Научная статья на тему 'Принципы построения и перспективы развития устройств контроля массива горных пород и крепления вокруг выработок'

Принципы построения и перспективы развития устройств контроля массива горных пород и крепления вокруг выработок Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
257
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ / МАССИВ / ВЫРАБОТКИ / КРЕПЛЕНИЕ / ГЕОКОНТРОЛЬ / GEOCONTROL / АНКЕР / ANCHOR / АКУСТИЧЕСКИЙ / ACOUSTIC / СПЕКТРАЛЬНЫЙ / АНАЛИЗ / TELLTALE / ROCK ARRAY / MINING SUPPORT / SPECTRAL ANALYSIS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Вознесенский Александр Сергеевич, Вознесенский Евгений Александрович, Корякин Вячеслав Вячеславович, Красилов Максим Николаевич

Рассмотрены виды и принципы действия существующих и разрабатываемых устройств геоконтроля, назначением которых является объективная оценка и прогнозирование состояния массива пород и его крепления: измерители акустической энергии, основанные на регистрации сигнала отклика на удар по поверхности тоннеля; многореперные скважинные устройства (экстензометры) с механическим измерением расслоения массива пород, с индуктивными преобразователями, ультразвуковые экстензометры, сигнализаторы расслоения пород. Отдельно выделены устройства контроля анкерного крепления: приборы для определения усилий вытягивания анкерного болта, ультразвуковые приборы мониторинга целостности анкерного болта, сигнализатор-оптоболт, анкеры с датчиками-тензометрами, приборы на основе использования высокочастотных радиосигналов, анкерные болты «страж», тензометрические анкеры. Особое внимание уделено приборам спектрального контроля анкерного крепления и пород кровли, основанные на анализе акустического отклика на ударное воздействие. Выведено уравнение линейной регрессии, позволяющее по результатам измерений определить длину анкера, контактирующего с массивом пород. Описано применение устройства для контроля сталеполимерного анкерного крепления кровли подземных выработок, испытанного на Новомосковском месторождении гипса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Вознесенский Александр Сергеевич, Вознесенский Евгений Александрович, Корякин Вячеслав Вячеславович, Красилов Максим Николаевич

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

THE CONSTRUCTION PRINCIPLES AND DEVELOPMENT PERSPECTIVES OF THE MONITORING DEVICES OF THE ROCK MASSIF AROUND EXCAVATIONS AND OF THE MINE WORKING SUPPORT

The types and principles of operation of existing and emerging geomonitoring devices (telltales), the purpose of which is the objective assessment and prediction of the rock massif state and its mining support. These ones include acoustic energy meters, based on the registration of the response signal of the impact on the tunnel surface; multi wire extensometers with mechanical measurements of massif exfoliation, these ones with inductive transducers, ultrasonic extensometers, rocks exfoliation alarm devices. Separately anchoring control device are discussed. These include instruments for determining the pull force of the anchor bolt, ultrasonic devices for monitoring the integrity of the anchor bolt, alarm-optobolt, anchors with strain gauges, instruments based on the use of high-frequency radio signals; anchor bolts «Sentinel», strain anchors. Particular attention is paid to anchoring and roof rocks spectral control devices. These ones are based on the analysis of the acoustic response at impact. Publications and patents in this area have been considered. Specially designed devices and the standard equipment are used for measurements, such as dual-channel seismic device IDS-1. There use several informative parameters, each of which is the average value of the amplitude of spectral components in its spectral band defined by 20-100-200-400-700-1000-1500-2000 Hz. The equation of linear regression is obtained, which allows determining the length of the anchor in contact with the rock mass by the measurement results. The use of a device for monitoring steel-polymer anchoring of the underground workings roof have been described. It have been tested at the mine of the Novomoskovskiy gypsum deposits. It works on the principle of the spectral analysis. Informative parameters are frequency Fmax and amplitude Amax of the acoustic response spectral peak, due of the impact on the protruding end of the anchor. An example of chart of the measurements results distribution of the anchoring state in plane coordinates Fmax-Amax is shown. Such multi-parameter measurements and intellectual processing algorithms allow improving the reliability of control.

