Способ определения напряжений в массиве горных соляных пород

 

Способ определения напряжений в массиве горных соляных пород. Использование: в горном деле. Сущность изобретения камеру для растворения выполняют в массиве горных соляных пород, а в качестве растворяемой породы используют породу стенок камеры . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (54)5 Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4859889/03 (22) 14.08.90 (46) 07,10,92. Бюл. К. 37 (71) Ленинградский горный институт им. Г.В.Плеха нова (72) А.С.Кириченко, Н,M,Ïðîñêóðÿêoâ, Ю.Г.Сиренко и А.А.Ярагин (56) Авторское свидетельство СССР

М 972094, кл. Е 21 С 39/00, 1981, Техника экспериментального определения напряжений в осадочных породах, под ред. Е.И.Шемякина, Новосибирск, Наука, 1975, с. 150, Изобретение относится к горному делу, а именно к способам определения напряжений в массиве горных соляных пород.

Известен способ определения напряжений в массиве горных пород, включающий бурение скважин, установку скважинных деформометров или наклейку измерительных деформометров на забой скважины и последующее керновое бурение с обуриванием части пород вокругдеформометров (см. Техника экспериментального определения напряжений в осадочных породах, под ред. д,т.н. Е.И.Шемякина, Наука, Новосибирск, 1975, 150 с).

Для обуривания части пород вокруг деформометров необходимо применять специальные буровые станки, использование которых в действующих забоях горных выработок усложняется из-за работы забойного оборудования, Недостатком способа является сложность его выполнения, Известен способ, принятый в качестве прототипа, определения напряжений в массиве горных соляных пород, включающий

„, Я2„„1767175 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ СОЛЯНЫХ ПОРОД (57) Способ определения напряжений в массиве горных соляных пород. Использование: в горном деле. Сущность изобретения: камеру для растворения выполняют в массиве горных соляных пород, а в качестве растворяемой породы используют породу стенок камеры . 1 ил. растворение породы в камере в определенном объеме растворителя, измерение объема усадки, сравнение его с эта.1онными значениями и определение напряжений в массиве по тарировочным зависимостям (авт.св, N 972094, кл. Е 21 С 39/00, 1982), К недостаткам этого способа необходи- л мо отнести сложность его осуществления и с ) низкую точность определения напряжений. О

Сложность его осуществления заключается в том, что он предусматривает изготовление образцов заданного объема, Операция эта сложная и в шахтных условиях практически неосуществима. Второй недостато.; проис (Л ходит из того, что в процессе изготовления образца нарушается плотность соляного компонента, и усадка в этом случае не будет соответствовать плотности исследуемого массива. Анализ плотности показывает, что погрешность определения напряжений в этом случае может достигать 20%.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение процесса определения напряжений в массиве.

1767175

Поставленная цель достигается тем, что камеру выполняют в массиве горных соляных пород, а в качестве растворяемой породы берут породу стенок камеры.

Осуществление способа поясняется чертежом.

На чертеже изображены камера 1, пробка 2 с отверстием, в которое вставлена стеклянная трубка 3 с градуировкой, растворитель 4, мешалка 5 и горная порода 6.

Способ осуществляют следующим образом.

На исследуемом участке соляной горной породы 6 делают камеру 1, объем которой заранее известен и постоянен. Для этого бурят шпур или скважину заданных длины и диаметра, Затем устье камеры перекрывают герметично пробкой 2 с вставленной в ее отверстие стеклянной трубкой

3 с градуировкой. Через трубку 3 камеру 1 заполняют растворителем, объем которого постоянен, и уровень раствора контролируют по делениям трубки 3, По мере растворения стенок камеры 1, вследствие усадки породы при растворении, уровень раствора в трубке 3 изменяется, пока не наступит его насыщение исследуемой породой, К моменту насыщения уровень раствора в трубке 3 равен I>. Этот уровень меньше начального уровня 1, соответствующего началу растворения, объем усадки Чу при этом определяют по известной формуле

Сущность способа заключается в том, что соляные породы относятся к упруго-пластическим, и увеличение напряжений в породе вызывает увеличение пластической деформации, которая трансформируется в увеличение плотности соляного компонента породы, Зависимость усадки соляного компонента от его напряженности и плотности удовлетворительно описывается уравнением — =1+ с оь (2}

З.m Oо где d — внутренний диаметр стеклянной трубки.

