Способ определения деформации горных пород в зонах, недоступных для прямых измерений



Способ определения деформации горных пород в зонах, недоступных для прямых измерений
Способ определения деформации горных пород в зонах, недоступных для прямых измерений
Способ определения деформации горных пород в зонах, недоступных для прямых измерений
Способ определения деформации горных пород в зонах, недоступных для прямых измерений

 


Владельцы патента RU 2509889:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский университет дружбы народов (РУДН) (RU)

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений открытым способом. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения потенциальной поверхности скольжения и изменения геомеханического состояния массива горных пород в окрестностях этой поверхности. Способ включает периодическое определение сдвижения реперов, расположенных на откосе горных пород и прилегающей к нему земной поверхности, в вертикальной и наклонной плоскостях и построение полных векторов смещения поверхности откоса. Реперы размещают в скважинах, пробуренных в откосе горного массива, по сдвижению которых рассчитывают величину относительной деформации горных пород в приоткосной зоне для каждой скважины по математической формуле. По линии, соединяющей точки с критическими значениями относительной деформации, определяют границу потенциальной поверхности сдвижения пород приоткосной зоны. 4 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений открытым способом, в частности при определении местоположения потенциальной поверхности скольжения и состояния массива горных пород в окрестностях этой поверхности, от которого зависит устойчивость бортов карьеров, разрезов и котлованов.

Известны способы определения потенциальной поверхности скольжения, предложенные Г.Л.Фисенко (Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965, с.300) и В.В.Соколовским (Статика сыпучей среды. М.-Л.: Издательство АН СССР, 1942, с.128). Предложенные ими способы базируются на допущении, что массив горных пород представляет собой сыпучую среду, и для описания происходящих в ней геомеханических процессов можно использовать теорию сыпучей среды, согласно которой элементарные площадки скольжения в однородном массиве горных пород возникают при напряжениях не менее

Площадки скольжения элементов, на которые разбивается массив, располагаются под углом к направлению наибольшего главного напряжения, которое в массиве пород откосов обычно совпадает с вертикалью. Изменение направления этих площадок, как показал анализ кривых, построенных по методу В.В.Соколовского, происходит плавно по криволинейной форме, близкой к круглоцилиндрической. Используя указанные закономерности, определяется положение поверхности скольжения в откосе, по которой сумма сил сдвигающих равна сумме сил удерживающих, т.е. откос находится в предельном состоянии. От правильности определения местоположения потенциальной поверхности скольжения зависит точность и надежность расчетов устойчивости откосов и эффективность принимаемых защитных и профилактических мероприятий по обеспечению устойчивости горного массива.

Недостатками данных способов является то, что при принятом допущении не учитываются слоистость, блочность, трещиноватость, тектоническая нарушенность и другие особенности массива горных пород, оказывающих существенное влияние на его геомеханическое состояние и устойчивость бортов карьеров, разрезов и котлованов. Поэтому теоретические способы определения потенциальной поверхности скольжения имеют большую погрешность, а неточное определение ее местоположения приводит к снижению надежности расчетов устойчивости откоса и как следствие неэффективности или значительному удорожанию принимаемых защитных мероприятий.

Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому результату в части определения деформации горных пород является способ, основанный на построении линии потенциальной поверхности скольжения по данным маркшейдерских наблюдений, заключающийся в периодическом определении координат реперных точек, расположенных на откосе и прилегающей к нему земной поверхности (Геомеханика: учеб. пособие / Э.В.Каспарьян, А.А.Козырев, М.А.Иофис, А.Б.Макаров. М.: Высш.шк., 2006, с.484). По результатам инструментальных наблюдений отстраивают полные вектора сдвижения поверхности откоса, определяют местоположение потенциальной поверхности скольжения и выхода ее на поверхность на прилегающей к откосу территории.

