Acoustic method for structural and stress changes prognosis in rock mass

• Autorzy: Pivnyak G. G. , Sdvizkhova O. O. , Dychkovskyi R. O. , Golovko Y. N.

Warianty tytułu

PL

Akustyczna metoda prognozowania zmian strukturalnych i naprężeń w górotworze

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The nature of dynamic manifestations of the rock pressure in deep mines is expressed. An occasional coincidence of the majority of affecting factors drives geomechanic system “rock mass-output” with maximal accumulated potential energy. The slightest disturbance of such system leads to the loss of its stability, which is accompanied by emission of potential energy in the form of dynamic manifestation of the rock pressure (impact). At the same time, the excess of potential energy continues the destruction of the part of rock mass and the outflow of the rock. Acoustic method of prediction of dynamic phenomena in deep mines is proposed as one of physically justified methods. It is based on the analysis of the structure of man-made generated signal coming through the limit stressed rock mass. Amplitude-frequency characteristics of the signal will reflect the presence of hazard situation, and scanning the rock mass from several sources of acoustic fluctuations will allow detecting location of assumed place of crash. A criterion of crack initiation is developed based on space-time approach to solid fracture description. Numerical relation between the critical crack length, a quasi-static stress, the amplitude and frequency of elastic vibrations is determined. The critical crack length is particularly sensitive to vibration amplitude at certain frequencies. The range of such frequencies has been determined. For example, in case of sandstone increasing the amplitude of elastic vibrations 2 times at the frequency of 1145 Hz reduces the critical length of initiated crack by 2-3 times. Numerical results are correlated with the experimental data regarding the acoustic prediction of dynamic phenomena in the rock mass.

PL

Przedstawiony został charakter dynamicznych przejawów naprężeń w skałach w kopalniach głębokich. Przypadkowa zbieżność większości czynników oddziałujących, uwalnia układ geomechaniczny "moc górotworu" z maksymalną nagromadzoną energią potencjalną. Najmniejsze zakłócenia w takim układzie prowadzą do utraty stabilności, czemu towarzyszy emisja energii potencjalnej w postaci manifestacji dynamicznych naprężeń skalnych (udar). Jednocześnie, nadmiar energii potencjalnej kontynuuje zniszczenie części górotworu oraz wyrzucenie skał. Jako jedną z uzasadnionych fizycznie metod, proponuje się metodę akustycznego przewidywania zjawisk dynamicznych w kopalniach głębokich. Opiera się ona na analizie struktury sztucznie wygenerowanego sygnału, przechodzącego przez naprężony górotwór. Charakterystyka amplitudy – częstotliwości sygnału odzwierciedla obecność niebezpiecznych sytuacji, a skanowanie górotworu w różnych miejscach wahań, pozwoli wykryć lokalizację przewidywanego miejsca katastrofy. Kryterium inicjowania pęknięć opracowane jest na podstawie podejścia czasoprzestrzennego do opisu pękania ciał stałych. Wyznaczany jest związek numeryczny pomiędzy długością pęknięcia krytycznego, naprężeniem pseudostatycznym, amplitudą oraz częstotliwością drgań elastycznych. Długość pęknięcia krytycznego jest szczególnie podatna na amplitudę drgań o pewnych częstotliwościach. Wyznaczony został zakres tego typu częstotliwości. Na przykład, w przypadku piaskowca, dwukrotne zwiększenie amplitudy drgań elastycznych o częstotliwości 1145 Hz, ogranicza długość krytyczną zainicjowanego pęknięcia 2 - 3 krotnie. Wyniki numeryczne skorelowane są z danymi eksperymentalnymi dotyczącymi predykcji akustycznej dynamicznego zjawiska w górotworze.

Słowa kluczowe

EN

cracks; rock impact; numerical modelling; loss of stability; acoustic scanning; stress; amplitude; acoustic method; elastic vibrations

PL

pęknięcia; udar skał; modelowanie numeryczne; utrata stabilności; skanowanie akustyczne; naprężenia; amplituda; metoda akustyczna; drgania elastyczne

• Wydawca: KGHM CUPRUM Spółka z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe
• Czasopismo: Cuprum : czasopismo naukowo-techniczne górnictwa rud
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 89--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Pivnyak G. G.