Текст научной работы на тему «Принципы построения и перспективы развития устройств контроля массива горных пород и крепления вокруг выработок»

© А.С. Вознесенский, Е.А. Вознесенский, В.В. Корякин, М.Н. Красилов, 2015

УДК 622.834:622.268:550.34

А.С. Вознесенский, Е.А. Вознесенский, В.В. Корякин, М.Н. Красилов

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД И КРЕПЛЕНИЯ ВОКРУГ ВЫРАБОТОК*

Рассмотрены виды и принципы действия существующих и разрабатываемых устройств геоконтроля, назначением которых является объективная оценка и прогнозирование состояния массива пород и его крепления: измерители акустической энергии, основанные на регистрации сигнала отклика на удар по поверхности тоннеля; многореперные скважинные устройства (экстензометры) с механическим измерением расслоения массива пород, с индуктивными преобразователями, ультразвуковые экстензометры, сигнализаторы расслоения пород. Отдельно выделены устройства контроля анкерного крепления: приборы для определения усилий вытягивания анкерного болта, ультразвуковые приборы мониторинга целостности анкерного болта, сигнализатор-оптоболт, анкеры с датчиками-тензометрами, приборы на основе использования высокочастотных радиосигналов, анкерные болты «страж», тензометрические анкеры. Особое внимание уделено приборам спектрального контроля анкерного крепления и пород кровли, основанные на анализе акустического отклика на ударное воздействие. Выведено уравнение линейной регрессии, позволяющее по результатам измерений определить длину анкера, контактирующего с массивом пород. Описано применение устройства для контроля сталеполимерного анкерного крепления кровли подземных выработок, испытанного на Новомосковском месторождении гипса.

Ключевые слова: горные породы, массив, выработки, крепление, геоконтроль, анкер, акустический, спектральный, анализ, telltale.

Введение

Учет геомеханического состояния массива горных пород и его крепления является одним из важнейших элементов технологий проходки тоннелей и добычи полезных ископаемых. С целью объективной оценки и прогнозирования состояния массива пород и его крепления разрабатывается и уже создан ряд методов, инструментов и приборов геоконтроля. Среди большого количества публикаций на русском языке в этой области упомянем лишь [1, 2]. В зарубежной технической литературе контрольные, сигнальные или регистрирующие устройства из-

вестны под названием «tell-tale» или «telltale». Википедия [3] определяет такие устройства как «... индикатор, сигнал или знак, который сообщает о статусе ситуации, механизма или системы». Достаточно подробно о них упомянуто в [4-6] и других публикациях. Рассмотрим особенности таких устройств, используемых в горной промышленности для контроля состояния массива горных пород и его крепления.

1. Приборы контроля состояния массива пород вокруг выработок

1.1. Измерители акустической энергии основаны на регистрации сиг-

* Работа выполнена в соответствии с заданием № 2014/97 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки России.

нала отклика на удар по поверхности тоннеля и предназначены для оценки целостности обделки тоннелей, имеющих или не имеющих связь с основным массивом, для поиска заколов. Это портативные ручные приборы нераз-рушающего контроля. При контроле такой прибор прижимается чувствительным элементом к поверхности, после чего по ней производится удар молотком, осуществляется регистрация и анализ сигнала. В одном из вариантов измеритель такого типа регистрирует и анализирует реверберации (звуковые отражения) при обстукивании молотком кровли или стенок тоннеля. Большие значения показаний дисплея такого прибора говорят плохом сцеплении контролируемого участка с массивом, малые значения - о хорошем. Области применения данного прибора включают съемку бетонных сегментов, торкрет-бетонных обделок и регулярных обследований безопасности на гипсовых, угольных шахтах и рудниках в скальных породах. Существуют модификации прибора, предназначенные для работы в опасных по метану шахтах.

