Способ определения напряженного состояния массива горных пород
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности определения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов , определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
З(5в E 21 С 3900
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3436418/22-03 (22) 04.05.82 (46) 07.02.84. Бюл. № 5 (72) В. С. Ямщиков, В. Л. Шкуратник, В. М. Фарафонов и К. Г. Лыков (71) Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт (53) 622.325 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 454348, кл. Е 21 С 39/00, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР № 548712, кл. Е 21. С 39/00, 1977 (прототип).
„„SU„„1071744 A (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА
ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности определения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов, определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.
1071744
Изобретение относится к горному делу, в частности к определению напряженного состояния горных пород в массиве.
Известен способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий бурение скважин, введения неполяризующихся электродов в каждую из них и проведение локальных измерений геоэлектрического тока (1).
Недостатком данного способа является низкая точность измерения напряженного состояния, связанная с влиянием ряда мешающих факторов, например влажности.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий отбор образцов и их механическое нагружение.
Согласно способу нагружение образцов проводят циклично с увеличением нагрузки и измеряют возникающие при этом деформации, а за величину действовавшего в массиве на образец напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту уменьшения модуля деформации (2) .
Недостатком известного способа является его сложность и низкая производительность, так как определение деформаций образцов горных пород связано с трудоемкими тензометрическими измерениями, а проведение нескольких циклов нагружения, в процессе которых измеряются деформации, требует значительного времени.
Целью изобретения является повышение производительности и точности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения напряженного состояния массива горных пород, основанному на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов, определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.
Физические предпосылки изобретения заключаются в следующем, Известно, что электрическая проводимость горных пород, минералы которых имеют кристаллическую структуру, определяется из текстурными и структурными особенностями, а также дефектами в кристаллах. Так, например, если в кристаллах диэлектриков горных пород есть точечные дефекты в виде вакансий (незанятых узлов кристаллической решетки), то,под действием внешнего электрического поля ион может перескочить на соседнее с ним вакантное место. В образовавшуюся вакансию может
10 l5
55 перескочить следующий ион и так далее. В результате происходит движение ваканский, приводящее к переносу заряда через кристалл. Таким образом, проводимость диэлектрических горных пород пропорциональна концентрации дефектов кристаллов.
Концентрация дефектов, в свою очередь, зависит от термодинамического состояния, в котором находятся горные породы; в частности от их напряженно-деформированного состояния.
Давление P <, которому подвергаются горные породы в массиве, приводит к образованию в них некоторого количества дефектов, являющихся носителями тока. Этому количеству дефектов соответствует определенная электрическая проводимость, существенное увеличение которой (при постоянном температурном режиме) возможно только при условии P ) Р ), когда происходит активизация. новых ранее упорядоченных и закрепленных дефектов.
Были проведены эксперименты на образцах различных горных пород (мраморах, известняках, соляных горных породах и др.), которые выдерживались в течение несколь ких часов под нагрузкой Рн, а затем разгружались. Далее образцы вновь подвергались линейно возрастающему нагружению с одновременной регистрацией их электропроводности. При достижении уровня нагружения значения, равного Р„, наблюдалось резкое увеличение проводимости.
Эксперименты показали также, что «память> горных пород о воздействовавших на них давлениях сохраняется в течение нескольких (3 — 5) часов после снятия нагрузок (извлечения из массива).
На фиг. 1 представлена одна из возможных схем реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — зависимость, поясняющая сущность способа.
Способ осуществляется следующим образом.
С помощью пресса 1 образец 2 горной породы, извлеченный из массива, подвергается сжатию линейно увеличивающимся во времени давлением Р, уровень которого измеряется динамометром 3. Терраомметр
4 измеряет электрическую проводимость 6 образца 2 в процессе нагружения. Показания динамометра 3 и терраомметра 4 совместно регистрируются двухкоординатным самописцем 5. На фиг. 2 показано характерное изменение электрической проводимостиб образца 2 при возрастании давления P. Линейное увеличение давления P приводит сначала к практически линейному возрастанию проводимости за счет закрытия микротрещий и пор. При достиженим давлением P пресса значения Р— — 140 кг/см соответствующего давлению, действовавшему на образец в массиве, наблюдается резкое увеличение электрической проводимости.
107l744
Предлагаемый способ реализуется с помощью простой выпускаемой серийно аппаратуры, не требует трудоемких операций, f0
20 Фд бд ВО 100 128 140 f80 ЛЮ p 4г.z Составитель И. Назаркнна Редактор В. Данко ехред И. Верес Корректор И.Муска Заказ !!563/26 Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений н открытий 113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ПНП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 СИП 10 и позволяет получать информацию о напряженном состоянии в процессе единичного цикла нагружения образца.
