Способ контроля напряженного состояния горных пород

 

Использование: в горном деле. Сущность изобретения: способ контроля напряженного состояния горных пород включает установку в скважину анкера с закрепленным на нем датчиком из нескольких хрупких элементов и определение величины прироста напряжений по степени разрушения хрупких элементов. Хрупкие элементы помещают в гибкие оболочки, надевают послойно на анкер на устье скважины, а в качестве хрупких элементов берут материалы с различным пределом прочности, на пример базальт, известняк, песчаник и сланец. 1 з. п. ф-лы, 1 табл. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4858380/03 (22) 08,08.90 (46) 15.04.93; Бюл. ¹ 14 (71) Джезказганский научно-исследовательский и проектный институт цветной металлургии "ДжезказганНИИцветмет" (72) M. И. Жаркенов, Е. И. Николаев и Г, Л. Нестерова . (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 933997, кл. Е 21 С 39/00, 1982, Авторское свидетельство СССР

¹ 1559143, кл. Е 21 С 39/00, 1990, (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на горнорудных и других предприятиях, а также в научно-исследовательских организациях, занимающихся изучением горного давления.

Целью изобретения является увеличение срока службы датчика и повышение эффективности.

На фиг. 1 показан общий вид установленного датчика; на фиг. 2 — разрез по А — А на фиг. 1.

Устройство для осуществления предлагаемого способа состоит иэ анкера, который включает стержень 1 с упорной головкой 2 на его конце. Многокомпонентный датчик 3 выполнен из хрупких элементов 4, которые помещают в гибкие оболочки, надевают послойно на стержень анкера на устье скважины, причем в качестве хрупких элементов берут материалы с различным пределом прочности, например базальт, известняк, песчаник и сланец. Элементы 4 датчика 3 разделены жесткими шайбами 5. которые исключают попадание событий другого (57) Использование; в горном деле. Сущность изобретения: способ контроля напряженного состояния горных пород включает установку в скважину анкера с закрепленным на нем датчиком иэ нескольких хрупких элементов и определение величины прироста напряжений по степени разрушения хрупких элементов. Хрупкие элементы помещают в гибкие оболочки, надевают послойно на анкер на устье скважины, а в качестве хрупких элементов берут материалы с различным пределом прочности, на пример базальт, известняк, песчаник : сланец. 1 з. и, ф-лы, 1 табл. 2 ил. спектра частот. Вся система помещается шпур, пробуренный в кровле выработки на участке, где необходимо вести наблюдени.за состоянием выработанного пространс ва.

В этой же выработке в целике в шпур устанавливается приемник фиксаций акустических событий 6, принимающий информацию, поступающую с датчика 3.

Приемник 6 при помощи кабеля соединен с цифровым индикатором событий 7 и анализатором спектра 8. Многокомпонентный датчик 3 прижимается опорной плитой 9 к упорной шайбе 10.

Способ контроля напряженного состояния горных пород осуществляется следующим образом.

Для измерения нагрузок в выработке собирают датчик 3 из элементов 4.

В таблице приведены предельные прочности использования горных пород. .Для установки всей системы в рабочее положение и создание предварительного напряжения в элементах 4 датчика 3, голо-, 1809050 вку 2 закручивают до тех пор, пока на цифровой индикатор событий 7 не поступит информация, что система находится в рабочем напряженном состоянии и поставлена на контроль, При возникновении растягивающих усилий в кровле выработки в одном из элементов многокомпонентного датчика 3 происходит разрушение фракций заполняемого материала с меньшей прочностью, например сланца. Сигнал разрушения от датчика 3 фиксируется приемником фиксации сейсмоакустических событий 6, расположенным в шпуре целика. Цифровой индикатор событий 7 многоканальный в зависимости от количества элементов 4 датчика 3 и считает число событий с выдачей на анализатор 8 по каждому элементу.

