автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка комплексной методики и средств контроля состояния потолочин длительно эксплуатируемых выработок большой высоты

РГ6 од

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ г 1 шоп Штитут ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

На правах рукописи

СЕРГИЕНКО Виктор Николаевич

разработка комплексной методики

И средств контроля состояния потолочин длительно эксплуатируемых выработок большой высоты

05.15.11 — «Физические процессы горного производства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск — 1993

Работа Ешолнена в Институте геотехничес1{ой механики ЛИ,Украины

Научим" руководитель - доктор технических наук, профессор

УСЛЧЗИКО Б.М. •

Официальные оппоненту: доктор технических наук,' профессор 'г ; . • . 'АЛЕКСЕЕВ А.Д.

кандидат технических наук,.доцент ПУШКАЕЬ М.С. . ■

Ведущее предприятие - Артемовский алебастровый комбинат

Защита состоится "/8" 1953 г. в часов

на заседании специализированного Совета Д 016.40.01 при Институте геотехнической механики АН Украины, по адресу: • .330600, г.. Днепропетровск, ул. Симферопольская,. 2а.

диссертацией г можно ознакомиться .в-библиотеке Института . геотехнической механики АН Украины..

Автореферат разослан 1993 г.

Ученый секретарь '

специализированного совета I

кандидат технических наук . ^дд ШПЛК'/Н'ОВ И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

Актуальность работы. Технолопи добычи полезных, ископаемых камерно-столбовыми системами предполагает долговременное поддержание в устойчивом состоянии' незакрепленных выработок большой высоты и определяет необходимость осуществления контроля состояния потолочин камер на больших площадях. Ва;шость контроля возрастает в связи с необходимостью охраны выработанных пространств шахт, повторно используемых для хозяйственных целей. Наиболее приемлемши методами контроля являются виброакустичаски? и деформационный. Однако, шоюниеся методики и средства • виброакустического и деформационного контроля в условиях большой высоты по удовлетворяют требованиям оперативности, достоверности и надежности, не позволяют обоспачить эффективную и безопасную эксплуатацию выработок в широком диапазоне горно-геологических усташи'''. Решение проблемы контроля связано с расширешшд] области элективного применения упомяну тих моторов и требует экспериментального и аналитического изучения колебательных явлении и деформационных процессов' в потолочинах» харакгеризунцих-ся различным литодого-геомехашгчоским' состоянием, а также разработки новых конструктивных решений и методических приемов, учитывающих как характер (5нзических процессов в потолочинах, так .и эргономические аспокты деятельности оператора в условиях большой высоты выработок. Указанные вопросы определяют актуальность настоящей . диссертациошшй работы в научном и. практическом'плане,.

Работа выполнена в соответствии с плановыми исследованиями, предусмотренными постановлениями Совета министров УССР № 530 от 28.10.81 Г. и Президиума АН УССР Й 53'5-Б от 28.Т2,82 г..

Чель работы - разработать комплексную методику и средства контроля состояния потолочин длительно эксплуатируемых выработок большой высоты. - . .

Идея работы заключается в использовании закономерностей свободных изгибных колебаний потолочин при различных условиях контакта с массивом для оценки их устойчивости.

Методы исследования. В процессе выполнения работы использованы? математическое моделирование колебательного процесса в Потолочине, исследование спектрального состава я параметров'затухания свободных колебаний потолочин на модели и в натурных условиях, контрольное бурение, а такте визуальные и инструментальные наблюдения за. деформационными процессами в потолочинах камер. •

Научные положения, разработанные лично диссертантом и новизна; вперша .установлено, что защемление потолочины, демпфированной покрывающей породой, на границе с целиками является упругим, приближаясь к жесткому с уменьшением отношения мощности потолочины к ширине выработки;

впервые установлено, что коэффициент затухания свободных изгиб-ных колебаний демпфированной покрыващей породой потолочины нелинейно возрастает с увеличением ее мощности и степени демпфирования;

впервые установлено, что значения коэффициента затухания и частоты максимума спектральной плотности свободных изгибных колебаний потолочины, демпфированной покрывающей породой, практически не зависят от взаимного расположения точек возбуждения и приема на участке, прилегающем к продольной оси.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Обоснованность научных положений, еыводов и рекомендаций определяется корректным применением известных закономерностей теории колебаний и механики горных пород, а также использованием стандартных методов анализа массивов экспериментальных данных.1

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтве- -рждена лабораторными и натурными экспериментами. Относительная погрешность определения коэффициента затухания и частоты.максимума спектральной плотности.колебаний в лабораторных условиях не превышала 7 %.при доверительной вероятности 0,95, а в шахтных - 15 % при доверительной вероятности 0,8. Обтнорть результатов подтверждена положительным эффектом от внедрения методики и средств контроля на трех гипсовых шахтах с различными горно-геологическими условиями.