Полученное значение Л < сравнивают с известным эталонным значениемЛ, и по калибровочной характеристике определяют значение напряжения, действующего в массиве, где cry и о > — напряжение в породе исследуемого и калибровочного массива, н/м, А> и Л > — объем усадки породы исследуемого и калибровочного массивов, мз;

5 m — масса растворенной породы, кг;

Š— модуль упоугости соляного компонента породы, н/м; р> — плотность соляного компонента породы калибровочного массива, н/м . з

10 Далее, при заполнении камеры, выполненной в исследуемой породе, известным и постоянным объемом растворителя на момент полного насыщения раствора, мы будем иметь всегда постоянную и известную

15 массу раствора и его плотность, поскольку в известном объеме растворителя может раствориться при заданных условиях известная масса породы. Таким образом; контролируя объем породы посредством контроля изме20 нения объема раствора через трубку 3 с делениями (разницу между начальным и конечным уровнями раствора, мы получаем характеристику, отражающую объем растворенной породы, находящейся в опреде25 ленном напряженном состоянии, Очевидно, что при этом исключается влияние нерастворимого остатка.

Осуществление способа покажем на примере определения напряжений в породе

30 межкамерного целика калийного пласта

Кр.П Верхнекамского месторождения на расстоянии 1,5 м от обнажения.

Предварительно в лабораторных условиях в соответствии с формулой (2) была

35 построена калибровочная характеристика способа в координатах "напряжение-усадка" для этих пород. При этом были приняты следующие постоянные величины: объем растворителя 3 10 м; объем камеры 1 был

40 меньше на величину объема стеклянной трубки 3 объем которой составлял

2,84 10 м (28,4 см ). Это предопределило объем камеры 4, который составляет

2,716 . 10 м (271,6 GM ), Затем в целике

45 бурили шпур диаметром 42 мм с неоольшим технологическим наклоном к горизонту(для исключения пролива растворителя в наших опытах угол наклона составлял 10 ), В шпур вводились латунная трубка 3 внутренним

50 диаметром 5 мм с градуированным стеклянным наконечником, которую устанавливали герметично с помощью пробки 2 (резиновая пробка с пластилиновой замазкой). Предварительно в камеру 4 ввели мешалку 5 в виде

55 латунной крыльчатки на тонкой проволоке, конец которой через стеклянную трубку вывели наружу. Через трубку 3 в камеру 1 заливали растворитель 4 (водопроводная вода при температуре шахтной окружаю1767175

Составитель А.Я рагин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор З.Салко

Редактор Т.Федотов

Заказ 3533 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 щей среды 18 С). Поскольку растворение соляного компонента происходит сразу же после контакта с растворителем, нулевое положение уровня растворителя определяли предварительно на модели из нерастворимой породы (мраморный блок), в котором изготавливали аналогичную камеру, В процессе растворения породы стенок камеры 1 раствор перемешивали мешалкой для исключения преждевременной стабилизации.

Растворение до полного насыщения, как правило, продолжается не менее 1,2 с. Измеренная по градуированной трубке усадка составила Л1 = 1,38 10 м, чему по калибровочной характеристике соответствует напряжение О = 75 МПа. В нетронутом массиве и в массиве вне зоны влияния очистных работ напряжение о = 38 МПа.

Формула изобретения

Способ определения напряжений в мас5 сиве горных соляных пород, включающий растворение породы в камере в определенном объеме растворителя, измерение объема усадки, сравнение его с эталонными значениями и определение напряжений в

10 массиве по тарировочным зависимостям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса определения напряжений в массиве, камеру выполняют в массиве горных соляных по15 род, а в качестве растворяемой породы берут породу стенок камеры.