Анализатор спектра 8 производит фиксацию и разделение различных событий по спектрам частот от каждого элемента датчика 3, что позволяет выполнить оценку напряженного состояния горного массива. При этом в процессе проявления горного давления происходит постепенное разрушение фракций в элементах 4 в зависимости от величины напряженного состояния, Так, например, при малых нагрузках разрушается сланец, песчаник, а с нарастанием горного давления разрушаются фракции известняка и базальта, Разрушение фракций происходит не только в зависимости от физико-механических свойств, но и от размера, что можно проследить из расчетов, выполненных по. формуле для предельных нагрузок, Связь между нагрузкой и прочностью фракций Материала в датчике выражается следующим образом:

Мир=Он Кф P Кз где t4„p —:предельная нагрузка;

: о — прочность материала фракций в элементах датчика, согл. таблице;

Кф — коэффициент пропорциональности фракций; р площадь элемента фракции;

Кз — коэффициент заполнения, определяющий полезную площадь датчика — 0,7.

Расчет предельных нагрузок N

100 ммг.

Коэффициент пропорциональности фракций Кф рассчитывается как отношение размеров фракций, то есть отношение площади у вершин фракций к площади основания и соответственно равны: г

0,8 мм 0,008;

100 мм

Коз = =007;

7 мм

100 мм

КФ5 = =0,2; Ke7 = =0,4.

20 38,5

Для примера был изготовлен датчик, содержащий элементы шириной 5 см, диаметром внутреннего кольца 5 см и площадью соответственно равной 235,5 см . Ниже приведены расчеты для базальт известняка, песчаника, сланца.

Базальт aH=3000 кг/см (таблица)

2 йдр1=3000 кг/см к 235,5 см к 0,008 х х 0,7 = 3960 кг;

Nöpç=3000 кг/см к 235,5 см к

0,07х0,7=34600 кг:

Йпр5=3000 кгlсм к 235,5 см к

0,2х0,7=98900 кг;

Npp7=300D кг/см х 235,5 см к г 2

0,4x0,4=197800 кг.

Известняк он=1200 кг/см (т а бл, 1) пр1=1600 кг: Ипрз=13900 xr; Nllp5=39500 кг;

Кор7=79 1 00 кг.

Песчаник гт =1000 кгlсм (табл. 1) йпр1=1330 кг; йпрз=11500 кг;

N ps=32900 кг; N p7=65900 кг

Сланец о =650 кг/см (табл. 1)

Nope=800 кг, Мпрз=7490 кг; Npp5=

= 25200 кг; Npp7=42800 кг. (акт испытаний прилагается), Результаты испытаний позволяют сделать вывод, что породы различного состава имеют специфический спектр частот, разрушение образцов происходит постепенно в

40 зависимости от нагрузок. Используя в способе контроля напряженного состояния горных пород датчики, основанные на заполнении элементов породами с.различными физико-механическими свойствами, 45 по акустическому спектру разрушения пород осуществляется контроль зв горным массивом.

Использование предлагаемого технического решения позволяет обеспечить непре50 рывность и достоверность поступающей информации о фактическом состоянии горного массива, исключив при этом работы, связанные систематическим демонтированием датчиков. а это значит — улучшить без55 опасные условия ведения горных работ в подземных выработках.

Формула изобретения

1. Способ контроля напряженного состояния горных пород, включающий уста1809050 новку в скважину анкера с закрепленным на нем датчиком из нескольких хрупких элементов и определение величины прироста напряжений по степени разрушения хрупких элементов, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью увеличения срока службы датчика и повышения эффективности, хрупкие элементы помещают s г и б6кKи е e оoб6оoл оoч кKиM, надевают послойно на анкер на устье скважины, а в качестве хрупких элементов берут материалы с различным пределом прочности.

2, Способ по и. 1, отличающийся тем, что в качестве хрупких элементов берут базальт, известняк, песчаник и сланец.

Составитель М,Жаркенов

Редактор В.Трубченко Техред M.Моргентал Корректор М Куль

Заказ 1267 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101