1.2. Многореперные скважинные устройства с механическим измерением расслоения массива пород.

Такие устройства, называемые также экстензометрами, размещаются в скважинах или шпурах. Они представляют собой несколько реперов, размещаемых вдоль оси скважины, один из реперов устанавливается в ее устье. Прибор контролирует расслоения массива горных пород, чаще всего в кровле. Простейшее устройство имеет два репера - в глубине и устье скважины. Расслоение в кровле приводит к перемещению одного репера относительно другого, что позволяет оценивать состояние контролируемого участка пород и близость к разрушению. Для получения более детальной картины расслоений по глубине

скважины применяют многореперные конструкции. Измерения на каждой базе производятся с помощью различных преобразователей, среди которых наиболее распространены индуктивные и ультразвуковые.

1.3. Многореперные устройства контроля расслоения пород с индуктивными преобразователями.

Индуктивные преобразователи представляют собой катушку с проводом, внутри которой перемещается ферритовый сердечник. Такая конструкция позволяет хорошо герметизировать преобразователь от окружающей среды, что важно для предохранения от влаги и в условиях взрывоопасной атмосферы шахт. Считывание показаний осуществляется либо в месте размещения такого устройства с помощью специального портативного ручного прибора с батарейным питанием и визуальным индикатором, либо в центральном блоке, размещенным в безопасном месте на поверхности и соединенным с блоком измерения проводной линией связи. Соединение осуществляется по двухпроводной линии связи, к которой параллельно друг другу подсоединяются передатчики информации каждого устройства контроля.

1.4. Ультразвуковые экстензометры.

В ультразвуковых экстензометрах

для идентификации положения магнитного репера (анкера) в скважине используется принцип магнитострик-ции. Каждая система состоит из гибкого зонда с нанизанной на него цепочкой реперов и преобразователя, посылающего зондирующий сигнал и принимающего отраженные сигналы от мест расположения реперов. Такие устройства могут иметь до 20 реперов и размещаться в скважине глубиной до 7 м. Считывание показаний осуществляется портативным ручным устройством, преобразователь которого прижимается к выступающему

из шпура концу зонда. Показания считываются с жидкокристаллического дисплея с разрешением 0,005 мм. Имеются варианты экстензометров, позволяющих накапливать показания в блоках памяти, которые затем передаются непосредственно в персональный компьютер. Такие устройства могут использоваться для контроля расслоения геосреды, локализовать глубины, где происходит расслоение, осуществлять мониторинг расслоений во времени.

1.5. Сигнализаторы расслоения пород.

Простейшие конструкции таких сигнализаторов базируются на устройствах контроля расслоения и имеют хорошо видимые цветные наклейки, размещаемые на стандартном устройстве. Расслоения в массиве пород приводят к смещению цветовых наклеек относительно отсчетного указателя, что по мере увеличения расслоения будет сигнализировать о возрастании опасности обрушения пород. Разработаны также и автоматические сигнализаторы, снабженные электронными устройствами индикации, в качестве которых используются сигнальные свето диоды. При превышении определенных величин расслоения загорается соответствующий светодиод. Величина критического расслоения может устанавливаться оператором в зависимости от типа пород и других условий. Выпускаются одно- и многобазовые (многопроволочные) экстен-зометры-сигнализаторы.

2. Приборы контроля анкерного крепления

К группе относятся приборы для определения усилий вытягивания анкерного болта, ультразвуковые приборы мониторинга целостности анкерного болта, сигнализатор-опто-болт, анкеры с датчиками-тензометрами и другие.

2.1. Приборы для контроля анкеров путем измерения усилия их вытягивания.