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении упругого защемления демпфированной потолочины, в определении нелинейно растущей зависимости между коэффициентом затухания колебаний, мощностью потолочины и степенью ее демпфирования, в выявлении практической инвариантности коэффициента затухания и частоты максимума спектральной плотности от расположения точек возбуждения и приема на участке, прилегающем к оси. Установленные положения служат научной основой для создания новых методик и средств контроля.

Практическое значение работы заключается в разработке и промышленном внедрении комплексной методики и средств оперативного выявления нарушений в потолочинах выработок большой высоты с дальнейшим длительным наблюдением за их состоянием.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Выводи и рекомеида- ' ции положены в основу утверзденных на уровне отрасли документов: технического задания на виброакустическнй прибор "ДВШ" и "Методических рекомендаций по комплексному контролю кровли в выработках большой высоты на шахтах по добыче гипса". На гипсовых шахтах Ар-темовского алебастрового комбината (Донецкая обл.), Новомосковского гипсового комбината (Тульская обл.) и Пошеланского гипсового завода (Нижегородская обл.) внедрена методика контроля па состоянием потолочин с использованном средств, .выполненных на уровне изобретений (а. с. СССР.га 1328519, 1573174, 1737П5). Использование методики а условиях Артемовской гипсовой шахтн позволило в 1991 г. получить фактический экономически!: эффект 218,5 тыс. руб. с долевым участием автора - 152,95 тис. руб..

Апробация работы. Основные положения работы доклодипалиоь на УП-ой Всесоюзной конференции по мехшшко горных пород (Днепропетровск, 1981 г.), Всесоюзном семинаре по горной геофизике (Сухуми, 1983 г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре по проблемам горного давления на больших глубинах (Кривой Рог, 1990 г.), технических советах концерна "Донецкетройматериалн" (Донецк, 1991 г.), а также Артемовского алебастрового комбината (Артемовен, 1991 г.).

Публикации. По темо диссертации- опубликовано 18 печатных работ, в том число 8 авторских свидетельств на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из вводония, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего' 122 наименования, изложена на 179 страницах машинописного текста, вгшочаот 14 таблиц, 48 рисунков и 15 приложении.

ОСНОШОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Отечествошшй .и мировой опыт свидетельствует о целесообразности разделения контроля состояния потолочины камер на два этапа. На первом этапе осуществляют первичный контроль с целью определения возможности длительной безопасной эксплуатации выработок. Перспективным методом первичного контроля, является вибрзг.кустический. Работами Д.Р.Ханпона, Г.Моитилло, П.Вобора, В.С.Ямщикова, ЮЛ.Баукояа, Е.Е.Сидорова, Б.И.Шпарпмапа, Ю.Т-.Мяетпсова, Л.И.Комарова, А.А.Ялан-екого, А.В.Бойко покапана возможность применения.метода для опера--уивного обнаружения заколов и расслоений. Полученные критерии, ха-. рактеркзующио состояние • потолочины по параметрам, со свободных, изги-бнюс колебяиий, базируются на гипотезе по жесткого защемления.на

границе с целиками при отсутствии сплошного контакта с покрывающей породой и не отражают всего многообразия'реальных горно-геологических условий. Работами А.Г.Глишаиа, Б.П.Овчарищо, 'В.Л.Казаковой показана возможность применения анализа свободных колебаний по то-■лщию'для количественного определения мощности потолочин вне зависимости от условий контакта их с массивом. Однако, данный вариант' метода малооперативен.

. Задача второго,этапа --регистрация изменений состояния потолочин выработок при их длительной эксплуатации.- При большой площади (свыше 50 га) эксплуатируемых, выработок целесообразен локальный дистанционный контроль, заключающийся' в делении шахтного пола на участки, контролируемые ;из безопасных точек, в основном,- путем регистрации деформаций."Реализация идеи локального дистанционного ■ контроля деформаций изложена в работах Т.В.Мещерякова, А.В.Мосуно-ва, А.А.Букшука', А.Д.Алексеева, Б.1,1.Усаченко, В.Г.Перепелицы, С Жаркова, К.А.Ардашева-, К-.Яюка, .И.Г.Кузьмсва, ¡1^ оно пли, С.Барроу и других авторов. Однако, в.этих работах не освещены вопросы, регистрации иаянх. дефор1лаций'иотолочин,'контактируицих со слабой . покрывающей'породой, при'большой высоте выработок. Известные средства контроля не удовлетворяют.комплексу требований по точности, надёжности, долговечности и стоимости.;

При разработке средств контроля' недостаточное внимание уделялось эргономическим аспектам, .учитывающим специфические условия работе оператора в выработках больной вкротц.

