.А, Лабораторные исследования электроемкостного датчика// Проблемы разработки угавдшх пластов Донбасса: Сб. науч. тр. /Редкол.: В.Д.Ирклиевский (отв. ред.) и др. ЧСкев: УМК 'ЕО, 1991. -0.83-93.

4. Литвиюкий Г.Г.', Касьянов D.A, Теория измерения в массиве ьаоднородностей типа трздгш// Строительство иахт, механика и разрушешю горпнх пород: Сб. науч. тр. /Редкол.: В.Л. Давгдзнко (отв. ред.) и др. -Алчсвск: АТЗТ "Максим-полШрлнт", '1995. -С. 120-126.

5. А.с. 1376754 СССР. Скважшпшй гатроекоя горных пород /Касьшгав В.A., JîiiiBiiKc:,.uï Г.Г. (СССР). -Г1 4024977; Заявлено 1i.G2.86. ■

6. А.с. 1451272 СССР, ЫКИ Е 21 С 39/00. Устройство для определения треаиноватости горних, пород /Лдтвинсюй Г.Г., Касьянов В.А., Кулеши Б.И. (СССР): Коммуиарский горно-металлургический iffl-т (СССР). • -N 4105550/22-03; ЕаяЕлепо 18.12.86; Опубл. 15.О*.89, бвд. N2.

7.- А.с. 1453351 СССР, ЫЩ* G 01 Y 3/06.Радиоволновой интро-скоп массива горных пород /ЛитвинскийТ.Г.,.Касьянов В.А. (СССР); Ксмпунарский горно-металлургический ш-т (СССР). -N 4198597/3125; Заявлено 24.02.87; Опубл. 23.01.89, бал. НЗ.

8. А.с. 1631482 СССР, MK1Î С- 01 V 3/06. Элоктроемкостннй зонд /Литвинсюй Г.Г., Касьянов В.А. (СССР); Кеммунарсгай горно-металлургический :ш-т (СССР). -N 4473943/25; Заявлено 2.09.83; Опубл. 28.02.91, Бгль.Ш.

9. А.с. ,1794253 СССР, MKii G 01 V ' 3/18. Способ определения неодаородаостей массива горних пород /Латшискса Г.Г., Касьянов В.А. (СССР); Коммунарсгай горно- металлургический ки-т (СССР). -N 4790255/25; Заявлено 8.02.90; Опубл. 7.02.93, бюл. N5.

. - АН0ТАЦ1Я

Касьшюв Володимлр Олекс1Яовнч. Дее.гЛ;п:е:2!я та гззроска електрсемн1сного методу глм1ркзання тр1щ1шутгзтос?1пор1д на^коло ripmrziri впробок.

Дисчртсц1н на здсбуття вченого ступс*;« кандидата те>?!1чш1х паугс за спецШшсстяш 05.15.02 "Щдзекяа розробка родокщ ксрлсгак копалип" та 05.15.11 "-ilsirari проноси Прнкчого виробшщтва", Декбасыай rip/n: {о-ив?алург1йшй Шслгеуг» Алчобоьк, 1997.

Псягдаеться дисартацШа робота, в як1й лига нове р1шеннл : актуально! наукапо! задач! по' досл1д£31лш ' та розробц1 електро.з;.к1гного методу вж1рюаанпя тр1щшуватост1 пор1д навколо rlpinraix впробок,- заснсваного'.на реестрацИ Лого електромагн1тша I.- -тстлвсстеЯ поблазу rlpmnoi впробки. Приведеп1 мето^нси ияйрюзат.'ня га розрахувку тр1щ;шуватост1 пор1д, кокструщП грялад1в для контроля нео.:а1ор1дност1 г1рсысого масиву.

ANNOTATION

Vladimir A.Kasyanor, .

Research and development oi a elcctrlcal and rfeguef.tc method oi measurement ' oi parameters of cracks a rock massi? around underground openings.

Иге thesis of, the dissertation on 'a sclentHi с degree of the candidate of technlcsl sciences on a speciality 05.15.02

" Underground development of deposits of useful Mineral " and 05.15.11 " Physical processes of mining .manufacture " Dongas • Mining and Metallurgical institute, Alcievsk, 1997. By the purpose of the dissertation ther*j Is research and development oi a electrical and nagnetic method or measurement of parameters of cracks' of a rock Kisslv around undegrourd openings, ihe author of the dissertation hao given the liew decision of a' urgent scientific problem on research and dcr; slop.ient of a new . method. of measurement lu.hoaogeneous rock глаз я ire, lias proven . reliability oi -results of research ty laboratory and mines erperlfvints.

1Слвчов1 слова: тр1цимуват1сть, ноод!Гор1дн1сть, масш, гЗрннча вкробка, порода, електроемн1сшЯ метод,