Одним из основных видов испытаний анкеров является измерение усилия их вытягивания, для чего разработаны специальные устройства [7]. Такой вид испытаний может привести к разрушению пород кровли, небезопасен для персонала, трудоемок. В то же время этот метод является прямым, он может быть принят в качестве базового. Для его применения желательно вначале произвести оперативный неразрушающий контроль и выявить потенциально дефектные анкера, а уже затем производить их адресное испытание выдергиванием.

2.2. Приборы ультразвукового (УЗ) акустического неразрушающего контроля анкеров.

Работа таких приборов основана на излучении в анкерный стержень упругого импульса, его распространении по анкеру, и приеме сигналов, отраженных от конца анкера [5, 8, 9]. Так, например, УЗ-низкочастотный дефектоскоп А1220 АНКЕР предназначен для диагностики анкерных болтов диаметром 24-36 мм и максимальной длиной до 3,5 м в фундаментах металлических опор контактной сети. Метод позволяет определять длину анкера по задержке отраженного сигнала, но не дает возможность определять степень сцепления анкера с массивом и его натяжение, что свидетельствовало бы о выполнении анкером своих функций. Поэтому данный метод может применятся для решения лишь ограниченного круга практических задач.

2.3. Приборы на основе использования высокочастотных радиосигналов.

Метод использует электромагнитные волны и предусматривает в электронной схеме блок перестраиваемого радиочастотного электромаг-

нитного сигнала [5]. Этот блок электрически соединен с металлическим анкерным болтом и измерителем полного сопротивления. Метод позволяет определить эффективную длину анкерного болта, которая определяется длиной участка, на котором расположено связующее вещество - бетон или полимерная смола.

2.4. Концепция контроля целостности анкерных болтов «Страж».

Установленные анкерные болты могут быть нарушены в процессе эксплуатации из-за разрыва или коррозии. Они не могут быть обнаружены визуально при осмотре снаружи. Концепция «Страж» (Sentinel rock bolts) предназначена для сигнализации нарушенных болтов. Анкерные болты в варианте «Страж» устанавливаются с шагом 20 м в линию вдоль выработки в местах, предназначенных для стандартных болтов и сигнализируют о нарушениях. Каждый такой болт содержит либо медную проволоку, либо оптоволокно, нарушения которых сигнализируют о выходе из строя анкерного крепления. Информация с электрических болтов «Страж» снимается с помощью из измерителя сопротивления. Они также могут быть соединены в цепочку и их опрос может осуществляться либо вручную, либо с помощью системы контроля и управления SCADA.

В анкере «Оптоболт» вместо медной проволоки используется оптическое волокно, имеющее на конце анкера несколько выводов для ввода и вывода света. Большим преимуществом такой конструкции является то, что контроль анкера, расположенного на удалении от оператора сверху в кровле, может осуществляться им снизу при направлении луча шахтерской лампы на выступающий конец оптоволокна. Если видно, что свет не возвращается обратно, делается вывод о неисправности крепления.

2.5. Тензометрические анкеры.

Если обычные анкера служат для поддержания пород, тензометриче-ские анкера могут использоваться для измерения распределения нагрузок по длине болта, что полезно знать при проектировании анкерного крепления. Распределение нагрузки можно контролировать вдоль каждого болта при использовании нескольких пар тензорезисторов. Такие анкера устанавливаются вдоль всей выработки как часть стандартного крепления.

Пары тензорезисторов устанавливаются с равномерным шагом на поверхности болта, позволяя измерять осевые нагрузки и изгибающие моменты вдоль всей длины болта. Показания могут считываться либо локально в месте установки болта, либо дистанционно в пункте сбора информации.

2.7. Приборы спектрального контроля анкерного крепления и пород кровли, основанные на анализе акустического отклика на ударное воздействие.