Ее разработана, комплексная методика.оценки состояния потолочин для широкого диапазона горно-геологических условий.

■Для разработки указанной' комплексной методики необходимо прове. денив экспериментальных и аналитических исследован^ по расширению' области применения виброакусигаеского и деформационного методов. Учитывая это, в работе решались следующие задачи; '

Т) установить основные 'закономерности свободных изгибных колебаний потолочины, демпфированной покрывающей породой; .

; 2) разработать средства виброакустического контроля для оперативной оценки со,стояния потолочин в широком диапазоне горно-геологических условий с .учетом особенностей, работы на высоте;

3) разработать средства для осуществления локального.дистанционного контроля деформаций потолочин в выработках большой высоты;

4) разработать и внедрить комплексную методику контроля состояния штолочш длительно эксплуатируемых выработок большой высоты.

Для обеспечения'решения первой задачи проведены шахтные исследования, позволившие установить, что среднее расстояние л между трещинами в несколько раз превышает ширину в выработки, а отношение мощности fi потолочины к ширине 6 находится в предолах от 0,04 до 0,Т5. Поскольку раскрытие трещин составляет от т мм до 5 мм, то короткие края потолочин можно считать свободными. Для определения характера защемления по длинным сторонам был поставлен эксперимент, суть которого, сводилась к нормируемому ударному возбуэдению центра гипсовой потолочины; демпфированной покрывающей глиной, и регистрации амплитуды виброускореппя по мере перемещения приемника от оси выработки к флику,- осуществляемой с задержкой, в несколько раз превышающей время распространения волн Релея от точки удара. Для случая < 0,05 уровень'сигнала на границе потолочкпн с целиком близок к нуда. Это практически соответствует условиям, жесткого защемления. С увеличением отношения . Р>/в уровень сигнала, возрастает. Путем записи сигнала на магнитофон и последовательного пропускания .в лабораторных условиях через каналы октавного фильтра ОТ -ТОТ с выходом на запоминающий осциллограф С8-Т7 была -выполнена оценка, спектрального состава колебаний. Установлено, что при пролето выработки 8,5 м и тирости потолочины от 0,5 м до Т,2 м максиглум спектральной плотности находится в пределах от 63 Гц до 250 Гц, что значительно ниже; чем характерные частоты для' колебаний по толщине й волновше. процессов, При повторении указанного эксперимента варьировались: порода потолочины (гипс и доломит), покрывающая.порода (глина, аргиллит, алевролит, доломит), ширина выработки (от 6 м до Т2 м), мощность потолочины (от 0,4 м до Т,8 м). Во всех случаях при fi/в> 0,05 значение уровня сигляла на контура нз менее,' чем на порядок Превышало уровень иумов, а Частота максимума спектральной плотности была ниже 500 Гц, Устойчиво повторяющееся наличие на защемленной' гршпщо низкочастотных колебаний позволило сделать вывод, что эа-щемление демпфировшшой покрывающей породой пртолочгаш. является упругим, приближаясь к жесткому с уменьшением отношения мощности потолочины к ширине выработки.

В отличии от известных' раноо математических моделей свободно колеблющейся потолочины с жестким защемлением на граница о целиками предложенная автором модель с- упругш защемлением носит более общий характер. Уравнение свободных, изгибных колебаний потолочины с учетом внутреннего трения и внешнего вязко-упругого со-

ь

противления со стороны покрывающей породы имеет вид

где и) - текущее смещение точки;

^ - мощность потолочины;

Сг - скорость продольной волны в покрывающей породе;

I?* и фг. - вязкость пород потолочины и покрывающего слоя;

§1 и - плотность пород потолочины и покрывающего слоя;

/О, Кг.,К} - коэффициенты пропорциональности. Вид решения уравнения (Т) определяется начальннми и граничными условиями. Автором рассмотрен практически важный случай начального симметричного прогиба потолочины вследствие удара. Защемление коротких сторон принято свободным, длинных упругим. Для указанных условий получены выражения, характеризующие спектр колебаний и затухание спектральных составляющих. В качестве информативного параметра выбран.коэффициент затухания на частоте максимума спектральной плотности сигнала. Выбор обоснован следующими соображениями;

коэффициент затухания не зависит от начальной амплитуды анализируемого сигнала, изменяющейся вследствие вариации силы удара и условий контакта приемника колебаний с потолочиной;

вследствие быстрого увеличения затухания с ростом частоты коэффициент затухания на частоте максимума спектральной плотности си-, гнала практически можно определять без фильтрации высших гармоник;

определение коэффициента затухания с приемлемой точностью осуществимо с использованием стандартного лабораторного оборудования.