Недостатком этого способа является то, что на смещение наблюдательных пунктов (реперных точек) большое влияние оказывают эрозионные процессы, происходящие в приповерхностном слое вследствие выветривания и не связанные с геомеханическими процессами, происходящими внутри горного массива. В результате чего, данные таких наблюдений не характеризуют фактическое состояние массива горных пород и по ним невозможно точно определить местоположение потенциальной поверхности скольжения и состояние горных пород в ее окрестностях. Другим недостатком этого способа является ограниченная возможность закладки наблюдательных пунктов (реперных точек) на застроенной территории или территории, занятой отвалами пустой породы.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения местоположения потенциальной поверхности скольжения и изменения геомеханического состояния массива горных пород в окрестностях этой поверхности для своевременного обнаружения признаков, предшествующих возникновению аварийных ситуаций, и принятия необходимых профилактических и защитных мероприятий.

Технический результат достигается тем, что в способе определения деформации горных пород в зонах, не доступных для прямых измерений, включающем периодическое определение сдвижения реперов, расположенных на откосе горных пород и прилегающей к нему земной поверхности, в вертикальной и наклонной плоскостях и построение полных векторов сдвижения поверхности откоса, реперы размещают в скважинах, пробуренных в откосе горного массива, по сдвижению которых рассчитывают величину относительной деформации горных пород в приоткосной зоне для каждой скважины по формуле:

,

где Ri - сдвижение репера;

Ri-1 - сдвижение предыдущего репера;

l - расстояние между этими реперами,

и по линии, соединяющей точки с критическими значениями относительной деформации, определяют границу потенциальной поверхности скольжения пород приоткосной зоны.

Наблюдения за деформациями массива горных пород предложенным способом позволяют контролировать процесс их развития и своевременно проводить профилактические и или защитные мероприятия для недопущения достижения деформациями своих предельных значений. Данные, полученные в результате наблюдений предложенным способом, интегрально отражают влияния всех обозначенных особенностей горных пород и поэтому являются более надежными для определения местоположения линии потенциальной поверхности скольжения и оценки состояния массива горных пород в ее окрестности.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показано определение месторасположения потенциальной поверхности скольжения по результатам измерений в наклонно пробуренных скважинах 1 и 2 при строительстве подземного сооружения методом «стена в грунте» А и при отработке карьера Б, 3 - потенциальная поверхность сдвижения, 4 - отвал. На фиг.2 показано построение полного вектора сдвижения, где 5 - ось наблюдательной скважины; εизм - измеренное горизонтальное смещение деформационного репера в скважине Rp; η - измеренное оседание; R - полный вектор сдвижения. На фиг.3 приведена схема распределения полных векторов смещений относительно скважин, где 1 и 2 - наклонные скважины, 3 - потенциальная поверхность скольжения. На фиг.4 приведена схема распределения горизонтальных деформаций горных пород ε относительно скважин, 1 и 2 - наклонные скважины, 3 - потенциальная поверхность скольжения.

Предлагаемый способ определения деформаций горных пород в зонах, не доступных для прямых наблюдений реализуется следующим образом. В борту карьера, разреза или котлована пробуривают наклонные скважины, в которых через определенный интервал размещаются деформационные реперы. Контроль перемещений реперов вдоль оси скважины осуществляют применением магнитогерконового способа измерений. В наклонно пробуренную скважину помещаются реперы с определенным интервалом. Одновременно скважина обсаживается пластиковой трубой, что необходимо для того, чтобы была возможность беспрепятственного прохождения магнитогерконового датчика внутри скважины, а также для доставки деформационных реперов к местам их установки в скважине. Определение местоположения реперов производят путем взятия отчета по мерной ленте во время срабатывания датчика в зоне действия деформационного репера при проводке датчика внутри обсадной трубы. Для определения вертикальной составляющей сдвижения массива, проводят измерения наклонов скважин путем инклинометрии или определением высотных отметок в скважине при помощи гидронивелира.