Такие приборы включают в свой состав ударник, чаще всего молоток, преобразователь вибраций в электрический сигнал, блоки спектрального анализа. Для измерений используется как специально разработанные устройства, так и стандартная аппаратура, например, двухканальная сейсмостанция ИДС-1 [10]. Здесь использовалось несколько информативных параметров, каждый из которых представляет собой усредненное значение амплитуд спектральных составляющих в своей спектральной полосе, границы которых определялись рядом 20-100-200-400-700-10001500-2000 Гц. Выведено уравнение линейной регрессии, позволяющее по результатам измерений определить длину анкера, контактирующего с массивом пород. В качестве примера приведены результаты контроля анкерного крепления стенок монтажных

камер Серебряноборского тоннеля, сооружаемых на стадии строительства.

Способ контроля установленной анкерной крепи рассматривается в [11]. Способ контроля целостности крепления анкерных болтов, размещенных внутри скважины протяженной формы, включает в себя нанесение удара по выступающей головке анкерного болта для создания в нем акустических вибраций и возбуждения, по крайней мере, одной из мод выбранных колебаний, восприятия вибраций упомянутого анкерного болта, измерение амплитуд сигнала вибраций в нескольких заранее определенных частотных полосах и расчет резонансной частоты выбранной моды вибраций как показатель целостности закрепления анкерных болтов. Низкие значения резонансных частот говорят о плохом креплении.

В электронном тестере анкерной крепи кровли [12] целостность крепления кровли и анкера оценивается по естественным частотам анкера и массива пород в кровле. В устройстве имеется набор частотных фильтров, на которые подается сигнал от акселерометров. При совпадении частот спектра сигналов, регистрируемых в кровле, с частотами спектра, зарегистрированными в анкерах, считается, что сцепление анкера с массивом хорошее. При значительных отличиях спектров делается вывод о плохом сцеплении анкера с массивом.

В [13] изложены способ и устройство определения напряжений в анкерной крепи и устойчивости шахтной кровли путем измерения частот естественных вибраций анкеров и кровли для получения показаний прибора, характеризующих натяжение болтов и устойчивости кровли. Устройство содержит: ударник, анкер с головкой, преобразователь, регистратор, индикатор спектра, компьютер.

В способе и устройстве контроля анкерных болтов [14] определяют сцепление болта с массивом пород путем введения вибраций в свободный конец болта и измерения энергии, поглощаемой болтом совместно с его окружением (порода, цементный раствор, пустоты, породная и цементная крошка). Излучатель упирается в свободный конец анкерного болта, генератор создает в нем колебания. Измеритель регистрирует энергию колебаний излучателя в свободном состоянии и при его соприкосновении со свободным концом болта.

Способ [15] неразрушающего динамического контроля напряженного состояния анкеров кровли включает размещение на внешнем конце анкера, скрепляющего горную породу, устройства, возбуждающего усилие, и размещение акселерометра на внешнем конце анкера, соединенного к интеллектуальному, производящему измерения в реальном времени тестеру, создание в анкере вибраций перпендикулярно его оси, восприятие сигналов ускорения вибраций акселерометром и передачу их к интеллектуальному, производящему измерения в реальном времени тестеру, ввод данных в компьютер и их обработку.

В [16] описано устройство для контроля приконтурной зоны породного массива и вибродиагностики системы «крепь-породный массив». Такое устройство имеет выходной дисплей в виде набора светодиодов, отображающих спектр регистрируемых сигналов. Прибор выпускался во взрывозащищенном исполнении. К недостаткам можно отнести грубую дискретность вывода изображения спектров, трудность получения окончательных выводов о состоянии исследуемых объектов, необходимость обработки данных на поверхности.

В [17] описано применение устройства [18] для контроля сталеполимер-

Диаграмма распределения результатов тестирования 50 анкеров длиной 2,0 м, установленных в кровле гипсовой шахты: квадратами отмечены точки, соответствующие хорошему анкерному креплению (1), ромбами - ослабленному (2), прямая СО отделяет область натянутых анкером от ослабленных

ного анкерного крепления кровли подземных выработок, испытанного на Новомосковском месторождении гипса. Оно работает по принципу спектрального анализа. Информативными параметрами являются частота Fmax и амплитуда Amax спектрального максимума акустического отклика на удар по выступающему концу анкера. Диаграмма, характеризующая распределение результатов измерений состояния анкерного крепления, построена на плоскости в координатах F A , она представлена на рисун-

max max' 1 1 J

ке. На ней четко разделяются области натянутых и ненатянутых анкеров. В подземных условиях осуществляется запись показаний такого устройства, обработка происходит на поверхности. Такие многопараметровые измерения и усложненные алгоритмы их обработки дают возможность повышения достоверности контроля.

Как показал приведенный анализ существующих приборов, перспективным направлением развития является создание устройств многопараметрового контроля, позволяющих по усложненным алгоритмам производить оценку состояния массива пород и крепления непосредственно в месте испытаний.

Выводы

1. Современные устройства контроля состояния массива пород и его крепления вокруг выработок, транспортных тоннелей и подземных сооружений реализуют широкий спектр методов измерений, что обусловлено различными задачами и условиями. Они позволяют оператору производить измерения как в местах контроля, так и на расстоянии с дистанционным сбором показаний. Даваемые ими рекомендации о состоянии массива пород и крепления базируются на простейших критериях, использующих один информативный параметр. В отдельных случаях измерения и контроль не всегда оперативны, часто трудоемки, что затрудняет внедрение в практику.

2. Перспективным является создание устройств контроля состояния массива пород и его крепления, позволяющих определять состояние объектов с высокой оперативностью, низкой трудоемкостью, имеющих возможности многопараметровых измерений и выдачи результатов оценки состояния массива пород и крепления непосредственно в месте испытаний, что делает контроль более доступным, понятным обслуживающему персоналу и реализуемым на практике.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ямщиков В. С. Контроль процессов горного производства. - М.: Недра, 1989. -446 с.

2. Вознесенский А.С. Системы контроля геомеханических процессов: Учеб. пособ. -2-е изд., стер. - М.: Издательство МГГУ, 2002. - 152 с.

3. Tell-tale. Сайт wikipedia.org [Электронный документ]. http://en.wikipedia.org/wiki/ Tell-tale. Проверено 05.10.2014.

4. Сайт фирмы Golder Associates, UK. [Электронный документ] http: //www. golder. co.uk. Проверено 04.10.2014.

5. Bigby D., Kent L. Rock reinforcement and testing. Research report 241. Rock Mechanics Technology Ltd. Burton-upon-Trent. - 2004. -161 pp. [Электронный документ]. http:// www.hse.gov.uk. Проверено 04.10.2014.

6. Сайт фирмы Strata Control Technology. [Электронный документ]. http://sct.gs. Проверено 15.08.2014.

7. Приспособление ПА-1 для испытания крепей анкерных на выдергивание. ТУ 34-23-11038-86. Дата введения в действие 01.07.1986. 15 с.

8. Wittenberg D. Anwendung der Ultraschallmesstechnik an eingebauten Ge-birgsankern. Sonderdruck aus Glueckauf. -2001. -137 № 6. - S. 320-324.

9. Низкочастотный УЗ дефектоскоп А1220 АНКЕР. Сайт фирмы «Акустические контрольные системы»: [Электронный документ] . http: //acsys. ru/production/?type_ id= 16&subtype_id=5&product_id= 19. Проверено 07.08.2008.

10. Вознесенский Е.А. Неразрушаю-щий контроль анкерного крепления кровли горных выработок и объектов подземного строительства // Горный информационно-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

аналитический бюллетень. - 2010. - № 12. -С. 135-137.

