CC BY
33
------------------------------------------------- © В.Д. Барышников,
Д.В. Барышников, 2008
УДК 622.28.017+ 531.746
В.Д. Барышников, Д.В. Барышников
ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СДВИЖЕНИЯМИ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА ПРИ ЕГО ПОДРАБОТКЕ
Приведены результаты испытаний малогабаритного скважинного инклинометриче-ского зонда, обеспечивающего точность наблюдения за вертикальными сдвижениями закладочного массива.
Семинар № 1
ТЪ настоящее время подземная от-
-Я-Э работка запасов на руднике «Интернациональный» АК «Алроса» осуществляется с применением слоевой нисходящей системы разработки по камер-но-целиковой схеме выемки слоя и твердеющей закладкой выработанного пространства [1].
Одним из основных недостатков слоевого нисходящего порядка выемки запасов является образование пустот на границах смежных слоев вследствие технологического недозаклада, процесса усадки и компрессионного сжатия закладки. В процессе отработки создается искусственный массив блочной структуры, в котором постепенно накапливается объем пустот. Данное обстоятельство может привести со временем к активизации процесса сдвижения в подрабатываемой толще заложенного пространства и, как следствие, негативно отразиться на безопасности горных работ. От успешности решения вопросов управления и контроля состояние закладочного массива во многом зависит эффективность и безопасность дальнейшей отработки месторождения. В практике горного дела наблюдались явления внезапного одновременного обрушения в очистные выработки нескольких вышележащих слоев [2], что свидетельствует о слож-
ности процесса взаимодействия естественных и искусственных массивов.
На начальном этапе применения нисходящей системы разработки в условиях конкретного месторождения, характеризуемых площадью подработки, формой сечения и морфологией рудного тела, а также характером взаимодействия закладки с вмещающими породами (прежде всего, с соляной толщей), прогнозировать параметры процесса сдвижения закладочного массива расчетными методами очень сложно по причине недостаточной изученности деформационных свойств закладки и отсутствия информации по реальной величине технологического недозаклада.
Надежное геомеханическое обоснование условий очистной выемки (параметров и порядка отработки, условий обеспечения устойчивости заходок) и нормативных требований к формируемому закладочному массиву при нисходящей системе разработки может быть получено только с использованием комплекса лабораторных, теоретических и натурных методов исследований состояния, свойств и процессов деформирования формируемого искусственного массива. При этом большое значение приобретают экспериментальные дан-
Дзтчики
□ о
Vertkal
zenith
И нкл и но метрически и прибор
Устройство преобразования и передач и данных
Кабьпь до 100м
Кабьпь до 10м
Notebook
Рис. 1. Блок-схема инкшнометрического комплекса
ные по его деформируемости и сдвижению.
Одним из методов контроля вертикальных сдвижений является метод скважинной инклинометрии [3], [4].
Суть метода заключается в измерении углов наклона измерительной скважины по всей ее длине, по которым производится расчет вертикальных осадок контролируемого слоя относительно начального отсчета. Для этого в закладочном массиве выбуривается скважина, которая обсаживается полиэтиленовой трубой с последующей цементацией затрубного пространства.
Для организации контроля за сдвижением подрабатываемого искусственного массива в ИГД СО РАН разработан малогабаритный зонд, выполненный с использованием двух перпендикулярно расположенных датчиков углов наклонов — инклинометров (рис. 1). Он позволяет вести наблюдения в субгоризон-тальных скважинах и контролировать вертикальные смещения подрабатываемого толщи закладки [5].
Первый датчик, установленный в плоскости продольной оси измерительного зонда, является основным измерительным элементом, обеспечивающим измерения углов наклона обсадной трубы в вертикальной плоскости. Второй расположен ортогонально первому и используется для установки зонда в вертикальной плоскости.
Сигналы от датчиков поступают на устройство преобразования аналоговых сигналов и передачи данных в цифровом
виде по каналу в персональный переносной компьютер (notebook).
В процессе измерения зонд вставляется в обсадную трубу и продвигается по всей длине скважины путем наращивания досылочных штанг. Через одинаковые интервалы программно снимаются и записываются в файл значения вертикальных углов при движении зонда в направлениях «прямо» (от устья к забою скважины) и «обратно».
Наблюдение за углами наклона осуществляется на экране компьютера, где представлена исчерпывающая информация, как основного, так и вспомогательного характера:
Программное обеспечение комплекса позволяет:
• вводить исходные данные о параметрах обмена по каналу между «Устройством преобразования» и компьютером;
• вводить характеристики эксперимента;
• управлять процессом проведения эксперимента;
• наблюдать за изменением углов наклона инклинометров численно и на графике;
• наблюдать профиль скважины, «появляющийся» в процессе продвижения инклинометров;
• проводить экспресс-анализ и сравнение с ранее полученными результатами инклинометрии для той же скважины;
• архивировать все результаты процесса измерения.