Один конец гидронивелира помещают внутрь обсадной трубы скважины, другой фиксируют снаружи над устьем скважины. Затем при помощи досыльника, который представляет собой сборную конструкцию, состоящую из пластиковых трубок с закрепленной на них измерительной лентой, колбу гидронивелира заглубляют внутрь скважины. Заглубление производят с интервалом, так называемым шагом измерения, соответствующим интервалу между деформационными реперами. В конце каждого шага измерения выжидается время, необходимое для стабилизации системы, после чего берутся отчеты по поверхности жидкости в колбе, расположенной над устьем скважины, и по мерной ленте досыльника. По результатам произведенных измерений вычисляют величины относительных деформаций ε для каждой наблюдательной скважины по формуле:

,

где Ri - сдвижение репера;

Ri-1 - сдвижение предыдущего репера;

l - расстояние между этими реперами.

Линия, соединяющая точки с критическими значениями относительных деформаций εкр, является границей потенциальной поверхности скольжения Фиг.3.

Для оценки состояния массива и необходимости принятия защитных мер определяют коэффициент запаса устойчивости борта n.

При относительных деформациях ε=1·10-3 сдвижения массива горных практически не ощутимы, что соответствует коэффициенту запаса устойчивости n=1,4, при котором никаких профилактических и защитных мер не требуется.

При относительных деформациях 0,5εкр>ε>1·10-3 сдвижения массива горных пород считаются допустимыми, что соответствует коэффициенту запасу устойчивости n=1,3, при котором никаких специальных мер защиты или профилактики, кроме инструментальных наблюдений, не требуется.

При относительных деформациях εкр>ε>0,5εкр сдвижения массива горных пород считаются критическими, что соответствует коэффициенту запасу устойчивости n=1,2, при котором необходимо применять меры по повышению устойчивости бортов карьера, разреза, котлована, в том числе по упрочнению горных пород в окрестностях потенциальной поверхности скольжения.

При относительных деформациях 2εкр>ε>εкр сдвижения массива горных пород считаются предельными, что соответствует коэффициенту запасу устойчивости n=1,1, при котором резко повышается опасность возникновения оползня и следует начать эвакуацию людей и механизмов из оползнеопасной зоны.

При относительных деформациях ε>2εкр сдвижения массива горных пород считаются запредельными, что соответствует коэффициенту запасу устойчивости n=1,0, при котором происходят опасные разрушительные процессы и потому пребывание людей в оползнеопасной зоне недопустимо.

Способ позволяет производить дистанционные измерения деформаций массива горных пород через специально пробуренные наклонные скважины в зонах, не доступных для прямых, маркшейдерских наблюдений. Измерения заключаются в определении направления и величин горизонтальных и вертикальных сдвижений реперных точек, расположенных в скважинах через определенный интервал, с целью построения полных векторов сдвижений, определяющих местоположение потенциальной поверхности скольжения (Фиг.1). Построение полного вектора сдвижения осуществляется путем геометрического суммирования вертикальной и горизонтальной его составляющих, полученных по данным инструментальных измерений (Фиг.2). По результатам определения полных векторов сдвижения строятся графики сдвижений в скважинах, по конфигурации которых можно определить местоположения потенциальной поверхности скольжения (Фиг.3). Измерения осуществляются непосредственно в массиве горных пород и данные, полученные в результате наблюдений предложенным способом, интегрально отражают влияния всех особенностей горных пород и поэтому являются более надежными для определения местоположения линии потенциальной поверхности скольжения и оценки состояния массива горных пород в ее окрестности для своевременного обнаружения признаков, предшествующих возникновению аварийных ситуаций, и принятия необходимых профилактических и защитных мероприятий.

Способ определения деформации горных пород в зонах, не доступных для прямых измерений, включающий периодическое определение сдвижения реперов, расположенных на откосе горных пород и прилегающей к нему земной поверхности, в вертикальной и наклонной плоскостях и построение полных векторов смещения поверхности откоса, отличающийся тем, что реперы размещают в скважинах, пробуренных в откосе горного массива, по сдвижению которых рассчитывают величину относительной деформации горных пород в приоткосной зоне для каждой скважины по формуле:
,
где Ri - сдвижение репера;
Ri-1 - сдвижение предыдущего репера;
l - расстояние между этими реперами,
и по линии, соединяющей точки с критическими значениями относительной деформации, определяют границу потенциальной поверхности сдвижения пород приоткосной зоны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве. .

