Научная статья на тему 'Методика бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки'

Методика бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
321
63
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Уголь
Scopus
ВАК
CAS
GeoRef
Ключевые слова
ГОРНАЯ ВЫРАБОТКА / ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЭМИССИЯ / РАЗРУШЕНИЕ / ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ / ОБРУШЕНИЕ / ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ / ПРОФИЛИРОВАНИЕ / ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ / MINING / ELECTROMAGNETIC EMISSION / DESTRUCTION / CRACKING / COLLAPSE / ROCK PRESSURE / PROFILING / LABORATORY TESTS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Бизяев А. А., Воронкина Н. М., Савченко А. В., Цупов М. Н.

Выполнены исследования нестационарных сигналов электромагнитной эмиссии при разрушении горных пород в лабораторных условиях на жестком прессе. Определены параметры сигнала, предшествующие нарушению сплошности угля и вмещающих горных пород. Проведены натурные измерения сигнала электромагнитной эмиссии в подземных горных выработках шахты им. С.М. Кирова. Показано, что в местах с повышенным трещинообразованием и разрушением увеличивается период одиночных импульсов и возрастает амплитуда сигнала. Выполнено профилирование горных выработок приборами «Ангел-М» и регистрационно-диагностическим комплексом РЭМИ. Наблюдалось динамическое проявление горного давления в виде стреляния породы, при этом уровень электромагнитного излучения превысил фоновый более чем в 10 раз. Предложена методика прогнозирования динамических проявлений горного давления, основанная на амплитудно-частотном анализе нестационарного сигнала.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Бизяев А. А., Воронкина Н. М., Савченко А. В., Цупов М. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Methodology for the non-contact determination of dangerously loaded zones in a mine array

The studies of unsteady signals of electromagnetic emission during the destruction of rocks in laboratory conditions on a hard press. The signal parameters preceding the disruption of the continuity of coal and host rocks are determined. Field measurements of the electromagnetic emission signal in underground mine workings of the mine named after Kirov. It is shown that in places with increased crack formation and fracture, the period of single pulses increases and the signal amplitude increases. Profiling of mine workings was performed by Angel-M devices and a registration and diagnostic complex REY. A dynamic manifestation of rock pressure in the form of rock firing was observed, while the level of electromagnetic radiation exceeded the background by more than 10 times. A method for predicting the dynamic manifestations of rock pressure based on the amplitude-frequency analysis of an unsteady signal is proposed.

Текст научной работы на тему «Методика бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки»

УДК 622.833.5:551.24 © А.А. Бизяев, Н.М. Воронкина, А.В. Савченко, М.Н. Цупов, 2019

Методика бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-11-27-31

БИЗЯЕВ А.А.

Инженер Лаборатории механики горных пород ФГБУН Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН, 630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: [email protected]

ВОРОНКИНА Н.М.

Начальник отдела контроля динамических явлений и мониторинга массива горных пород АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия, e-mail: [email protected]

САВЧЕНКО А.В.

Канд. техн. наук,

заведующий отделом «Научно-инженерный

центр горных машин и геотехнологий»

ФГБУН Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН,

630091, г. Новосибирск, Россия,

e-mail: [email protected]

ЦУПОВ М.Н.

Ведущий инженер отдела «Научно-инженерный центр горных машин и геотехнологий» ФГБУН Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН, 630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: [email protected]

Выполнены исследования нестационарных сигналов электромагнитной эмиссии при разрушении горных пород в лабораторных условиях на жестком прессе. Определены параметры сигнала, предшествующие нарушению сплошности угля и вмещающих горных пород. Проведены натурные измерения сигнала электромагнитной эмиссии в подземных горных выработках шахты им. С.М. Кирова. Показано, что в местах с повышенным трещинообразованием и разрушением увеличивается период одиночных импульсов и возрастает амплитуда сигнала. Выполнено профилирование горных выработок приборами «Ангел-М» и регистрационно-диагностическим комплексом РЭМИ. Наблюдалось динамическое проявление горного давления в виде стреляния породы, при этом уровень электромагнитного излучения превысил фоновый более чем в 10 раз. Предложена методика прогнозирования динамических проявлений горного давления, основанная на амплитудно-частотном анализе нестационарного сигнала.

Ключевые слова: горная выработка, электромагнитная эмиссия, разрушение, трещинообразование, обрушение, горное давление, профилирование, лабораторные исследования.

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение объемов и качества добываемого угля требует постепенного перехода на большие глубины ведения горных работ, что характеризуется ростом напряженно-деформированного состояния и опасностью проявления горных ударов. Для обеспечения безопасности проведения горных работ необходимо осуществлять мониторинг и прогнозирование динамического проявления горного давления в подземных выработках, это позволит провести комплекс своевременных мер по предупреждению опасной ситуации, связанной с накоплением механического напряжения, которое может проявиться в виде обрушения. С увеличением глубины горной выработки интенсивность трещи-нообразования в массиве увеличивается [1], что предъявляет повышенные требования к оперативности выявления опасных участков. Одним из перспективных и активно развивающихся геофизических методов определения участка массива, находящегося в стадии предразрушения и активного роста трещинообразования, является бесконтактный метод, основанный на регистрации электромагнитного излучения, сопутствующего процессу нарушения сплошности горной породы. Метод является неразрушающим и находит применение в выделении опасно нагруженных участков в массиве горной выработки [2, 3, 4, 5, 6], прогнозе землетрясений [7], диагностике трещинообразования бетона в капитальных горных выработках и тоннелях [8].

Процесс трещинообразования горной породы сопровождается электромагнитным излучением [3, 4]. Излучение, сопутствующее разрушению горной породы, применяется при прогнозировании динамических проявлений горного давления. Нарушение сплошности породы сопровождается увеличением потока импульсов [9, 10, 11, 12, 13]. На этом принципе построена работа аппаратуры «Ангел-М», которая применяется на горных предприятиях, в том числе и на шахтах АО «СУЭК-Кузбасс». В работах [12, 13, 14, 15, 16, 17] приведены модели разрушения горной породы, и все они подтверждают наличие нескольких стадий разрушения. Некоторые исследователи [6, 9] процесс разрушения горных пород разделяют на четыре стадии. С первой по третью стадии происходит предраз-рушение. На третьей стадии резко увеличивается интенсивность электромагнитной эмиссии, и процесс разрушения приобретает лавинообразный характер. Четвертая стадия характеризуется разрушением горной породы.

Целью настоящей работы является наработка критерия обнаружения опасной зоны в массиве горных пород подземной горной выработки, находящейся в стадии предразрушения. Для этого требуется провести лабораторные исследования фона электромагнитной эмиссии в процессе

разрушения угольных образцов и вмещающих горных пород с шахты им. С.М. Кирова, а также выполнить измерения уровня электромагнитной эмиссии по профилю горных выработок и в местах тектонических нарушений и разломов.

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

ЭМИССИИ НА ОБРАЗЦАХ ГОРНЫХ ПОРОД

Для исследования способности накапливать механические напряжения и характера излучения горной породы в горной выработке на разных стадиях разрушения из массива взяты образцы вмещающих пород и подвергнуты полному разрушению на лабораторном стенде. Стенд состоит из пресса с жестким нагружением, датчика электромагнитного излучения, датчика измерения нагрузки, системы регистрации, хранения, отображения и анализа данных. Одноосное нагружение образцов осуществляется до их полного разрушения, которое определяется по резкому падению нагрузки, при этом производилась одновременная регистрация сигналов ЭМИ и нагрузки. Получена синхронная осциллограмма процесса разрушения, характеризующаяся тремя стадиями разрушения, представленная на рис. 1. Римскими цифрами показаны стадии разрушения, полученные согласно работе [18], по изменению пуассоновского потока импульсов.

Из рис. 1 следует, что горная порода разрушается при нагрузке не более 5 кН, то есть не способна накапливать механические напряжения, которые могут проявиться в виде горного удара. Из этого следует, что в массиве с такой по родо й нап ряженно-дефо рмированное состояние будет проявляться в виде шелушения, что повсеместно наблюдается в шахте им. С.М. Кирова. Уровень электромагнитного излучения в момент обрушения не превышает 20 мВ, причем при частичном разрушении амплитуда сигнала ЭМИ на 80% превосходила уровень сигнала в момент полного разрушения, что свидетельствует о том, что интенсивность излучения породой электромагнитных импульсов наблюдается на начальных стадиях нарушения сплошности в массиве и снижается к моменту разлома. Это показывает, что порода разрушается с большим количеством трещин на начальной стадии разрушения, образовывая магистральную трещину, которая разламывается постепен-

но с низким уровнем освобождения энергии. Однако аппаратура «Ангел-М», применяемая на предприятиях СУЭК, основывается на обнаружении изменения потока импульсов в сторону их увеличения. Соответственно, применение методик, основанных на обнаружении увеличения интенсивности электромагнитного излучения, может свидетельствовать о приближении к разрушению, но уменьшение потока импульсов может также свидетельствовать о том, что в массиве наблюдается нарушение сплошности, которое проявится в ближайшее время. Следовательно, при оценке массива на характер разрушений в нем по параметрам ЭМИ необходимо выявлять места с уменьшением количества импульсов, которые свидетельствуют о приближении к стадии лавинообразного разрушения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭМИССИИ ПО ПРОФИЛЮ

ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ ШАХТЫ ИМ. С.М. КИРОВА

Исследования в натурных условиях проводилось при помощи шахтного автоматизированного комплекса «Ангел-М» [19] и регистрационно-диагностического комплекса РЭМИ-3 [5].

Комплекс «Ангел-М» состоит из блока регистрации с индикатором и датчика электромагнитного излучения [19]. Наблюдение за электромагнитной обстановкой заключается в приеме и селекции сигналов от датчика в течение заданного временного интервала, обработке данных с определением количества амплитудных составляющих, превышающих пороговые значения, в единицу времени, сравнении полученного распределения амплитудных составляющих с эталонами (критериями отнесения участка контроля к определенной категории), выводе оценки категории на дисплей и запоминании результатов в энергонезависимую память.

Прибор РЭМИ-3 регистрирует сигнал на частоте от 100500 кГц с частотой выборки 1 МГц и записывает результаты регистрации в энергонезависимую память, анализ и обработка данных осуществляются на персональном компьютере. В качестве места проведения исследования выбрана шахта им. С.М. Кирова АО «СУЭК-Кузбасс», расположенная в г. Ленинске-Кузнецком Кемеровской области. Катего-

Рис. 1. Осциллограмма процесса разрушения образца горной породы с шахты им. С.М. Кирова Fig. 1. The oscillogram of the process of destruction of a rock sample from Kirov mine

Таблица 1

Результаты профилирования горной выработки на шахте им. С.М. Кирова

№ пикета I «Ангел-М» РЭМИ-3

1 А = 4,1; B = 0,28 75

2 А = 4,4; B = 0,27 115

3 А = 11,1; B = 0,33 360

4 А = 292,5; B = 0,05 600

5 А = 15,9; B = 0,22 520

6 А = 12,0; B = 0,24 420

7 А = 15,4; B = 0,36 520

8 А = 4,6; B = 0,25 420

9 А = 4,3; B = 0,28 520

10 А = 4,146; B = 0,25 180

11 А = 4,3; B = 0,28 100

12 А = 4,1; B = 0,28 90

Таблица 2

Некоторые результаты измерений приборами РЭМИ-3 и «Ангел-М»

Участок « Ангел-М» 1 РЭМИ-3

Подстанция, с А = 08,5; B = 0,143 0-150

опряжение БИС 2503 А = 25,5; B = 0,173 50-300

с ЦМПШ А = 10,8 5; B = 0,128 0-150

Сбойка 24 ФПО2503 А = 4,2; B = 0,278 50-160

А = 4,4; B = 0,279 20-150

А = 4,6; B = 0,251 20-180

ПК20 вентиляционный А = 4,1; B = 0,281 15-400

штрек лавы А = 4,3; B = 0,288 40-350

А = 4,1; B = 0,286 40-150

ПК52 А = 4,8; B = 0,294 70-180

А = 11,1 1; B = 0,336 10-120

А = 8,6; B = 0,308 50-140

Сопряжение А = 15,9 3; B = 0,200 200-500

с лавой № 25-101 А = 15,4; B = 0,366 230-300

А = 12,0; B = 0,242 330-400

Лава 50 м А = 309,7; B = 0,026 350-600

от конвейерного А = 641,4; B = 0,008 400-750

штрека А = 292,5; B = 0,05 360-630

Сопряжение А = 50,0; B = 0,079 30-70

с конвейерным А = 38,4; B = 0,097 40-80

штреком А = 2,8; B = 0,127 40-80

ЦМПШ 25-03 А = 4,5; В = 0,291 30-60

А = 4,1; В = 0,286 60-90

А = 4,3; В = 0,288 80-100

рия шахты по метану - сверхкатегорийная. Работы по выявлению опасных зон проводились в продуктивных пластах: пласт «Болдыревский» - мощность 1,8-2,4 м, угол залегания - от 0 до 10°; пласт «Поленовский» - мощность 1,4-1,8 м, угол залегания - от 0 до 12°. Абсолютная газообильность шахты - 181,7 м3/мин. На шахте две действующие лавы по добыче угля, четыре проходческих забоя. Исследования проводились в лаве № 25-101, проходческом забое ЦМПШ 25-03, капитальных выработках, вентиляционной печи 25-97 в зоне геологического нарушения и влияния лавы № 25-101. Для оценки влияния наводок от аппаратуры и кабелей замеры производились, в том числе, в непосредственной близости к участкам с наличием кабельной сети, подстанций, механизмов. В процессе измерения было проведено профилирование участка горной выработки, на котором наблюдаются частичное обрушение и свисание кровли. Профилирование проводилось путем регистрации электромагнитного излучения и вычисления параметров сигналов через каждые 50 м выработки. Прибором РЭМИ-3 зарегистрированные сигналы усреднялись на интервале в 1 мс. Результаты профилирования участка, на котором наблюдалось нарушение сплошности в массиве, представлены в табл. 1.

В процессе проведения замеров через 10 мин вблизи пикета № 7 наблюдалось динамическое проявление в виде стреляния (был слышан треск), после которого электромагнитный фон стабилизировался до уровня фонового.

В процессе профилирования горной выработки приборами «Ангел-М» и РЭМИ-3 пикеты выбирались на интервале 50 м. Был найден участок, на котором наблюдалось превышение фоновой составляющей более чем в 10 раз, в этой точке прибор «Ангел-М» показал значение параметра А=292,5, а В = 0,05. В ходе проведения измерений произошло динамическое проявление горного давления в виде стреляния, после чего значения приборов приблизились к фоновым.

1 ч

J

L . 1 L L L i J

1 * lili 1.1 É 1 i 1 T 1 J 1 J . J. L

■Vlin^ff .Will.,Г rVi'V J J4 i .цри""^ 1 j «t. ■ nul ------- i i,! rl lüá ,.J¿„ г 'ТГТ t ишн!

1 1 4 г 1 4 1 ■ ■ рт ■ 1

J

¡ 1.

Рис. 2. Осциллограммы

сигналов ЭМИ на участке

с динамическим проявлением

в виде стреляния (а)

и шелушения вблизи лавы (б)

Fig. 2. Oscillograms

of the signals of electromagnetic

radiation in the area

with a dynamic manifestation

in the form of shooting (a)

and peeling near the lava (b)

IOOO 2000 .1000 JOOO 5000 fiOGO 7000 8000 WOO 10000 11000 12000 1ЛООО

а

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

б

Осциллограммы, снятые на различных участках горной выработки, показаны на рис. 2. Синхронно зарегистрированные показания приборов РЭМИ-3 и «Ангел-М в виде двух параметров приведены в табл. 2.

Из результатов замеров следует, что измерения прибором РЭМИ-3 и «Ангел-М» коррелируют с коэффициентом 0,73. Из осциллограмм, записанных прибором РЭМИ-3, видно, что в тех местах, где наблюдаются повышенное тре-щинообразование и обрушение, период одиночных импульсов увеличивается с 5 мс до 100 и более. В местах, где наблюдается обильное шелушение, амплитуда сигнала увеличивается с 5 до 20 мВ непосредственно вблизи источника. Следовательно, горная порода не способна накапливать механические напряжения на поверхности оголенного участка горной выработки, динамические проявления горного давления могут выражаться в виде шелушения и стреляний, но сигналы от них слабые и регистрируются непосредственно вблизи области наблюдения, порядка 50 м от роста трещины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования излучения электромагнитной эмиссии на образцах горных пород и в натурных условиях позволят выработать критерий обнаружения опасных зон по горным ударам и проводить непрерывные наблюдения за изменением состояния массива с целью предотвращения опасного проявления горного давления. В ходе выполнения работы получены следующие научные результаты:

- проведены лабораторные исследования вмещающей горной породы с шахты им. С.М. Кирова, показано, что порода не способна держать нагрузку, а горное давление будет проявляться в виде шелушения и стреляния. Предвестником динамического проявления горного давления является уменьшение количества импульсов;

- проведены натурные исследования участка горной выработки при помощи оборудования «Ангел-М» и РЭМИ-3. Подтверждено, что на участке горной выработки наиболее показательными, с точки зрения прогнозирования, являются осциллограммы, которые демонстрируют характер изменения сигнала;

- в местах с вероятным проявлением горного давления в угольных шахтах наблюдается превышение фоновой составляющей более чем в 10 раз на расстоянии не более 50 м.

