Способ определения прочности горных пород

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 списочник изоьгеткни

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3766642/22-03 (22) 05.07.84 (46) 23.02.86. Бюл. 9 7. (71) Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (72) А. Н. Умрихин, В. М. Неборский и А. А. Умрихин (53) 622.35(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1071751, кл. Е 21 С 39/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 562655, кл. Е 21 С 39/00, 1977.

Протодъяконов М. М. Методы исследования прочности горных пород, применяемые в СССР. Сб, "Разрушение и механика горных пород" ° — М.: Госгортехиздат, 1962, с. 351-352. (54)(57) СПОСОБ OIIPEgEJIEHNH ПРОЧНОСТИ ГОРНЬИ ПОРОД в массиве, включающий радиальное нагружение стенок скважины испытуемого участка массй» (51) 4 E 21 С 39/00 G 01 N 3/08 ва горных пород и регистрацию усилия при разрушении испытуемого участка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения прочностных свойств массива горных пород в условиях его напряженного состояния и на разных расстояниях от стенки выработки, стенки скважины на каждом испытуемом участке нагружают до значений фактических напряжений в данной части массива, при этом каждый испытуемый участок ограничивается с обоих торцов соосными со скважиной цилиндрическими выемками одинакового диаметра, превышающего диаметр скважины, после чего к одной из торцовых площадок испытуемого участка параллельно оси скважины прикладывают усилие до его разрушения, определяют площадь поверхности разрушения и предел И прочности при сдвиге.

1213196

ro участка массива. Площадь этой поверхности определяется выражением

S =>ПЕ, где S — площадь поверхности разру5 шения;

D — диаметр круговой торцовой площадки, образованной на границе испытуемого участка цилиндрической соосной сква10 жине выемкой; — расстояние между круговыми торцовыми площадками испытуемого участка.

Пределы прочности на сдвиг на каждом участке определяются по формуле

Способ осуществляется следующим

20 образом..

Пример. По оси штрека бурят скважину 1 диаметром 42 мм, в которой из встречной выработки на рас25 стоянии 15 м от забоя штрека устанав. ливают гидравлический датчик с начальным давлением 10 МПа, соответствующим гидростатическому давлению горных пород на данной глубине. По мере приближения штрека к датчику регистрируется давление в нем, которое изменяется с расстоянием 3 м от забоя до подсечки датчика исполнительным органом комбайна. Затем забой останавливают и на расстояниях х,0,3 м, x = },4 ì, Х> = 2,15 м, Х4 3 м и Х -" 4 м от забоя в скважц» не 1 цилиндрическими выемками. 2 диаметром 80 мм ограничивают участки 3 40 . длиной f 70 NM HB K DM Hs участков сначала стенки скважины нагружаются с помощью гидропатрона, подобного упоминавшемуся гидродат,— чику, до ранее замеренньи на данных расстояниях. значений б„, т.е., до

0,8; 5; 7,4 и IO МПа соответственно.

Затем гидродомкратом производится сдвиг участка 3 с регистрацией усилия Р, прилагаемого к задней круго- 50 вой торцовой площадке 4 в направлении к передней площадке вдоль оси скважины. Разрушение горной породы происходит по вполне определенной поверхности, а именно по цилиндричес- 55 кой поверхности, соединяющей края одинаковых круговых торцовых площадок, расположенных на границах испытываемо.! o =k б„ р

k =«(, о) откуда

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении прочности горных пород в массиве„ прилегающем к контуру горной выработки.

Цель изобретения - повышение точности определения прочностньж свойств массива горных пород на разных расстояниях от стенки выработки и в условиях его напряженного состояния.

На фиг. 1 изображена схема размещения испытуемых участков по длине скважины1 на фиг, 2 — схема радиаль" ного нагружения участка; на фиг. 3—

cxeha определения предела прочности при сдвиге со сжатием; на фиг. 4паспорт прочности для пласта впереди выемочного штрека.

Р

Т DX

Также благодаря наличию на границах испытуемых участков круговых торцовых площадок обеспечивается и вполне определенная направленность разрушающего усилия, прилагаемого к одной торцовой площадке в сторону другой, по отношению к поверхности разрушения, а именно параллельно этой поверхности. Для этого по экспериментальным значениям средних нормальных напряжений G и соответtl ствующим нм пределам прочности на сдвиг о строится график, представляющий для данной горной породы огибающую предельных кругов Мора.

Коэффициент сцепления К определяется как отрезок, отсекаемый огибающей на оси (o „=0), предел прочности при одноосном сжатии d — как диаметр круга, проходящего через начало координат и касательного к огибающей, предел прочности,при одноосном растяжении dp — как отрезок, отсекаемый на. оси отрицательных Gä продолжением графика огибающей, коэффициент внутреннего трения tg P при любом напряженном состояниц " как отношение üь к а4„ . По тем же экспериментальным значениям и б

t} названные параметры паспорта прочности горной породы в массиве могут быть получены расчетом. Для этого необходимо аппроксимировать график огибающей соответствующим образом, Например, при аппроксимации огибающей в виде прямой имеем уравнение

Кулона

1213196

- предел прочности на сдвиг без сжатия (стенка выработки). -1< P- k«р( l 1 * „ „" о s

По экспериментальным значениям

6„и (крестики, фиг. 4) строят часть графика огибающей предельных кругов (сплошная линия), которая затем экстраполируется в обе стороны (пунктирная линия). По полученному паспорту определяют следующие показатели:

NHa 4,2

10 6, ИПа 12 0

К,ИПа - 39

tg p при 4„=0, 8 MIa О, 7

tg p при <„=10 ИПа 0 где <,, Далее

Г t

Эатем.2a с:« у .

Фиг.2

Заказ 762/44 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб . ° д . 4 /5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Г. Алексеева

Редактор О. Головач Техред,М.Гергель Корректор А. Тяско