Определение скорости смещения пород в призабойной зоне

01.12.2020

Для исследования параметров воли напряжений в выбросоопасных породах; вызванных взрывом шпуровых зарядов и выбросом породы, в забое восточного полевого откаточного штрека шахты им. Скочинского замеряли скорости смещения породы в призабойной зоне. По скорости смещений породы определяли максимальные нормальные напряжения. Величина напряжений от взрывных нагрузок в массиве и закон их распространения позволили установить влияние динамических напряжений на проявление выбросов породы.

Скорость смещения измеряли методом многоканальных исследований колебаний. Так как регистрируемым параметром была принята скорость смещения массива, то виброизмерительные каналы составлялись из низкочастотных вибрографов и высокочастотных гальванометров. Таким образом, был выбран режим, когда перемещение инертной массы вибрографа соответствовало перемещению породы, а возбуждаемая вибрографом э. д. с.— скорости этого смещения. Параметр движения на записи после преобразования гальванометром соответствовал параметру колебаний принимаемого тока. Одновременно регистрировали колебания от четырех-пяти вибрографов ВИБ-А, расположенных в разных точках выработки, и светолучевого осциллографа H-105, предусматривающего 14 различных скоростей от 0,5 до 10 м/с. На приборе имеется- оптико-механический отметчик, времени с интервалом между основными метками 2; 0,2; 0,02; 0,002 с. Переключение частоты отметок времени сблокировано с переключением скоростей. При экспериментах скорость протяжки была 1 м/с. Цена деления отметчика времени — 2 мс. Визуальное наблюдение за процессом записи ведется на матовом экране с развертывающим устройством; скорость развертки плавно регулируется. Приборы питали от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В.

Тарировка измерительных каналов виброграф — гальванометр осциллографа выполнена нa стенде НИГРИ динамическим методом, позволяющим наделено, с необходимой точностью получить их частотные характеристики. Чувствительность канала (мм*с/см) по скорости, принятой в качестве измеряемой величины, определена по формуле
Определение скорости смещения пород в призабойной зоне

где А — амплитуда сигнала на осциллограмме, мм; vc — скорость смещения платформы вибростенда, см/с; f — частота смещения вибростенда, Гц; Aс — амплитуда смещения вибростенда, см.

Различная частота колебаний виброплатформы достигалась изменением частоты вращения электродвигателя. В табл. 11 приведены зависимости между частотой вращения, частотой и скоростью колебаний вибростенда при амплитуде колебаний, равной 0,35 мм.

Тарировочный коэффициент u определяли для каждой пары виброграф — гальванометр на нескольких частотах (табл. 12), для чего строили тарировочные кривые.


По известной амплитуде А и соответствующей данному каналу величине u рассчитывали максимальную скорость смещения породы (см/с)

Величина амплитуды уменьшалась вдвое, так как на вибрографе зарегистрирована удвоенная величина скорости смещения. Определив скорость смещения частиц породы при взрывании шпуровых зарядов и выбросе, в акустическом приближении можно вычислить максимальные напряжения (кгс/см2)

где р — плотность породы, г/см3; с — скорость продольной волны, м/с; vmaх — максимальная скорость смещения, м/с.

Результаты замера скоростей смещения и значения максимальных напряжений в местах установки датчика приведены в табл. 13. Для сопоставления параметров, полученных при взрыве шпуровых зарядов различной массы, в табл. 13 указаны их приведенные значения по данным двух опытных взрывов. Как для первого, так и для второго взрыва в нижней части забоя было пробурено 22 шпура. В первом случае заряжали 16,5 кг, а во втором — 22 кг. аммонита скального № 1. Так как взрывали шпуровые заряды, то необходимо определить величину эквивалентного заряда и его радиус. Для определения эквивалентного заряда воспользовались формулой М.А. Садовского, которая выражает зависимость скорости смещения v (м/с) от величины заряда Q (кг) и расстояния r (м) от него до вибрографа

где k=200 — коэффициент пропорциональности; n = 3/2 — показатель степени затухания волн.

По записи вибрографа № 3, находящегося на расстоянии 12 м от заряда, определяли величину эквивалентного заряда

Исходя из геометрических размеров заряда, рассчитывали его эквивалентный радиус, который для условий эксперимента равнялся 0,066. При взрывании шпуровых зарядов в забое и боковых стенках выработки установили три вибрографа (рис. 23, а). Вибрографы № 3 и 5 закрепляли на уровне 0,8 м от почвы выработки. Жесткое крепление датчиков обеспечило хороший контакт их оснований с поверхностью породы. В результате взрыва шпуровых зарядов подвигание забоя составило 1,6 м, в правой части забоя произошел выброс небольшой интенсивности. По осциллограмме определили, что вступление колебаний вибрографов № 5 и 3 происходит с запаздыванием соответственно на 2 и 3 мс по отношению к вибрографу № 1. Рассчитанная скорость распространения продольной волны в массиве равна 4000 м/с. Измеренные скорости ниже полученных другими исследователями, что можно объяснить нарушениями сплошности массива и суммарной ошибкой измерений, равной 10—15%. Датчиком № 3 зафиксированы сигналы от микровыброса, который произошел спустя 0,5 с после подачи импульса тока на взрыв. При повторном взрыве шпуровых зарядов датчики № 1, 4 установили в забое и в кровле выработки (рис. 23, б). Через 0,2 с после подачи импульса тока произошел выброс интенсивностью 12 м3. На осциллограмме записаны колебания от взрыва зарядов BB и выброса. Напряжения вызванные выбросом, меньше напряжении, вызванных взрывом зарядов BB (см. табл. 13). Данные этих, замеров относительно начала развития выброса подтверждены результатами киносъемки.

Полученные скорости смещений породного массива в измеряемых точках позволили определить максимальные напряжения и характер их распределения в призабойной зоне. Величины этих напряжений оказались меньшими прочности пород на разрыв и поэтому в местах установления датчиков откольных явлений не произошло.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна