CC BY
76
УДК 628.832
В.Д. Барышников, Д.В. Барышников, В.Г. Качальский ИГД СО РАН, Новосибирск
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНКЛИНОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА СДВИЖЕНИЯМИ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Защита горных выработок от прорыва воды при ведении горных работ под водными объектами или водоносными горизонтами осуществляется путем оставления предохранительных целиков. Инструментальный контроль за деформациями оставленных целиков является единственным надежным средством обеспечения безопасности отработки месторождений и предотвращения угрозы затопления горных выработок.
Одним из основных параметров, характеризующих процесс сдвижения подрабатываемой толщи горных пород, является величина вертикальных смещений (осадок) массива.
При слоевой системе разработки с нисходящим порядком выемки запасов и применением твердеющей закладкой искусственный массив является упором для оставленного предохранительного целика. Его состояние будет существенным образом зависеть от прогиба нижележащих слоев закладки.
Прогнозировать расчетными методами поведение блочных сред с неучтенными границами (вследствие технологических недозакладов) и существенными колебаниями механических свойств закладки практически невозможно. Достоверная информация по параметрам сдвижения может быть получена только натурными методами наблюдений.
В качестве одного из методов контроля вертикальных смещений (осадок) массива предлагается использовать метод скважинной инклинометрии. Наблюдения за прогибами подрабатываемой толщи пород и закладки осуществились по субгоризонтальным скважинам, выбуренного в толще закладочного массива, являющегося упором сформированного предохранительного целика под водоносным горизонтом рудника «Интернациональный». Наблюдательная скважина 0 168 мм была пробурена до центральной части трубки и обсажена полиэтиленовой трубой 0 110 мм с цементацией затрубного пространства. Использование обсадной трубы позволяет проводить более точные измерения в режиме мониторинга прогибов скважины, вызванных отработкой нижележащих запасов.
Для измерения углов наклона обсадной трубы (скважины) разработан опытный образец малогабаритного скважинного зонда, выполненного на основе двух перпендикулярно расположенных датчиков углов наклонов -инклинометров.
Первый датчик, установленный в плоскости продольной оси измерительного зонда, является основным измерительным элементом, обеспечивающим контроль углов наклона обсадной трубы в вертикальной плоскости. Второй расположен ортогонально первому и используется для установки зонда в вертикальной плоскости.
Рис. 1. Схема измерения углов наклона инклинометра в измерительной скважине (а - датчик измерения угла наклона скважины; б - датчик установки зонда в вертикальной плоскости)
Основные технические характеристики примененных датчиков ДК1-А отечественного производства удовлетворяют точностным и эксплуатационным требованиям при проведении экспериментов в шахтных условиях.
В частности:
- Диапазон измерения ± 45°;
- Линейность характеристики < 0,02%;
- Рабочий диапазон температур
- Макс. габариты 60мм.
-400С - +600С;
Сигналы от датчиков поступают на устройство преобразования аналоговых сигналов и передачи данных в цифровом виде по каналу в персональный переносной компьютер (notebook).
Рис. 2. Блок - схема измерительного комплекса
Для питания датчиков и измерительной станции используется встроенный аккумулятор, обеспечивающий автономныйрежим работы без подзарядки в течение до 10 часов. Управление процессом измерения производится программно,а основные характеристики отображаются на экране дисплея.
Использование малогабаритной конструкции инклинометрического зонда (база измерения угла наклона - 130 мм) позволяет более точно определять изменение профиля и зон локализации деформаций в контролируемых скважинах.
Принят следующий порядок проведения измерений.
1. После подключения зонда к измерительной станции, а ее к компьютеру, зонд вставляется в обсадную трубу. Продвигается дальше путем наращивания досылочной трубы 0 20 мм.
2. Производится первый замер угла наклона при вертикальном положении инклинометрического зонда на устье скважины.
3. Через одинаковые интервалы программно снимаются и записываются в файл значения вертикальных углов в «прямом» (от устья к забою скважины), а затем в «обратном» направлениях.
4. Результаты измерений и их обработка представляются в табличной и графической форме и выполняются в MS Excel.
В качестве иллюстрации результатов измерений на рис. 3. приведены значения углов наклона обсадной трубы при перемещении зонда через установленные интервалы в прямом и обратном направлениях по измерительной скважине рудника «Интернациональный» длиной 46 м. На графике также отображена разность углов наклона между перемещениями «прямо» и «обратно».
Рис. 3. Углы наклона обсадной трубы:
Ряд 1 - при движении зонда прямо (на забой скважины) Ряд 2 - при движении зонда обратно (к устью скважины) Ряд 3 - разность углов
Среднее квадратическое отклонение между циклами по всем контрольным точкам составило 6,6 минуты.
Расчет вертикальных отметок (И„) профиля скважины на расстоянии хп от устья по дискретному накоплению данных об углах наклона обсадной трубы определяется с помощью интегрирования по формуле:
Хп
Ип = ^у{х)с!х.
Х0
Периодичность повторных циклов измерений в процессе ведения горных работ определяется интенсивностью процесса сдвижений, оценить который можно по разности двух смежных циклов. На рис. 4. показаны графики
вычислений высотных отметок (профиля контура скважины) контролируемой скважины по трем циклам.
800 ^Рщ1 - Ррд2 РтЗ
еоо ■
£
и - у1 ~*'Ч^Ряд1
I 5 1 0 15 20 25 30 35 40 45 50
-400 - -Ряд 2 4 Ряд 3 Пестояме, 0.6 м
Рис. 4. Вертикальная отметка ф) измерительной скважины при ее
подработке:
Ряд 1 - 13.09.2006 - исходный профиль скважины(начальный отчет)
Ряд 2 - 10 .11.2006 Ряд 3 - 09.12.2006
На рис. 5. приведены графики вертикальных осадок скважины относительно ее исходного положения, вызванного деформациями закладочного массивав следствие его подработки.
■ Ряд 1
— ряд: --Ряд 2
^
5 Ю 15 20 25 30 35 40 45 30
Рис. 5. Вертикальные смещения (и) измерительной скважины при ее подработке относительно исходного значения (13.09.2006):
Ряд 1 - 10 .11.2006
Ряд 2 - 09.12.2006
Проведенные испытания опытного варианта малогабаритного инклинометрического зонда в шахтных условиях свидетельствует об эффективности его использования для контроля параметров процесса сдвижений массива, вызванных его подработкой.
Полученные результаты позволяют на данном этапе исследований оценить точность определения угла наклона - 6,6 минут. Такая точность
измерений углов обеспечивает погрешность оценки вертикальных смещений скважины на удалении 50 м от устья не более 10 см, что вполне приемлемо для контроля сдвижений закладочного массива.
© В.Д. Барышников, Д.В. Барышников, В.Г. Качальский, 2007