11. Method of testing the integrity of installed rock bolts. Патент США 4062229 МКИ2 G01N 29/00, 13.12.1977.

12. Electronic mine roof bolt tester. Патент США 4281547, МКИ5 G01N 29/04, 04.08.1981.

13. Method of determining mine roof stability. Патент США 4318302, МКИ5 F16B 31/02, 09.03.1982.

14. Apparatus and method of monitoring anchored bolts. Патент США 4198865. МКИ2 G01N 19/01, 22.04.1980.

15. A random, nondestructive and dynamic testing apparatus and method of the stressed state of a roof bolt. Патент Китая WO 2007/137466 A1, МКИ E21D 21/00, F16B 31/02, G01L 1/10, 06.12.2007.

16. Методическое пособие по комплексной геофизической диагностике породного массива и подземных геотехнических систем. - Днепропетровск, ИГТМ НАН им. Н.С. Полякова НАН Украины, 2004. - 75 с.

17. Вознесенский Е.А., Шнарский И.В. Выявление дефектного анкерного крепления кровли на Новомосковском месторождении гипса методами неразрушающего спектрального акустического контроля // Труды XXV сессии Российского акустического общества, Сессии Научного совета по акустике РАН. Секция Геоакустика. 17-20 сентября 2012 г., Таганрог. - М.: ГЕОС. - 2012. -С. 316-320.

18. Способ контроля сцепления анкерной крепи с массивом горных пород и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2443867. МПК E21D20/00, G01N29/04, опубл. 27.02.2012. ЕШ

Вознесенский Александр Сергеевич - доктор технических наук, профессор, e-mail: al48@mail.ru, МГИ НИТУ «МИСиС»;

Вознесенский Евгений Александрович - кандидат технических наук, зам. начальника отдела, ООО «Газпром геотехнологии»; Корякин Вячеслав Вячеславович - ассистент, Красилов Максим Николаевич - студент, МГИ НИТУ «МИСиС».

UDC 622.834:622.268:550.34

THE CONSTRUCTION PRINCIPLES AND DEVELOPMENT PERSPECTIVES OF THE MONITORING DEVICES OF THE ROCK MASSIF AROUND EXCAVATIONS AND OF THE MINE WORKING SUPPORT

Voznesenskii A.S., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: al48@mail.ru,

Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS»;

Voznesenskii E.A., Candidate of Technical Sciences,

зам. начальника отдела, ООО «Газпром геотехнологии»;

Koryakin V.V., Assistant,

Krasilov M.N. , Student,

Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS».

The types and principles of operation of existing and emerging geomonitoring devices (telltales), the purpose of which is the objective assessment and prediction of the rock massif state and its mining support. These ones include acoustic energy meters, based on the registration of the response signal of the impact on the tunnel surface; multi wire extensometers with mechanical measurements of massif exfoliation, these ones with inductive transducers, ultrasonic extensometers, rocks exfoliation alarm devices. Separately anchoring control device are discussed. These include instruments for determining the pull force of the anchor bolt, ultrasonic devices for monitoring the integrity of the anchor bolt, alarm-optobolt, anchors with strain gauges, instruments based on the use of high-frequency radio signals; anchor bolts «Sentinel», strain anchors. Particular attention is paid to anchoring and roof rocks spectral control devices. These ones are based on the analysis of the acoustic response at impact. Publications and patents in this area have been considered. Specially designed devices and the standard equipment are used for measurements, such as dual-channel seismic device IDS-1. There use several informative parameters, each of which is the average value of the amplitude of spectral components in its spectral band defined by 20-100-200-400-700-1000-1500-2000 Hz. The equation of linear regression is obtained, which allows determining the length of the anchor in contact with the rock mass by the measurement results. The use of a device for monitoring steel-polymer anchoring of the underground workings roof have been described. It have been tested at the mine of the Novomoskovskiy gypsum deposits. It works on the principle of the spectral analysis. Informative parameters are frequency Fmax and amplitude Amax of the acoustic response spectral peak, due of the impact on the protruding end of the anchor. An example of chart of the measurements results distribution of the anchoring state in plane coordinates Fmax-Amax is shown. Such multi-parameter measurements and intellectual processing algorithms allow improving the reliability of control.