Изобретение относится к механике разрушения твердых тел и может быть использовано при определении прочностных свойств композиционных материалов и горных пород в строительной и горной областях промышленности.

Изобретение относится к горному делу, в частности к области контроля состояния горного массива посредством измерения величины деформации горных выработок или их участков.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения напряжений в массиве горных пород. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оценки безопасного ведения горных работ под водными объектами. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности вследствие ведения подземных и открытых горных работ.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для регистрации сейсмических волн и деформаций в скважине. .

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования проявления горного давления в горных выработках. .

Изобретение относится к физико-механическим испытаниям материалов и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях. .

Изобретение относится к области строительства, а именно к исследованию физико-механических характеристик грунтов динамическим зондированием. Способ динамического зондирования грунтов, при котором погружают штангу с зондом в грунт посредством периодических ударов и во время каждого удара определяют параметры воздействия грунта на датчики измерительной системы, обеспечивая усиление сигналов от датчиков, их аналого-цифровое преобразование, регистрацию и передачу данных, включая зависимость перемещения зонда от времени и зависимость изменения лобового сопротивления от времени, во внешний блок обработки данных с помощью соответствующего программного обеспечения, в результате чего определяют физико-механические характеристики грунта.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и мелиорации земель и может быть использовано при отборе вертикального монолита-образца почвогрунтов ненарушенного (природного) сложения с целью определения их водно-физических и фильтрационных свойств.

Изобретение относится к области строительства, в частности к оценке деформационных свойств смесей глинистых грунтов с крупнообломочными включениями при возведении противофильтрационных устройств, тела дамб, плотин, дорог и др., а также оснований сооружений.

Изобретение относится к транспорту углеводородов в нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации трубопроводов, расположенных в местах с возможными оползневыми явлениями, для принятия своевременных мер по их защите от разрушения при перемещениях грунтовых масс, вызванных нарушением весового баланса в результате сезонного оттаивания, насыщения грунта или иными причинами.

Изобретение относится к строительному производству и предназначено для определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя. Способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя включает бурение скважины перед началом его промерзания, отбор образцов грунта, измерение глубины сезонного протаивания ξ, определение на образцах плотности сухого грунта ρd,th.

Изобретение относится к устройствам измерения распределения деформации, использующим в качестве чувствительного элемента оптическое волокно. .

Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий и может быть использовано для отбора проб материала, слагающего россыпные месторождения. .

Изобретение относится к инженерным изысканиям в строительстве при исследовании деформационных свойств грунтов до начала строительства и при реконструкции старых зданий и сооружений, преимущественно лабораторными методами при определении сжимаемости грунта в компрессионном приборе в режиме релаксации напряжений.

Изобретение относится к приборам для измерения деформаций морозного пучения грунта в лабораторных условиях. .

Изобретение относится к строительству, а именно к определению механических свойств грунтов в полевых условиях при проведении инженерно-геологических изысканий и обследовании грунтов в основании существующих фундаментов. Устройство для комплексного определения физических и механических свойств грунтов в полевых условиях содержит анкер, упорную балку, нагрузочный винт, поворотное кольцо, крыльчатку и режущее кольцо. С целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерений оно снабжено: сервоприводом с винтом, установленным на упорной балке, датчиком крутящего момента, закрепленным на штанге с кольцевым штампом, датчиком силы, закрепленным в нижней части сервопривода, датчиком вертикальных перемещений, установленным на репере. Сервопривод, датчик силы, датчик крутящего момента, датчик вертикальных перемещений подключены к блоку управления и через интерфейс к компьютеру, образуя измерительную систему с прямой и обратной связью между датчиками и сервоприводом. Технический результат состоит в повышении точности нагружения и измерения путем автоматического контроля проводимых испытаний. 4 з.п. ф-лы, 1 пр., 5 ил.
Наверх