Список литературы

1. Шемякин Е.И., Курленя М.В., Кулаков Г.И. К вопросу о классификации горных ударов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1986. № 5. С. 3-11.

2. Куксенко В.С., Инжеваткин И.Е., Манжиков Б.Ц. Физические и методические основы прогнозирования горных ударов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1987. № 1. С. 9-22.

3. Курленя М.В., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Стадийность процесса разрушения на основе исследования ЭМИ-излучения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1991. № 1. С.12-21.

4. Яковицкая Г.Е. Прогноз динамических проявлений массива горных пород на основании регистрации сигналов электромагнитного излучения / Физические пробле-

мы разрушения горных пород. Сб. трудов третьей международной научной конференции 9-14 сентября 2002 г. Новосибирск: Наука, 2003. С. 98-103.

5. Бизяев А.А., Вострецов А.Г., Яковицкая Г.Е. Реги-страционно-диагностический комплекс РДК РЭМИ-3 и экспериментальные исследования разрушения горных пород в условиях подземных горных выработок Таштагольского месторождения // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2015. № 3 (28). С. 29-38.

6. Вострецов А.Г., Бизяев А.А. Измерительная система синхронной регистрации сигналов ЭМИ и механических параметров деформирования образцов горных пород в лабораторных экспериментах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017. № 6. С. 204-210.

7. Батугин А.С., Петухов И.М. К оценке напряженного состояния участков земной коры // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 1998. № 1. С. 146-151.

8. Pamukcu S., Cheng L. Underground Sensing. Monitoring and Hazard Detection for Environment and Infrastructure. Elsevier: Academic Press, 2017. P. 522.

9. Воробьев А.А., Завадовская Е.К., Сальников В.Н. Изменение электропроводимости и радиоизлучения горных пород и минералов при физико-химических процессах в них // Доклады АН СССР. 1975. Т. 220. № 1. C. 82-85.

10. Use of Electromagnetic Radiation from Fractures for Mining-Induced Stress Field Assessment / D. Song, E. Wang, X. He et al. // Journal of Geophysics and Engineering. 2018. Vol. 15. Issue 4. P. 1093-1103.

11. Rabinovitch A., Frid V., Bahat D. Directionality of Electromagnetic Radiation from Fractures // International Journal of Fracture. 2017. Vol. 204. Issue 2. P. 239-244.

12. Changes in Frequency of Electromagnetic Radiation from Loaded Coal Rock / D. Song, E. Wang, X. Song et al. // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016. Vol. 49, Issue 1. P. 291-302.

13. Study on the Characteristics of Coal Rock Electromagnetic Radiation (EMR) and the Main Influencing Factors / X. Song, X. Li, Z. Li et al // Journal of Applied Geophysics. 2018. Vol. 148. P. 216-225.

14. Добровольский И.П. Механика подготовки тектонического землетрясения. М.: Наука, 1984. 190 с.

15. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел // Вестник АН СССР. 1968. № 3. С. 46-52.

16. Структурные уровни пластической деформации и разрушения / В.Е. Панин, Ю.В. Гриняев, В.И. Данилов, Л.Б. Зуев. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1990.

17. Bombizov A.A., Bespalko A.A. Spectrum Monitoring of Elecromagnetic Signals from Rocks to Control Geodinamic Process under Working Mine Conditions // IOP Conf. Series: Materials Scince and Engineering. 2015. Vol. 81. P. 1 - 9.

18. Вострецов А.Г., Бизяев А.А. Обнаружение изменения свойств нестационарного пуассоновского потока импульсов неизвестной интенсивности // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2008. № 3. С. 37-44.

19. Яковлев Д.В., Мулёв С.Н. Опыт применения многофункциональной геофизической аппаратуры Ангел-М в угольной и рудной промышленности // Уголь. 2014. № 10. С. 14-19. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/102014.pdf (дата обращения: 15.10.2019).