Рис. 2. Экранная форма для оперативного наблюдения и управления ходом эксперимента
Дальнейшая статистическая обработка проводится в лабораторных условиях. Результаты измерений представляются в табличной и графической форме и выполняются в MS Excel.
Результатом измерений является накопление массива данных, где каждому углу наклона соответствует расстояние от устья скважины. Изменение угла наклона в при малых величинах смещений равны производной вертикальных смещений w по горизонтальной координате х (расстоянию от устья скважины):
е = ^
dx
Величина смещений w в точке скважины, расположенной на расстоянии щ от устья, определяется по формуле:
Хп
wn = J0(x)cfx + w0,
І)
где И’О— вертикальное смещение опорной точки (устья скважины).
Следовательно, определение смещений по дискретному набору данных о наклоне скважины к горизонту эквива-
лентно численному интегрированию. Введем следующие обозначения: пусть х0, х\, Л, ... , х;, ... , Хл? — координаты точек измерений в скважине, 0,,. щ. Оп, ... . О,. ... , % — соответствующие им углы наклона, >%, Ш* « § !$> ••• *
— величины смещений. Выберем расстояние между соседними точками измерений равным Ь. Для численной реализации процедуры интегрирования используем формулу трапеций [6]. В этом случае смещение в первой точке определяется следующим образом:
Щ = (ео + ©1) + ,
а смещения в последующих точках измерений вычисляются в соответствии с рекуррентной формулой:
•= | (о, 1 , о,) г ил..
Величина прогиба (вертикального сдвижения) подрабатываемого слоя рассчитывается по изменениям углов наклона наблюдательной скважины относительно ее исходного состояния.
Для применяемой марки закладки прогнозируемая величина прогиба центральной части подрабатываемого слоя, при котором сохраняется его монолитность, составляет около 1,5 м. С учетом вышеизложенного диапазон контролируемого вертикальных сдвижений будет находиться в пределах от 0 м до 1,5 м.
Для оценки статистической погрешности углов и расчетных значений профиля скважины проведено четыре цикла измерений. Значения углов в каждом цикле «прямо-обратно» были усреднены. Для обобщения полученных результатов по каждому из четырех циклов в направлении «прямо-обратно» были рассчитаны общая среднеквадратическая ошибка определения углов наклона скважины (град.) и среднеквадратическая ошибка определения вертикальной отметки на забое скважины (мм) (таблица).
Общая среднеквадратическая ошибка определения углов наклона скважины между четырьмя усредненными цикла-
ми составила 0,118/7,08 град./мин., а вертикальной отметки забоя скважины -30 мм.
В качестве иллюстрации применения метода инклинометрии ниже приведены результаты наблюдений по скважине в разрезном слое 34 блок 7/8, который отрабатывался с применением слоевой нисходящей системы разработки. При снятии начального отсчета (13.09.2006 г.) в нижележащем слое 33 были отработаны и заложены ленты 11 и 14 (рис. 3, а). Следующий цикл измерений (10.11.2006 г.) проведен после отработки лент 8, 9 и 12 (рис. 3, б). При очередном цикле измерений (10.12.2006 г.) слой 33 был полностью отработан. На рис. 4 приведены результаты наблюдений за период отработки нижележащего слоя 33. Анализ полученных результатов показывает, что величина максимального вертикального смещения (осадки) слоя 34, вызванные его подработкой слоем 33, составили около 300 мм (рис. 4, б).