• National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine

autor

Sdvizkhova O. O.

• National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine

autor

Dychkovskyi R. O.

• National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine

autor

Golovko Y. N.

• National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine

Bibliografia

• [1] Правила ведення гірничих робіт на пластах схильних до газодинамічних явищ. Стандарт Мінвуглепрому України – К., 2005, 224 с. "Rules of mining in seams exposed to the gas-dynamic phenomena". Ukraine coal industry standard // Kyiv, 2005, 224 p. [in Ukrainian].
• [2] Захаров В.Н., Фейт Г.Н., Малинникова О.Н., Аверин А.П., 2008, Энергия колебаний горных пород в зонах ведения горных работ при отработке угольных месторождений подземным способом. XX сессия Российского акустического общества / Физическая акустика. Нелиней-ная акустика. Распространение и дифракция волн. Геологическая акустика. М.: ГЕОС. Т. 1. С 309-312.Zakharov V, Faith G Malinnikova O, Averin A, 2008, "Rocks fluctuation energy in areas of coal underground mining. XX Session of Russian Acoustical Society / Physical Acoustics. Nonlinear acoustics. Wave propagation and diffraction. Geological acoustics. Moscow: GEOS, 2008. – Iss. 1/2008, p. 309-312, [in Russian].
• [3] С.А. Атрошенко, С.И. Кривошеев, А.Ю. Петров, 2002, Распространение трещины при разр-ушении полиметилметакрилата. Журнал технической физики, том 72, вып. 2; стр. 62-69. Atroshenko S., Krivosheyev S., Petrov A., 2002, "Crack propagation at the destruction of polymethylmethacrylate" // Journal of Technical Physics, 2002, Iss. 72/2002 (2). Pages 62-69, [in Russian].
• [4] Морозов Н. Ф., Петров Ю. В., 1997, Проблемы динамики разрушения твердых тел. // СПб. Изд-во Санкт-Петербургского университета, 132 с.Morozov N., Petrov V., 1997, "Dynamics fracture problems of solids" // St. Petersburg. Publishing of St. Petersburg University, 132 p., [in Russian].
• [5] Партон В. З., Борисовский В.Г., 1988, Динамика хрупкого разрушения – М.: Машиностроение, 240 с.Parton V., Borisov V., 1988, "Dynamics of brittle fracture" // M.: Mechanical Engineering, 240 p., [in Russian].
• [6] Алексеев А.Д., Недодаев Н.В., 1982, Предельное состояние горных пород – Киев: Наук. Думка, 200 с.Alexeev A., Nedodaev N., 1982, "Limit state of rocks" // Kiev,Naukovadumka, 200 p., [in Russian].
• [7] Особенности поведения крепких скальных пород при импульсном воздействии взрыва зарядов промышленных взрывчатых веществ В. М. Комир, Я. С. Долударева, Т. Ф. Козловская, В. Н. Долударев, В. Д. Лемижанская, А.И. Комир, Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. – Кременчук: КрНУ, 2011, Випуск 6 (71), частина 1. Стр. 128-131.Komir, Ya. Doludareva, T. Kozlovskaya, V. Doludarev, V. Lemizhanskaya, 2011, "The hard rock behavior at the impulse action of the explosion of charges of industrial explosives " // Scientific journal «Environmental Security», Kremenchug National University Michael Ostrogradskiy – Kremenchug: KrNU, 2011. – Iss. 6/2011 (71), p. 128-131, [in Russian].
• [8] Масленников E.B., 1999, Оценка возможностей способов прогноза динамических явлений на угольных пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа // Науковий вісник HГA України, № 5, Стр. 60-61.Maslennikov E., 1999, "Estimating the possibility of dynamic phenomena forecast method in coal seams prone to sudden outbursts of coal and gas" // Scientific journal NMA Ukraine, Iss. 5, p. 60-61, [in Russian].