Выражение для коэффициента затухания на частоте максимума спектральной плотности сигнала имеет вид •

Л 1 / ^^{уТё* + . к*?* с*1- к* к I ,оч

0=1/Л Я ''КА'.

где % - параметр, характеризующий упругость, защемления;

В - динамический модуль упругости породы потолочины;

V - динамический коэффициент Пуассона породы потолочины. Согласно (2) коэффициент затухания представлен в виде суммы двух слагаашх, характеризующих,, соответственно, потери на преодо-' ление вязкого трения в породе потолочины и вязко-упругого.сопротивления со стороны покрывающей породы. Отношение второго слагаемого к первому характеризует степень демпфирования потолочины покрывающей породой. Рост, вязкости и акустической .жесткости покрывающей'

' породы приводит к увеличению степени демпфирования, а следовательно, и к увеличению затухания. Увеличение мощности потолочины приводит к снижению влияния демпфирования, что объяснило проявлением инерционных свойств потолочины при ее возросшей массе. Однако, при этом значительно возрастают потери на внутреннее трение. В результате сумма двух составляющих коэффициента затухания воз ¡истает с увеличением мощности.

Таким образом, коэффициент затухания свободных изгибных колебаний 'демпфированной покрыващей породой потолочины нелинейно возрастает с увеличением ее мощности и степени демпфирования.

Вариацией показателей защемления и степени демпфирования могут быть получены ванные частные случаи. При ь = I длинные стороны свободны. При Ъ<~1 защемление упруго, причем, о уменьшением данного параметра жесткость защемления возрастает. Минимальная степень демпфирования соответствует воздушному прослойку метду потолочиной и вышележащей породой и определяет наименьшее затухание.

■ С точки зрения технической реализация в портативном приборе более приемлемым является измерение времени затухания ¿з начальной амплитуды в фиксированное число п раз

- ¿-.¿пп. (3)

Из выражений (2) и (3) внтиает гиперболическая зависимость между временем затухания и мощностью потолочины

4- - Г> ,,ч

- ' (4)

где - параметр, зависящий от геометрических размеров потолочины и физико-механических свойств ее породы;

^г - параметр, зависящий от физико-механических своГств' покрывающей породы.•

Как показываот анализ решения уравнения (I), упругое защемление на контуро приводит к появлению в споктре колебаний с.частотами ниже основной, являющихся помохой при анализо сигнала. Их уровень увеличивается с пониженном лсосткости защемления, а, также по мере приближения приемника колебаний к защемленной границе. С целью уменьшения их влияния необходимо использовать как технические решения, заключающиеся в частотной- селекции сигнала, так и мотодиче-скиб приемы, ограничивающие контролируемую площадь потолочины.

Дня исследования-свободных иэгибигос колебаний потолочины при различных, условиях возбугдопия и приема, были проведены лаборэтор-

1С,

ные и натурные эксперименты. Моделью потолочины служила асбестоце-ментная плита с вариацией отношения М 1в от 0,03 до 0,11 и вариацией отношения 61а, от 0,15 до 0,47. Покрывающую породу имитировали равномерно нагруженным листом резины или поролона. Диапазон изшнения времени затухания (уменьшения начальной амплитуды на порядок) на основной частоте.составлял от 7 до 18 периодов, что примерно соответствует условиям демпфирования в натуре. Минимальный относительный уровень сигнала на защемленной границе составил 0,08 от значения на оси, максимальный - 0,31. Таким образом, реальные потолочины и их физическая модель характеризуются соизмеримыми значениями соотношения геометрических размеров, степени демпфирования и условий защемления, что обуславливает качественное подобие физического процесса свободных изгибных колебаний. •

Дня возбуждения колебаний служил .электромагнитный ударник, а для приема - миниатюрный широкополосный пьезопреобразователь. При вариации положения возбудителя и приемника определяли спектральный состав колебаний и коэффициент затухания. Полосу частот, содержащую максимум спектральной плотности, определяли по наибольшему уровню сигнала на выходе каналов октавного фильтра ОА-101. Измеряя с помощью запоминающего осциллографа С8-17 средний период колебаний в указанной полосе, определяли частоту £ максимума спектральной плотности с относительной погрешностью не более 7/2, Время ¿з затухания определяли по осциллограмме процесса, рассчитывая затем коэффициент затухания 8 с относительной погрешностью, не превышающей, 5 '

В процессе экспериментов был подтвержден теоретический вывод о наличии в спектре сигнала свободных изгибных колебаний упруго защемленной плиты составляющих'с частотами ниже максимума спектральной плотности. С доверительной вероятностью не ниже 0,95 установлена инвариантность в пределах погрешности измерений значений частоты максимума спектральной плотности и коэффициента затухания колебаний при изменении взаимного расположения возбудителя и приемника в пределах участка^ равного половине ширины модели и расположенного симметрично относительно продольной оси.

