Сотрудники лаборатории геодинамики и горного давления ИГД УрО РАН в апреле провели серию экспериментальных работ на Песчанском месторождении (г. Краснотурьинск) по периодическим замерам поля напряжений массива и тестирование нового оборудования

Сотрудники лаборатории геодинамики и горного давления ИГД УрО РАН Криницын Р.В., Авдеев А.Н., Селин К.В., Гришин А.В. провели серию экспериментальных работ на Песчанском месторождении по периодическим замерам поля напряжений массива и тестирование нового оборудования.

Современные методы мониторинга напряжений в горных породах на Песчанском месторождении

Горный массив никогда не находится в абсолютном покое — даже в стабильных на первый взгляд условиях в его толще постоянно происходят изменения напряжений. Резкое изменение этих напряжений может привести к опасным явлениям, таким как горные удары, обрушения и деформация выработок.

От классических решений к новым технологиям

Исследования велись на уже оборудованных станциях контроля. Специалисты использовали три метода, каждый из которых по-своему фиксирует напряженное состояние:

1. Метод гибких нитей На стенках выработки на постоянной основе закреплены реперные устройства, к которым подвешивается рулетка длиной 50 метров. При деформации породы из-за изменения напряжений нить смещается. С помощью нивелирования фиксируют изменение приращений расстояния между реперами, что позволяет в дальнейшем рассчитать величину напряжений и его изменение. Этот метод прост и высокочувствителен, он используется на протяжении многих лет.
2. Метод фотоупругих включений В шпур (скважину) устанавливается специальный чувствительный датчик. Под воздействием горного давления в нем возникают оптические аномалии — двойное лучепреломление. При освещении датчика полярископом появляются цветные полосы, которые фиксируются прибором. Анализ этой картины позволяет определить величину изменения напряжений в массиве горных пород.
3. Щелевая разгрузка Один из самых используемых методов, но и наиболее трудоемкий. Между реперными устройствами на стенке выработки прорезается щель с помощью алмазной пилы или перфоратора. Реперные устройства смещаются в направлении образованной щели, что фиксируется средствами измерения. На основе этих данных можно оценить напряжения как на контуре выработки, так и внутри массива по специально разработанной и апробированной методике.

Современное оборудование - повышение точности и автоматизация

В ходе испытаний специалисты лаборатории также апробировали новое автономное оборудование для создания наблюдательных станций щелевой разгрузки. Его ключевое отличие — увеличенные параметры создаваемой разгрузочной щели. Это позволяет снизить относительную ошибку единичного измерения за счет соотношения базы измерения к большему охвату объема разгружаемых пород и, соответственно увеличить итоговую точность определения.

В ходе экспериментов также велась запись акустической эмиссии (АЭ). Это явление хорошо известно: перед разрушением в любом хрупком материале зарождаются, растут микротрещины, издавая высокочастотные «щелчки». Горная порода ведет себя аналогично. Для регистрации этого явления использовался прибор «НИРА», разработанный НТЦ «Автоматика» (г. Красноярск). Его главное преимущество — возможность работы одновременно с двумя датчиками, разнесёнными на расстояние. Один датчик фиксирует только наличие локальных звуковых сигналов. Два разнесенных датчика позволяют

• определить источник акустического события (зарождение новой или увеличение существующей трещины);
• оценить энергию происходящего процесса;
• отфильтровать помехи (например, шаги людей или работу оборудования). «НИРА» слушает массив с помощью датчиков-"геофонов": процессор сравнивает время прихода сигнала к левому и правому датчику и вычисляет точное местоположение акустического события в массиве.

Для организации непрерывного мониторинга в подземных условиях оборудована специализированная закрытая ниша для размещения регистрирующей аппаратуры и обеспечения непрерывного контроля массива, что позволяет службе прогноза и предотвращения горных ударов (СППГУ) регулярно снимать показания и накапливать уникальные данные.

Результаты и перспективы

Полученные данные (измерения щелевой разгрузки, показания фотоупругих датчиков, наблюдения по методу гибких нитей, записи акустической эмиссии) позволят дополнить и уточнить модель напряженно-деформированного состояния массива горных пород шахты «Северопесчанская». Успешные испытания нового оборудования дают основания рекомендовать его для внедрения на других горнодобывающих предприятиях региона и России.

Комплексный подход к мониторингу напряжений в массиве горных пород повышает безопасность и эффективность горных работ.