Способ исследования тектоническихнапряжений b проходимых горныхвыработках

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТВЛЬСТВУ

Союз Соеетскнв

Соцналнстнческнк

Ресвублнк

<щ 848635

Ф (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлеио 040176 (21) 2306753/22-03 с присоединением заявки М р )м. к.з

Е 21 С 39/00 (23) Приоритет— Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий

Опубликоваио 230781.Бюллетень Й9 27 (53) УДК 622.831. .3(088.8) Дата опубликования описания 23.07.81 (72) Автор изобретения

, »,, «, „»»,»; „.

Г. И. Кулаков

3 1 р

Институт горного дела Сибирского отделенная АН СС1 Р (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ

НАПРЯЖЕНИЙ В ПРОХОДИМЫХ ГОРНЫХ

ВЫРАБОТКАХ

Изобретение относится к способам измерения напряжений в горных ,породах.

Известны способы исследования тектонических напряжений в горных породах по ориентации природной трещиноватости 11.

Однако эти способы трудоемки и имеют малую точность.

Известен способ определения тектонических напряжений кварцсодержащих горных пород путем проведения микроструктурного анализа образцов.

В этом случае при исследованиях в сложных горно-геологических условиях о положении главных осей тектонических напряжений судят по измерениям пьезомодулей, по направлению пьезоэлектрической поляризации ориентированных кварцсодержащих образцов Г2 J °

Однако указанный способ трудоемок и, кроме того, может применяться только в кварцсодержащих горных породах.

Известен также способ исследования тектонических напряжений в проходимых горных выработках, включающий бурение скважины из забоя выработки и установку в ней кольцевоro фотоупругого датчика из оптически активного материала Dg

Недостаток этого способа — большая трудоемкость.

Цель изобретения — снижение трудоемкости измерений.

Поставленная цель достигается тем, что перед датчиком производят удаление части массива путем подвигания забоя выработки, а о наличии тектонических напряжений судят по совпадению оптической оси картины в датчике, соответствующей наибольшему главному напряжению, с ro1S риэонталью.

На фиг. 1 приведено расположение опережающей скважины с датчиком в забое подготовительной выработки на фиг ° 2 — вид оптической карти20 ны в датчике при наличии тектонических напряжений.

Из забоя проходимой выработки 1 бурят опережающую скважину 2, длина которой должна не менее, чем на

2-3 м превышать уход забоя за адин цикл. В скважине устанавливают и приклеивают к ее стенкам кольцевой фотоупругий датчик 3. Затем забой проходимой выработки подвигается

30 на один цикл. В результате этого

848635

Формула изобретения

46

65 напряженно-деформированное состояние масс нпереди забоя выработки, .в том числе .вокруг скважины 2 с . фотоупругим датчиком 3, изменяется, и в датчике возникают напряжения, пропорциональные первоначальным напряжениям в породе. Наблюдаемая при этом в датчике в поляризованном свете оптическая картина (фиг. 2) имеет две оси 4 и 5 симметрии, причем в случае наличия тектонических напРяжений ось 4 совпадает с направлением их действия.

В качестве фотоупругих датчиков могут использоваться только датчики из оптически активного материала, выполненные в виде цилиндра с осевым отверстием небольшого диаметра.

Оптическая картина в таком датчике имеет две оси 4 и 5 симметрии, ориен- тированные под углом 900 друг к другу и совпадающие с направлениями главных напряжений в породе; узор оптической картины относительно этих осей различен, так что всегда можно отличить ось симметрии, совпадающую с направлением наибольшего главного напряжения (ось 4), от оси симметрии, совпадающей с направлением наименьшего главного напряжения (ось

5); характео узора оптической каРтины зависит от соотношения главных напряжений в породе.

Если напряжения в породе обусловлены только силами тяжести (тектониЧеские силы отсутствуют), то наибольшее главное напряжение Й„ориентируется по вертикали (ось 4 вертикальна),а наименьшее главное напряжение по горизонтали (ось 51 горизонтальна)

В этом случае отношение наименьшего главного напряжения к наибольшему определяется форьа лой где 1) — коэфФициент Пуассона.

Из этой формулы следует, что — т ° е. наименьшее главное напряжение, или боковой отпор, целиком определяется весом столба перед 6„ и свойствами пород g .

Если кроме сил тяжести в породе действуют и тектонические силы, которые обычно ориентированы в горизонтальном или близком к нему направлении, то горизонтальные напряжения больше вертикальных. В этом случае наибольшее главное напряжение в пофоде ориентируется в горизонтальном найравлении и в том же направлении, ориентируется соответствующая ему ось 4 на оптической каРтине в датчике. Следовательно, если оказывается, что оптическая картина в датчике ориентирована так, что ось

4 напранлена в горизонтальном или близком к нему направлении, то

Это говорит о том, что в породе дей.

15

ЗО ствуют тектонические силы. Сравнивая горизонтальные напряжения с вертикальными по виду оптической картины в датчике, можно оценить, насколько тектонические напряжения превышают напряжения веса пород.

Установка датчика в скважине на расстоянии от забоя. превышающем не менее чем на 2,0 м его подвигание эа один цикл, связано с тем. что после подвигания забоя датчик должен остаться в массиве ненарушенных за счет взрывных работ пороц впереди забоя. Если после поднигания забоя датчик оказывается слишком близко от плоскости забоя, то его показания искажаются за счет системы трещин, образовавшихся н процессе взрывной отбойки. Из практики ведения горных работ известно, что интенсивная трещиноватость за счет взрывнЬис работ распространяется на глубину до 0,5 м от стенок выработки, небольшая трещиноватость — на глубину до 1,0 — 1,2 м, отдельные трещины иногда наблюдаются до глубины 1,5 — 1,6 м от стенок выработки.

Таким образом, на расстоянии от забоя н глубь массива пород 2,0 м и более трещины за счет проведения выработки не образуются и, следовательно, показания датчика на таком расстоянии от забоя не искажаются за счет трещинообразования .

Знание величины и направления тектонических напряжений необходимо при планиронании горных работ, при расчете кРепей горных выработок, при расчетах на прочность целиков и . т. д. При наличии тектонических напряжений подготовительные выработки необходимо ориентировать в направлении наибольшего сжимающего на-. пряжения в породе. В этом случае устойчивость выработок оказывается значительно выше и, соответствен-. ио, ниже затраты на их поддержание.

Способ исследонания тектонических напряжений в проходимых горных выработках, включающий бурение скна; жины из забоя выработки и установку в ней кольцевого фотоупругого датчика из оптически активного ма- . териала, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости измерений, перед датчиком производят удаление части массива путем подвигания забоя выработки, а о наличии тектонических напряжений судят по совпадению оптической оси картины в датчике, соответствующей наибольшему главному напряжению, с горизонталью.

848635

Фра1

Составитель Е Борисова

Редактор О. Малец Техред. З,фанта Корректор Г.Иазарова

Заказ 6032/34 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Газовский М. В. Основы текто. офизики. М., "Наука", 1975, с. 425.

2. Авторское свидетельство СССР в 377514. кл. Е 21 С 39/00, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2028311/22-03, 1974.