С целью достижен.ш общности результатов для широкого круга горно-геологических условий, характерных для длительно эксплуатируемых выработок большой высоты, натурные эксперименты проводились для всех основных, реально наблюдаемых.на шахтах до добыче гипса и пильного известняка, типов потолочин,, представленных в табл. I.

Таб.шда I

Основные типы потолочин выработок большой сысотн :Тип:1итолого-геомеханическая характеристика состояния потолочаш:

«. I » . . . , ................»

1 с проектными параметрами (весьма устойчивая)

2 расслоившаяся, нетрещиноватая

3 расслоившаяся, с блочной структурой

4 с уменьшенной на большой площади мощностью и слабой докриьа-ющей породой, нетрещиноватая

5 с ло1{альным уменьшением мощности и слабой покрывающей породой, нетрещиноватая

6 с блочной структурой'н слабой покрывающей.породой

7 с уменьшенной мощностью'й вышележащим водонапорным слоем

8 с визуально регистрируемыми деформациями

9 с частичным или полним обрушением

Натурше виброакустические исследования включали запись на портативный магнитофон колебаний потолочин, возбужденных ударом, прн вариации взаимного положения точек возбуждения и приема на участках, прилегающих к оси выработок, и примерно равных по ширине половине их пролета. Лабораторный анализ сигнала осуществляли так же, как и в экспериментах с моделью, с той же точностью измерений.

Согласно данным, полученным-в условиях Аргзмовской гипсовой шахты для каждой из.потолочш! с мощностью от 0,4 м до 2,2 м, как отслоившихся, так и.контактирующих с покрывающей глиной, максима-■ лыше значения коэффициента вариации составляют; для частоты максимума спектральной плотности - 7,4 5?, для коэффициента затухания - 4-,2 Разброс значений параметров близок к погрешности данных.

Таким образом, на основе результатов лабораторных и шахтных эк-, спершентов установлено, что значения коэффициента затухания и частоты максимума спектральной плотности свободные пзгибных коягба-нш" потолочины практически не зависят от взаимного расположеи.-д точек возбуждения и приема на участке, придогающ&л к продольной оси потолочины.

Совместное проведение контрольного бурения (около 80-и шпуров диаметром 42 ш и глубиной: 1,5 м '- 2,2 а) и виброакустическпх измерений позволило подтвердить теоретические выводы о нелинейно'

растущей зависимости между мощностью потолочины и коэффициентом затухания при стабильности контакта с покрывающей породой. С увеличением степени демпфирования возрастает коэффициент затухания: примерно в 1,4 раза при замене контакта с воздушным прослойком на контакт с глиной и в 2 - 3 раза при замене на контакт с доломитом.'

С целью определения деформационных критериев состояния потолочин при длительных наблюдениях проанализированы.массивы данных по. визуальным наблюдениям, инструментальным измерениям и контрольно- . му бурении в условиях гипсовых шахт.-Потолочины с проектными параметрами характеризуются годовыми деформациями, не превышающими сотых долей миллиметра. Для нетрещиноватых потолочин с уменьшенной ^ мощностью (типы 2, 4 и 7 по табл. I) характерны деформации порядка десятых долей миллиметра в год. Деформации, составляющие единицы миллиметров в год, харакгерш для потолочин с блочной структурой. На участках потолочин с локальным уменьшением-мощности наблюдались деформации на Площади в несколько квадратных метров, составляющие десятки миллиметров в год, приводящие.к'вывалам.

На основе шахтных наблюдений и экспериментов были окончательно определены технические требования- к средства!,1 и методике контроля.

Вторая из поставленных в работе задач решена, путем разработки шахтного виброакустического прибора "ДВШ" (пол. решение по заявке И 4880311/03 от 27.08.91 г.), предназначенного для оперативной диагностики состояния основных типов потолочин в условиях выработок большой высоты. Измеряемым параметром является время затухания. Технические характеристики прибора -приведены ниже::'

время анализа сигнала, мс - . • - 200; :

приведенная погрешность измерений, % —1,0;

напряжение питания, В - 6 - 9; '

максимальный потребляемый ток, мА -100;

масса, кг - 1,0;

габариты,'мм • ' - 550x80x65.

По сравнению с известными приборах®! разработка автора отличает-. ся меньшими значениями массы, габаритов и энергопотребления. Применение амплитудной, частотной и временной селекции сигнала обес- . печивает. высокую помехоустойчивость прибора. Отсутствие проводной .связи между прибором и возбудителем колебаний, а также наличие автоматики цикла измерений в значительной степени повышают 'эргономические характеристики прибора по сравнению с известными аналогами. Время проведения'пяти измерений в одной точке не'превышает 30 с.

