Способ определения удароопасности горных пород в массиве на стадии геологоразведки

 

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение достоверности прогноза. Из керна, извлеченного из геологоразведочной скважины, изготавливают серию образцов. В каждом образце выбуривают отверстие вдоль его оси. Производят циклическое нагружение образцов (кернов) до разрушения стенок отверстия. Нагружение проводят радиальными и осевыми напряжениями при постоянном для каждого керна отношении их друг к другу. Для различных кернов серии изменяют это отношение от 10 до 5 с единичным шагом. В каждом цикле нагружения определяют отношение интегральных упругих деформаций к сумме упругих и неупругих деформаций. При отношении деформаций менее 0,5 определяют отсутствие потенциальной удароопасности краевой зоны массива при данном и меньших отношениях напряжений. В противном случае определяют наличие потенциальной удароопасности для всех отношений напряжений. Затем измеряют предел прочности пород на одноосное сжатие σ<SB POS="POST">сж</SB>, коэффициент структурного ослабления пород К<SB POS="POST">о</SB>, их плотность γ, коэффициент концентрации напряжений в зонах повышенного горного давления Кσ и вычисляют критическую глубину, на которой наступает удароопасное состояние H≥(KΣΣ<SB POS="POST">сж</SB>σК<SB POS="POST">о</SB>)/γσК<SB POS="POST">.</SB>, где К - коэффициент, равный 80 для гидростатического напряженного состояния и 65 для неравнокомпонентного. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCMOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4283179/23-03 (22) 13 ° 07.87 (46) 15.07.89. Бюл. М 26 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) А.П.Запрягаев, А.В.Исаев и Ю.Я.Иннин (53) 622.283(088.8) (56) Указания по определению механических свойств угля и горных пород, склонных к динамическим явлениям. Л.: 1980, с.5"7.

Авторское свидетельство СССР

Р 840354, кл. Е 21 С 39/00, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРООПАСНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В МАССИВЕ НА СТАДИИ

ГЕОЛОГОРАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к горному делу. Цель — повьппение достоверности прогноза. Из керна, извлеченного из геологоразведочной скважины, изготавливают серию образцов. В каждом образце выбуривают отверстие вдоль

его оси. Производят циклическое нагружение образцов (кернов ) до разрушения стенок отверстия. Нагружение

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения потенциальной удароопасности массива Горных пород.

Цель изобретения — повышение достоверности определения, а также повышение информативности способа за счет определения критической глубины горных работ.

„„Я0„„1493782 А 1 проводят радиальными и осевыми напряжениями при постоянном для каждого керна отношении их друг к другу.Для различных кернов серии изменяют это отношение от 10 д 5 с единичным шагом. В каждом цикле нагруженил определяют отношение интегральных упругих деформаций к сумме упругих и неупругих д формаций, При отношении деформаций менее 0,5 определяют отсутствие потенциальной удароопасности краевой зоны массива при данном и меньших отношениях напряжений. В противном случае определяют наличие потенциальной удароопасности для всех отношений напряжений. Затем измеряют предел прочности пород на одноосное сжатие, коэффициент структурного ослабления пород К, их плотность ), коэффициент концентрации напряжений в зонах повьппенног0 горного давления К и вычисляют критическую глубину, на которой наступает удароопасное состояние Н > (К Ь К0)/Г К>, где К вЂ” коэффициент, равный 80 для гидростатического напряженного состояния и 65 для неравнокомпонентного. 1 зп. фmt, Способ осуществляют следующим образом.

Из керна, извлеченного из геологоразведочной скважины, изготавливают серию образцов (кернов), в одном из которых выбуривают отверстия на глубину не менее 2/3 их высоты. Подготовленные образцы нагружают в гидравлической установке радиальными и осе1493782

1»ыми наг pv эками нри отношении 1»l» »пикающих радиальных C> p и осевых 0„ напряжений в пределах от 10 до 5 на различных кернах серии„ Это отношение выдерживают постоянным в каждом образце при изменении его с единичным шагом в других испь1тываемых образцах данной разновидности породы. Harpy. жение каждог<» керна производят цикли»

»чески. 8 каждом цикле поинтервально наращивают и снимают напряжения в керне до нуля.11ри этом нагру»ку и раз10 грузку в различных циклах выполняют до интенсивного деформирования и разруше- 15 ния стенок отверстия в керне.Для каждого цикла нагружение — разгрузка определяют отношение упругих U к сумме упругих и неупругих U „ гнтегральных радиальных деформаций стенок от- 20 перстня U /U „ +Ц,.

