ГЕОМЕХАНИКА

Оригинальная статья

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

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 11-2019 /1124/

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

Название

Методика бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки

Авторы

Бизяев А.А., инженер «Лаборатории механики горных пород» ФГБУН Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН, 630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: bizyaev@ngs.ru

Воронкина Н.М., начальник отдела контроля динамических явлений и мониторинга массива горных пород АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия, e-mail: voronkinanm@suek.ru

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: sav@eml.ru

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: lion_ltd@mail.ru

Аннотация

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.

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 проблемы 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. Регистрационно-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).

Информация о статье

Поступила в редакцию: 05.08.2019

Одобрена рецензентами: 02.09.2019

Принята к публикации: 08.10.2019

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Методика бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки», авторы: Бизяев А.А., Воронкина Н.М., Савченко А.В., Цупов М.Н.

Рецензент

Кривецкий А.В., кандидат техн. наук, инженер лаборатории механики горных пород ФГБУН Института горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН, старший научный сотрудник лаборатории квантовой криогенной электроники Новосибирского государственного технического университета.

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 трещинообразования в массиве увеличивается, что накладывает 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, прогнозе землетрясений, диагностике трещинообразования бетона в капитальных горных выработках и тоннелях.

Общий характер материала: работа содержит описание новой методики бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки.

Цели и задачи исследования вполне аргументированы. Представленные материалы соответствуют цели и задачам исследования. Научный материал собран и обработан на высоком уровне. Содержание и оформление работы соответствуют предъявляемым требованиям. Сделанные выводы вполне обоснованы. Замечания по содержанию, выводам рекомендациям и оформлению работы отсутствуют.

Заключение: рецензируемая статья рекомендуется к публикации в журнале «Уголь».