GEOMECHANICS

ORIGINAL PAPER

UDC 622.833.5:551.24 © A.A. Bizyaev, N.M. Voronkina, A.V. Savchenko, M.N. Tsupov, 2019

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 11, pp. 27-31

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-11-27-31

Title

METHODOLOGY FOR THE non-CONTACT DETERMINATION OF DANGEROUSLY LOADED ZONES IN A MINE ARRAY Authors

Bizyaev A.A.1, Voronkina N.M.2, Savchenko A.V.1, Tsupov M.N.1

1 FSBI Chinakal Institution of Mining SB RAS, Novosibirsk, 630091, Russian Federation

2 "SUEK-Kuzbass" JSC, Leninsk-Kuznetskiy, 652507, Russian Federation

Author's Information

Bizyaev A.A., Engineer of the Laboratory of Rock Mechanics, e-mail: [email protected]

Voronkina N.M., Head of the Department of Dynamic Phenomenon Monitoring and Rock Mass Monitoring, e-mail: [email protected] Savchenko A.V., PhD (Engineering), Head of the Department "Scientific and Engineering Center of Mining Machines and Geotechnologies", e-mail: sav@ eml.ru

Tsupov M.N., Leading Engineer of the Department"Scientific and Engineering Center of Mining Machines and Geotechnologies", e-mail: [email protected]

Abstract

The studies of unsteady signals of electromagnetic emission during the destruction of rocks in laboratory conditions on a hard press. The signal parameters preceding the disruption of the continuity of coal and host rocks are determined. Field measurements of the electromagnetic emission signal in underground mine workings of the mine named after Kirov. It is shown that in places with increased crack formation and fracture, the period of single pulses increases and the signal amplitude increases. Profiling of mine workings was performed by Angel-M devices and a registration and diagnostic complex REY. A dynamic manifestation of rock pressure in the form of rock firing was observed, while the level of electromagnetic radiation exceeded the background by more than 10 times. A method for predicting the dynamic manifestations of rock pressure based on the amplitude-frequency analysis of an unsteady signal is proposed.

Keywords

Mining, Electromagnetic emission, Destruction, Cracking, Collapse, Rock pressure, Profiling, Laboratory tests.

References

1. Shemyakin E.I., Kurlenya M.V. & Kulakov G.I. K voprosu o klassifikatsii gornykh udarov [On the classification of rock strikes]. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh - Journal of Mining Science, 1986, No. 5, pp. 3-11. (In Russ.).

2. Kuksenko V.S., Inzhevatkin I.E. & Manzhikov B.Ts. Fizicheskiye i metodicheski-ye osnovy prognozirovaniya gornykh udarov [Physical and methodological foundations of forecasting mountain strikes]. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh - Journal of Mining Science, 1987, No. 1, pp. 9-22. (In Russ.).

3. Kurlenya M.V., Kulakov G.I. &, Yakovitskaya G.E. Stadiynost' protsessa razrusheniya na osnove issledovaniya EMI-izlucheniya [The phased nature of the destruction process based on the study of EMR radiation]. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh - Journal of Mining Science, 1991, No. 1, pp. 12-21. (In Russ.).

4. Yakovitskaya G.E. Prognoz dinamicheskikh proyavleniy massiva gornykh porod na osnovanii registratsii signalov elektromagnitnogo izlucheniya. Fizicheskiye problemy razrusheniya gornykh porod [Forecast of dynamic manifestations of a rock mass based on registration of electromagnetic radiation signals. Physical problems of rock destruction]. Sat Proceedings of the Third International Scientific Conference, September 9-14, 2002. Novosibirsk, Nauka Publ., 2003, pp. 98-103. (In Russ.).

5. Bizyayev A.A., Vostretsov A.G. & Yakovitskaya G.E. Registratsionno-di-agnosticheskiy kompleks RDK REMI-3 i eksperimental'nyye issledovaniya razrusheniya gornykh porod v usloviyakh podzemnykh gornykh vyrabotok Tashtagol'skogo mestorozhdeniya [Registration and diagnostic complex RDK REMI-3 and experimental studies of rock destruction in underground mining of the Tashtagol deposit]. Reports of the Academy of Sciences of the Higher School of the Russian Federation, 2015, No. 3 (28), pp. 29-38. (In Russ.).