¿о

и целью решения третьей задачи разработан комплекс средств регистрации деформаций для различных типов потолочин. Для дистанционного наблюдения .за динамикой деформирования потолочин всех основных типов предназначен комплект "ДПК" (а. с. 13285Т9 СССР). В его состав входят герметичные потенциометрические преобразователи, детали для их монтажа, проводные линии и регистрирующий блок. Технические характеристики комплекта приведены ниже: •

количество контролируемых точек - 10;

диапазон измерения деформации, мл - 0 - 50;

приведенная погрешность измерения, % - 5,0:

. рабочее напряжение датчика, В - 27;

масса датчика, кг - 1,2;

масса регистрирующего блока, кг • - 1,5.

. Для отдельных типов потолочин разработаны специализированные механические сигнализаторы с грузовыми сигнальными элементами. Локальный дистанционный контроль устойчивости пс^олочин в выработках с устойчивой основной кровлей осуществляют с помощью многоступенчатых сигнализаторов "СК" (а. с. 1573Т74 СССР) и "СПК" (а. с. 1737ТТ5 ССОР), Для условий, где невозможна установка глубинного репера, разработан сигнализатор "ЛСД" (пол. решение от 25.03. 92 г. по заявке 4950070/03). Технические характеристики сигнализаторов -приведены в табл. 2.

Таблица 2

Технические характеристики сигнализаторов деформации потолочин

1 ' ' ----------- : Техническая характеристика Тип сигнализатора ' •

"СК" ': • "СПК" "лсд" :

колиаество. сигнальных элементов . • 6 • 6 . 3

диапазон регистрации смещений, ■ мм 0 - 50 0 -20 0-30

погрешность срабатывания, мм 0,7 0,5 1,0

дальность наблюдения за состоянием сигнализатора, м 20 40 20

масса, включая монтажные эле-■ менты, кг- ТЗ ТЗ ' б

Сущность комплексной методики контроля, составляющей предают решения четвертой задачи, сводится к следующему.

Первичный контроль предусматривает последовательное -применение визуального осмотра, виброакустических измерений и контрольного бурения. селективность виброакусипеского контроля оценивают критерием

ь1о+и(и,<*)Ло , (5)

где to - показания прибора для весьма устойчивой потолочины;

Д, - средний .размах распределения показании для весьма.устойчивой потолочины; С!(и*) - статистический параглстр, табулированный Е.Лордом; 1 Ъ3 - показания-прибора для потолочины с устойчивостью ниже проектной..

В случае выполнения критерия (5) путем виброакустических измерений, и контрольного бурения набирают данные для построения тари-ровочных зависимостей вида (л).применительно к конкретной шахте.

Виброакустический контроль осуществляют тремя паралельнши профилях, ш, равномерно распределенными'по ширине выработки. Однородное поле показан^ прибора характерно для потолочин с выдержанной мощностью и позволяет оценить ее значение. Наличие максимума при плавном изменении показаний соответствует участку с келэбообразным строением потолочины. Резкое увеличение показаний в нескольких соседних точках свидетельствует о локальном уменьшении мощности. При контроле потолочин с блочной структурой по максимальным пок:,занишл прибора определяют наименее устойчивые блоки для последующей установки на них средств регистрации деформаций.

По результатам первичного контроля определяют -возможность дальнейшего использования выработок в технологических процессах. Ввиду ухудшения состояния выработок со,временем такую оценку осуществляют периодически,.не реже одного раза в год. Токущий,контроль состояния осуществляют путем регистрации деформаций и визуальных наблюдений. Типичными признаками уменьшения устойчивости- потолочин являются;

появление дополнительных трещин; .'.,'.

искаженный вид годового деформационного цикла, обычно согласованного с сезонными изменениями температуры;

увеличенная в два и более.раза по сравнению со средней для данного типа потолочины скорость деформирования.

С учетом интенсивности эксплуатации выработок и устойчивости их потолочин выделено 5 категорий выработок. Рекомендации по контролю деформаций потолочин средствами локчльного. дистанционного кокгроля для каздой из категорий представлены в табл. 3. ^ ч Таблица 3.