ИИ^ИИИИИИИ liliLxttli.ULs.Lt иииниччиин и и и ч Ь ичииииие. 1: И 1; 11 (< 1: 1: 1 иииииичии цчичииии ььничичч!! ^ и и ц ,111:11 .[1,1 и 11 11 Ч Ч ч и 11 Ч, 11 !& 1д 11 Ь. 1: Ь Ц. 1 Ч И И ь ь ь 1 и 1: и ч и и ; 1ь ь ч ч ччч
уУ//77/ л\\\У у//Л \\\\ > ОК1НЙ м*ал Иг)
/лента 1*1^// /у / / / ' /.../) Ш2-44. 7” . , . ч \ жг« \ \ \ ч > / / / . \ \ \ \ 11 11
IГ г* и ч и и и и и ч ч ч ч и ч ч ч
ЧИЧЧИЧЧИЧ^ ИИИИНЬИЧИНИЧЬЧЧИ!-ц^ЧИЧЧЬЧЧЧ!!!!!!!! 11 1: 11 (1 1: 1: 11 И и ииччиччьчи с и 1: ь о»»»» чиниичиччи ичгччччччч иичиниччииичиичи чиичичч::'*'* ииьичь^^ь-ь^ичинчи [. |. [. |. ^ _ _ ч |. 1. |* й. Ц 11 |> |- |* !■ [, И Ч И 11 И Ч 11 Ч 11 11 11 11 Ч 11 11 1т Ь. 1 11 11 11 11 и ч : 1; 1; 11 И Е1 и 1 Ч И 4 ЧЧЧЧ л£-;-Й*Й*£
'/////ХЧЧЧ\ '-///7Ту \\\\\ У///// л\ ' \ у/// \\\\ спомоА знаа Нп)
7 ' ' чч^ ^ччч^ ЛмгтаМП \ Ч.\_ч ч чх ✓ пеня N1 \1/ -. . , . \ Ч ч \ > Ч •Ликтв / / / / Л. чп*тта Л1 ь*4 ■ > ” ч> И Ч 11
ч Ч Ч [1 ч 1; 11 И
Рис. 3. Этапы отработки нижележащего слоя 33 при проведении циклов измерений: а -13.09.2006; 6—10.11.2006
а
б
Вертикальные смещения скважины 7.010 (слой 34) отн. начального отсчета (13.09.2006)
Рис. 4. Профіті скважины 7.010 по трем циклам наблюдений (а) и вертикальные смещения по длине скважины относительно начального отсчета 13.09.2006 (о)
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
• Разработанная конструкцій малогабаритного зонда обеспечивает с достаточной для практических целей точностью проводить наблюдения за сдвижениями закладочного массива при его подработке; среднеквадратическая
1. Смирнов А.А,, Крамсков Н.П.. Пред-
ложения по подземной отработке подкарьер-нйх запасов трубок «Интернациональная»* «Мир» и «Удачная». (Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений:
ошибка определения вертикальной отметки при длине измерительной скважины 45 м равна около 30 мм;
• Максимальная величина прогиба слоя закладки при выемке запасов одного нижележащего слоя составила около 300 мм.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
современное состояние и перспективы решения: Сб. докл. Международной научно-
практической конференции «Мирный-2001», 1 -9 июля 2001 г. // М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2002 г.).
2. Терешин А.А. Обоснование способа управления искусственной кровлей при системе разработки горизонтальными слоями с нисходящей выемкой и закладкой. // Автореферат диссертации к.т.н., Москва, 2002 г.
3. Фрейман Э.В., Кривогиеев С.В., Лосев В.В. Особенности построения алгоритмов ориентации гироскопических инклинометров на базе одноосного гиростабилизатора (Ред. Пе-шехонова В.Г. Применение гравитационных технологий в геофизике. // СПб.: ГНЦ РФ -ЦНИИ «Электроприбор», 2002 г.)
4. Ковшов Г.Н., Коловертнов Г.Ю. Приборы контроля пространственной ориентации скважин при бурении. // Монография. УГНТУ, 2001 г.
5. Барышников В.Д., Барышников Д.В., Качалъский В.Г. Опыт применения инклино-метрического метода для контроля за сдвижениями закладочного массива при подземной разработке месторождений // ГЕО-Сибирь-2007. —Новосибирск: СГГА, 2007 г.
6. Гусак А.А., Гусак Г.М., Бричикова Е.А. Справочник по высшей математике. // Мн.: ТетраСистемс, 1999 г. ЯТШ
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------
Барышников В Д. - кандидат технических наук, зав. лабораторией диагностики механического состояния массива горных пород ИГД СО РАН,
Барышников Д.В. — аспирант, инженер лаб. диагностики механического состояния массива горных пород ИГД СО РАН.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 1 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. А.М. Гальперин.
А
ИНФОРМАЦИЯ
В Горном информационно-аналитическом бюллетене № 3, 2008 г. в статье автора Э.П. Ячушко «Об уравнении Кабанова и Фрумкина» автором допущены следующие ошибки
Страница Колонка/строка Напечатано Следует читать
382 1/19 снизу Л дин/см Н/м2
382 1/14 снизу Рк - р» Рк-Рг
382 1/12 снизу Fr f2
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Барышников1
Е:\С диска по работе в универе\ГИАБ_2008\12\семинар-08 С:\115ег5\Таня\Арр0а1а\Коатт§\1\/Псго5о1:1:\111аблоны\1\1огта1.с1о1:т УДК 622
22.09.2008 10:22:00 5
24.10.2008 9:53:00 Гитис Л.Х.
Полное время правки: 11 мин.
Дата печати: 25.11.2008 23:54:00
При последней печати страниц: 6
слов: 1708(прибл.)
знаков: 9 736(прибл.)