1

»

При ео. ранении этого отношения

U /U у +U „до момента интенсивного деформирования с разрушением стенок 2S отверстия не менее критического значения, равного О, 5 на всем интерв;1ле видов напряженно го состояния, определя»от наличие потенциальной удароопасности породы в краевой части 30 массива в зоне максимума опорного давления. При отношении упругих и суммарных упру1их и неупругих интегральных радиальных деформаций

UY/1 „ +1 „ 0,5 дальнейшее опре— деление его прекращают и определяют краевую зону массива, как неудароопасную для всех 11оследующих в»11дов напряженного состояния I» массиве, имеющих 6 / 6, менее фиксированногс щ значення е / 6<> в данном керне, Р

При установленной потенциальной удароопасности пород осуществляют про гно з к ритич е ской глубины во з никновения удароопасного состояния H.

11звлечен1»ый из геологоразведочной скважины и обработанный по торцам керн без снерления отверстия дополнительно Hc l»b»TblF»»»»IT B условиях о jno осного н»гру кения и определяют пре50 и;»ед Jl l»po:n»onòè на одноосное сжатие g . Зп гем .»ыполняют анап»и: состояния всего из влеченно го керн,», предст»»1»ля»» щ» I 0 толщу пор„д с диой разно1»11,11»0ст»1 с регистрациеи интен- 55 сивностн и ориентации трещин, измеряют ус-.р лне»»1»1»й объемный вес пород а р :»vJII.ò;»òl 1 aHaJIèaa трещинов,i I< етн р;», »»»1»ь»х р;»зновидностей лов род усредняют для единицы длины керна по мощности толщи пород и опред.ляют коэффициент структурного ослабления породы К в массиве. Проводчт анализ наличия крупных геологических нарушений и предполагаемых технологических схем, вызывающих образэвание зон повышенного горноro давления и устанавливают коэффициент кэнцентрации напряжений К от влияния этих зон на нетронутый проведением выработок массив. При отсутствии зон повышенного горного давления коэффициент концентрации напряжений К, обуславливаемый проведением выработки, принимают равным 2. Устанавливают по структурным особенностям месторождения и предполагаемым технологическим схемам вид напряженного состояния массива и определяют критическую глубину горных работ, при котороц наступает удароопасное состояние в краевой зоне вблизи выработок по формуле

К с - К,.

Н

» у ..К где K — коэффициент, зависящий от нида напряженного состояния массива, и равный 80 для гидростатического напряженного состояния и 65 для неравнокомпонентного; предел прочности породы на одноосное сжатие;

К, — коэффициент структурного ослабления пород в массиве; пло тно с ть по ро д, К вЂ” коэффициент концентрации напряжений в зонах повышенного горного давления, Прогноз потенциальной удароопасности пород на стадии геологоразведочных работ базируется на экспериментально установленной зависимости их деформационных характеристик от вида напряженного состояния массива, определяемого соотношением между радиальными б и осевыми 6 напряР »» жениями. Соотношение между моделируемыми в керне радиальными и осевыми 5, напряжениями в интервале от 10 до 5 принято, исходя из необходимости определения потенциальной удароопасности пород при тех же видах напряженного состояния, которые имеют место в краевой зоне массива вблизи выработок М зоне максимума