Рекомендуемые средства локального дистанционного контроля и периодичность регистрации деформаций

: Тип :Катего-: пото-:рия вы: лочин:работок : Присутствие людей в : выработке ♦ Сродства контроля : Период : контроля, : дней :

. I : I; постоянное,-без ограничений -

2, 3 2 ( постоянное, при :от-сутствш: мощных динамических воздеис-'. вий на массив "СК", "СПК" 7-30

4, 5 . .3 эпизодическое-. ."ДПК", "ЛСД" 30

6, 7 4 допустило в случае особой необходимости "ДПК", "ЛСД" ' 60

8, 9 5 недопустимо установленные до перехода в 60

категорию 5

Перечисленный в:табл. 3 комплекс средств локального дистанционного контроля для выработок второй'категории, ввиду малости регистрируемых деформаций, целесообразно дополнить шдикаторнши станциями и планочнши маяками. Период мезду -измерениями составляет от 30 до 60 дней.

'- В случае регистрация аномальных для данной категории деформационных'явлений. проводят инженерные мероприятия по повышению устойчивости потолочины или ограничивают доступ людей в выработку.

Описанные средства и. методика -контроля внедрены на гипсовых шахтах Артемовского алебастрового комбината, Новомосковского гипсового комбината и Пзшеланского гипсового - за-лода. ФактичаскиН экономический эффокт от внедрения на гипсовой 'шахте Артемовского алебастрового комбината з 1X91 г. составил 218,5 тыс. руб. с долепил участием г.вто^а - Т52,95 тгс. руб..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная в научном и.практическом плане задача до разработке комплексной методики и средств контроля состояния потолочин длительно эксплуатируемых выработок большой высоты путем выявления и.использования закономерностей свободных изгибных колебаний потолочин при различных условиях их контакта с массивом.

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1. Установлены основные закономерности затухающего колебатель-' ного процесса в потолочине, демпфированной покрываклцей.породой.

Показано, что защемление потолочины на границе с целиками носит ' упругий характер, приближаясь к месткому с уг.1еньшением отношения мощности потолочины 1: ео ширине. Установлена нелинейно растущая зависимость коэффициента затухания от мощности потолочины. и степени ее демпфирования. Выявлена практическая инвариантность временных параметров колебаний от взаимного расположения точек возбуждения и приема на участке, прилегающем к продольной оси..

2. Разработан виброакустический дефектоскоп "ДШ"," предназначенный для оперативной .-диагностики состояния потолочин выработок большой высоты в широком диапазоне горно-геологических условий.

3. Разработан комплекс средств регистрации деформаций, реализующий идею локального дистанцивнного контроля состояния потолочин выработок большой, высоты.

.4, Разработана комплексная методика контроля состояния потолочин длительно эксплуатируемых выработок большой высоты, включающая оперативное выявление участков с понижещшЁ устойчивостью и дальнейшее длительное наблюдение за допюр.щрщ.'Ш .данных участков»

5. На уровне отрасли утверзде;«;: техническое задание па лрдбор "ДНИ" и "Методические рекомендации по комплексному контролю кровли в выработках большой.высоты на шахтах по добыче гипса".

6. Методика и средства контроля внедрены па трех предприятиях. Фактический экономический эф5ект от внедрения средств и методики контроля состояния: потолочин на Артемовской гипсовой шахте составил 218,5 тыс. руб.. Долевое участие ангора -'152 ,£5 тыс. руб..

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Усаченко Б.М., Кирпичансзши Г.Т., Сергиенко В.Н. К вопросу об оценке неоднородности породного массива по результатам геофизических измерений//5изико-технические проблемы разработки по-

■ лезных ископаемых. - 1981. - й 5. - С. ТЭ - 25.

2.- Усаченко Б.М., Кпрничанскпй Г.Т., Перепелица В.Г., Се|-

ко В.Н. К вопросу об оценке свойств породного массив: л ',оиах геологических нарушений мощных пологих пластов//Тезнсн докладов УП-ой-Всесоюзной копференщш по механике горних пород н IS8I г.

• в г. Днепропетровске. -М., 1981. - С. 67.

3. Сергиенко В.Н. К совершенствованию конструкцшг ультразвукового шпурового датчика к методики его применения; Ин-т геотехн. мах. АН УССР. - Днепропетровск, .1981. - 7 с. - Деп. в ВШИТИ

. 22.04.81, ß 1732.

4. Усаченко Б.Ü., Кирничанский Г.Т., Сергиенко BJI. Устройство для высокочастотного контроля кровли горных вырвботок// Тезисы докладов научного семинара по горной геофизике в IS83 г. в г. Су-хумиг - Тбилиси, 1983. - С. 145.

5. Усаченко Б.1.1.; Кирничанский Г.Т., Максимов A.A., Сергиенко В.Н, Косарыгин Ю.А. Система автоматизированного контроля смещений потолочины камер// Безопасность труда в промышленности. - 1984. - .'5 9. - С. 46 - 47.

6. Сергиенко В.Н, К совершенствованию коммуникационной сети систем контроля за состоянием горных выработок; Ин-т геотехн. мех. АН УССР. - Днепропетровск, 1986. - II с. - Деп. в ЕШИТИ'

• 15.10.86, 15 7259.