6. Vostretsov A.G. & Bizyayev A.A. Izmeritel'naya sistema sinkhronnoy regis-

tratsii signalov EMI i mekhanicheskikh parametrov deformirovaniya obraztsov gornykh porod v laboratornykh eksperimentakh [A measuring system for the synchronous registration of electromagnetic radiation signals and mechanical parameters of deformation of rock samples in laboratory experiments]. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh - Journal of Mining Science, 2017, No. 6, pp. 204-210. (In Russ.).

7. Batugin A.S. & Petukhov I.M. K otsenke napryazhennogo sostoyaniya ucha-stkov zemnoy kory [To the assessment of the stress state of the earth's crust]. Gorny Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) - Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 1998, No. 1, pp. 146-151. (In Russ.).

8. Pamukcu S. & Cheng L. Underground Sensing. Monitoring and Hazard Detection for Environment and Infrastructure. Elsevier, Academic Press, 2017, pp. 522.

9. Vorobyev A.A., Zavadovskaya E.K. & Salnikov V.N. Izmeneniye elektro-provodimosti i radioizlucheniya gornykh porod i mineralov pri fiziko-khim-icheskikh protsessakh v nikh [Changes in the electrical conductivity and radio emission of rocks and minerals during physicochemical processes in them]. Reports of AS of USSR, 1975, Vol. 220, No. 1, pp. 82-85. (In Russ.).

10. Song D., Wang E., He X. et al. Use of Electromagnetic Radiation from Fractures for Mining-Induced Stress Field Assessment. Journal of Geophysics and Engineering, 2018, Vol. 15, Issue 4, pp. 1093-1103.

11. Rabinovitch A., Frid V. & Bahat D. Directionality of Electromagnetic Radiation from Fractures. International Journal of Fracture, 2017, Vol. 204, Issue 2, pp. 239-244.

12. Song D., Wang E., Song X. et al. Changes in Frequency of Electromagnetic Radiation from Loaded Coal Rock. RockMechanics and Rock Engineering, 2016, Vol. 49, Issue 1, pp. 291-302.

13. Song X., Li X., Li Z. et al. Study on the Characteristics of Coal Rock Electromagnetic Radiation (EMR) and the Main Influencing Factors. Journal of Applied Geophysics, 2018, Vol. 148, pp. 216-225.

14. Dobrovolskiy I.P. Mekhanika podgotovki tektonicheskogo zemletryaseniya [The mechanics of preparing a tectonic earthquake]. Moscow, Nauka Publ., 1984, 190 p. (In Russ.).

15. Zhurkov S.N. Kineticheskaya kontseptsiya prochnosti tverdykh tel [Kinetic concept of the strength of solids]. Vestnik AN SSSR - Bulletin of the USSR Academy of Sciences, 1968, No. 3, pp. 46-52. (In Russ.).

16. Panin V.E., Grinyayev Yu.V., Danilov V.I. & Zuev L.B. Strukturnyye urovni plas-ticheskoy deformatsiii razrusheniya [Structural levels of plastic deformation and fracture]. Novosibirsk, Nauka. Sibirskoye otdeleniye Publ., 1990. (In Russ.).

17. Bombizov A.A. & Bespalko A.A. Spectrum Monitoring of Elecromagnetic Signals from Rocks to Control Geodinamic Process under Working Mine Conditions. IOP Conf. Series: Materials Scince and Engineering, 2015, Vol. 81, pp. 1-9.

18. Vostretsov A.G. & Bizyayev A.A. Obnaruzheniye izmeneniya svoystv nes-tatsionarnogo puassonovskogo potoka impul'sov neizvestnoy intensivnosti [Detection of changes in the properties of an unsteady Poisson flow of pulses of unknown intensity]. Nauchnyy vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta - Scientific Herald of the Novosibirsk State Technical University, 2008, No. 3, pp. 37-44. (In Russ.).

19. Yakovlev D.V. & Mulev S.N. Opyt primeneniya mnogofunkcional'noy geofi-zicheskoy apparatury Angel-M v ugol'noy i rudnoy promyshlennosti [Experience of ANGEL-M multipurpose geophysical equipment use in coal industry and ore mining]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2014, No. 10, pp. 14-19. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/102014.pdf (accessed 15.10.2019). (In Russ.).

Paper info

Received August 5,2019 Reviewed September 2,2019 Accepted October 8,2019

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.