Key words: rock array, mining support, geocontrol, anchor, acoustic, spectral analysis, telltale.

REFERENCES

1. Yamshchikov V.S. Kontrol' protsessov gornogo proizvodstva (The mining production processes monitoring), Moscow, Nedra, 1989, 446 p.

2. Voznesenskii A.S. Sistemy kontrolya geomekhanicheskikh protsessov: Ucheb. posob. 2-e izd. (Geome-chanical processes monitoring systems, Educational aid, 2nd edition), Moscow, Izdatel'stvo MGGU, 2002, 152 p.

3. Tell-tale. Site wikipedia.org. http://en.wikipedia.org/wiki/Tell-tale. Proofed 05.10.2014.

4. Golder Associates, UK. http://www.golder.co.uk. Proofed 04.10.2014.

5. Bigby D., Kent L. Rock reinforcement and testing. Research report 241. Rock Mechanics Technology Ltd. Burton-upon-Trent. 2004. 161 pp. http://www.hse.gov.uk. Proofed 04.10.2014.

6. Strata Control Technology. http://sct.gs. Proofed 15.08.2014.

7. Prisposoblenie PA-1 dlya ispytaniya krepei ankernykh na vydergivanie. TU 34-23-11038-86. Data vvedeniya v deistvie 01.07.1986 (Device PA-1 for the anchor pull-out test, Date of enactment 01.07.1986), 15 p.

8. Wittenberg D. Anwendung der Ultraschallmesstechnik an eingebauten Ge-birgsankern. Sonderdruck aus Glueckauf. 2001.137 no 6, pp. 320-324.

9. Nizkochastotnyi UZ defektoskop A1220 ANKER (Low frequency NDT device A 1220 ANCHOR). http://acsys.ru/production/?type_id=16&subtype_id=5&product_id=19. Proofed 07.08.2008.

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

10. Voznesenskii E.A. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten'. 2010, no 12, pp. 135-137.

11. Method of testing the integrity of installed rock bolts. Patent USA 4062229 MKI 2 G01N 29/00, 13.12.1977.

12. Electronic mine roof bolt tester. Patent USA 4281547, MKI 5 G01N 29/04, 04.08.1981.

13. Method of determining mine roof stability. Patent USA 4318302, MKI5 F16B 31/02, 09.03.1982.

14. Apparatus and method of monitoring anchored bolts. Patent USA 4198865. MKI 2 G01N 19/01, 22.04.1980.

15. A random, nondestructive and dynamic testing apparatus and method of the stressed state of a roof bolt. Patent China WO 2007/137466 A1, MKI E21D 21/00, F16B 31/02, G01L 1/10, 06.12.2007.

16. Metodicheskoe posobie po kompleksnoi geofizicheskoi diagnostike porodnogo massiva i podzemnykh geotekhnicheskikh sistem (Toolkit for complex geophysical diagnosis of the rock massif and underground geo-technical systems). Dnepropetrovsk, IGTM NAN im. N.S. Polyakova NAN Ukrainy, 2004, 75 p.

17. Voznesenskii E.A., Shnarskii I.V. Trudy XXV sessii Rossiiskogo akusticheskogo obshchestva, Sessii Nauchnogo soveta po akustike RAN. Sektsiya Geoakustika. 17-20 sentyabrya 2012 g., Taganrog (Proceedings of the XXV session of the Russian acoustical society Session of the Scientific Council on acoustics wounds. Section Geoacoustic. 17-20 September 2012, Taganrog), Moscow, GEOS, 2012, pp. 316-320.

18. A method for monitoring the clutch bolting with a rock massif and device for its realization. Patent RU № 2443867. MPK E21D20/00, G01N29/04, 27.02.2012.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.