7. Сергиенко В.Н., Усаченко Б.М., Яланский A.A. Прибор виброакустического контроля породного массива// Безопасность труда в

■ промышленности. - 1989. - JS I. - С. 35 - 36.'

8. Сергиенко В.Н., Васильев Б.В. Локальный дистанционный контроль кровли выработок большой высоты// Тезисы докладов Всесоюзного семинара "Проблемы горного давления на больших глубинах'при ведении подземных и открытых горных работ" в 1990 г. в г. Кривом Роге.' - Кривой Рог, 1990. - С. 67.

9. Сергиенко ВЛ., Васильев Б.В. Ударное устройство для виброакустического контроля; Ин-т геотехн. мех,- Ш УППР. - Днепропетровск, IS9I. -.5 с. - Деп. в ВИНИТИ 06.06.91, J5 23G5.

ТО. Сергиенко В.Н., Васильев Б.В. Шахтная индикаторная станция

"СШ.Г. Ин-т геотехп. мех. АН УССР. - Днепропетровск, 1291. -4 с. - Деп. в ВШИШ 06.06.91, J5 2366..

П. А. с. 924372 СССР, Ш13 Е2ТС 39/СО. Устройство для контроля состояния кровли гор; кс выработок/ Усаченко Б.1\1., Косенко В.И. Соргизкг.о H.H. (СССР). - J} 2990346/22-03; гаявлено 00.TO.80; ' Onjvj.7. Mo.Ci.a:; Бюл. а те. 4 ■

12. А, с. II33568 СССР, Ш14 G-ОЦ/ l/00, Устройство для виброакустического контроля состояния породного массива/ Усаченко Б.М._, Кирничанскп" Г.Т., .Сергиенко Б.Н. (СССР). 3645301/18-25; Заявлено 23.0S.83; Опубл. 07.01.85; Бш. й I.

13. А. с. 1328519 СССР, ЫКЙ4 E2IC 39/00. Устройство■для измерения, смещений элементов горних выработок/ Усаченко Б.М./ Сергиенко В.Н., Перепелица В.Г. (СССР). - й 4038430/22-03; Заявлено 17.03.86; Опубл. "07.00.87; Бш. Л 29.

14. А. с. I44IT73 СССР, Ш14 &0ТВ 5/30.'Устройство для сигнализа-дии о деформации горного массива при проходке подземных выработок/ Усаченко Б.Ц., Перепелица В.Г,, Комендантов Б.А,, Сергиенко В.Н. (СССР). - Ü 423Т263/и5-28; Заявлено 16.04.87; Опубл. 30.ТТ.88; Б;ол. % 44. ,

Т5. А. с. Т460256 СССР, .ЫКИ5 12IG 3S/CX>. Устройство для измерения деформация контура выработки/ Соргиопко В.н., Перепелица В.Г., Васильев Б.В. (СССР). - JS 4256754/22-03; Заявлено 03.06.87;

<9

Опубл. '23,02.82; Бюл. J'^7. . • "

16. А. с. T573I74 СССР, МКИ5 E2IC 3S/00. Устрогство для сигнализации о деформаци! кровли горных выработок/ Усаченко Б .1.1., Сергиенко В.Но Васильев Б.В., Косарыгин Ю.А;, Селезнев A.i;l. (СССР). - й 4414015/31-03; Заявлено 21.04.88; Опубл. 23.06.90; Бш. Jj 23.

17. А. с. Т6ТВ878 СССР, ¡ЯКИ5 E2IC'39/00. Устройство для контроля состояния горных выработок/Усачонко Б.Ы., Сергиенко В.Ц., Перепелица В.Г., Калитюк С.Н. (СССР). - J5 4473842/22-03; Заяв-лено'П.08.88; Опубл. 07,01.91; Бш,'й I.

Т8. А. с. 1626696 СССР, 1ЖИ5 Е2ТС 39/00. Устройство для контроля состояния заколов на контуре выработки/ Усаченко Б.И., Сергиенко В.Н., Ялансшс'! A.A., Баранов В.И., Бойко A.B. (ССОР). -П 4642951' , 15.02.91; Бюл. X" 6.

А В Т О Р Е 5 ЕР А Т РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ МЕТОДИКИ...

Ответственны:! за выпуск: Шпакунов И.А.

Подписано к печати £3.04.93 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл.печ.л. 0,93. Усл.кр.отт. 0,93, Тираж НО. Лакал 2930. '

Ипдательско-полиграфическое арендное предприятие "Днипро". ШДП"Днипро", 320070, г.Днепропетровск, ул.Серова, 7.