1 93782 оперного давления. 11» nl»as с де:. ятикратного соотношения 4 „ / с, способность породы к упругому деформированию и разрушению н дин»мической форме снижается, что обуслонливает иные значения критериев удароопасности. При моделировании напряженного состояния в зоне максимума давления обеспечивается уточнение фактических деформационных характеристик различных разновидностей пород и сопост»вление их с критериальными зн,3 чениями удароопасногo состояния.Кри териальное значение потенциальной удароопасHooти м»ссин °, определяемое соотношением между упругими U „ i суммарными упругими и неуиругими U инн тегр»льпыми деформациями стенок отверстия в керне U /U z +U > i О, 5, устанонпено экспериментально при исследовании процесса упругого и неупругого дефо рмирона«ия ударсопас— ных и неудароопас.ных горных пород пр.. доведении напряжений до разрушения породы.

Проп оэ критическ..й глубины воз— никнон ения уда рооп»сного состояния пород вблизи контура выработок iI(>II различнс м напряженном состоянии I!етронутого массива основывается на экспериментально установленных количественных зависимостях начала процесса неупругого деформирования стенок моделей скважин разного диаметра от соотношения межд ) радиальными и осевыми с, напряжениями, т.е. от аида напряжен«ого состояния. Данные зани им )cTH обусловливают вн .дение эмпирических коэффициегтон и определение критической глубины Н уд»роопасного состояния по фактической прочности пород н массиве с учетом егo трещиноватости и коэффициент» концентрации напряжений.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает испитание пород при объемном напряженном состоянии с соотношением радиальной и осевой нагрузок, соответствующим виру напряженного состояния в окрестности горных выработок и зоне максимума опорного давления. При этом моделируются условия формирования удароопа< ного состояния пород н глубине крае :.ой эоны массива с изме. 1 рением определяющего признака потенциапьнои удароопасности пород - отношения упругих и пол«ых деформаций.

Кроме того, предлаl.,»омыл способ позволяет определ II» критические мини.альные глубины «роя аления горных ударов в зависимости от нида напряженного состояния пород н массиве. ф о р и у л а и з о б р е т е и и я

1. Способ определения удароопасногти горньх пород B массиве HB стадии геологоразведки, включающий нагружение извлеченного иэ скважины керна радиальными и осевыми нагрузкас ми при различннх соотношениях между

«ими, определс ние значений возникающ Ix н породе радиальных и осевых напряжений, при ко то рых происходит разгушениe поверхности керна, н измepe20 ние деформаций керна в процессе нагр.л. .ения, отличающийся тем, что, с целью онышения достонегэ-ности определения, нагружают се25 рию кернон н которых предварительЭ яо ныбуринают Отверстия по их оси, í".l руженпе каждого керна производят циклически до разрушения стенок отверстия при постозпном отношении рад«ад: ного напряже«ия к осевому и

30 для различных нернон серии изменяют зто отношение от 1О до 5 с единичным ш»гом, н каждом цикле ндгружения определяют отношение интегральных упругих деформаций к сум.le упругих и

35 неупругих деформаций, сравнивают значс.ние отноше«ия деформаций с критическим значением и по их соотношеник определяют удароопасность краевой зоны массива горных пород.

Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения информатиннос.ти способа за счет определения критической глубины горных работ, дополнительно определяют

45 предел прочности пород на одноосное сж»тие, коэффицие«т структурноro ослабления пород в массиве, объемный нес пород, коэффициент концентрации напряжений в зона:; «овышенного гор50 нс го давления и ни, «»пряженного состояния массива, » критическую глубину П, на котор. и «»ступает удароопасное состояние, определяют по формуле

55 с- с Ко

К,.

Где К коэффицис HT эаBHcящий от нида напрнжo!!!!oI состояния

149378?

К о

Корректор И.Муска

Заказ 4080/34 Тираж 449

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,. ул. Гагарина, 101 массива, и равный 80 для гидростатического напряжен ного состояния и 65 для неравнокомпонентного, 5 предел прочности породы на

СФ одноосное сжатие;

Составитель К.Лыков

Редактор Ю.Середа Техред М., яндык коэффициент структурного о"лабления пород в массиве;

lIJIOTHOCTb пород; коэффициент концентрации напряжений в зонах повышенного горного давления.