Изобретение относится к способам определения напряженного состояния массива горных пород, а также других объектов, находящихся в условиях одноосного напряженного состояния, и может быть использовано в горном деле для определения устойчивости горных выработок.

Известны звукометрические способы ,определения напряженного состояния горных пород, в которых используются эффекты связи параметров акустичес" кой эмиссии с напряжениями и деформациями в горных породах tl).

Недостатками способов являются 15 трудности локализации разрушающихся. участков, а также низкая надежность измерений из-эа влияния внешних акустических шумов.

Известен также способ определения 20 напряженного состояния массива горных пород путем измерения продольных деформаций скважины, пройденной в исследуемом массиве (2).

Недостатком данного способа является невысокая точность измерений напряжений вследствие произвольного бурения измерительной скважины относительно направлений главных напряжений в исследуемом массиве. . 30

Цель изобретения вЂ” повышение точности определения одноосного напряженного состояния массива пород.

Поставленная цель достигается тем, что скважину проходят под углом

arcctg О к направлению главного напряжения, где,О вЂ” коэффициент

Пуассона горных пород исследуемого массива, и,по появлению продольной деформации скважины фиксируют начальное состояние, массива в момент перехода горных пород иэ упругой в неупругую область деформаций, после чего, измеряя продольные деформации скважины и сравнивая их с наперед установленной предельной деформацией, судят о напряженном состоянии массива горных пород.

На фиг. 1 показана диаграмма.нащтяжение вЂ” деформация скважины, пройденной в исследуемом массиве под углом arcctg -Я к направлению главного напряжения; на фиг.2 - схема выбора угла акс с д -Я ; на фиг.

3 - схема реализации способа.

Диаграмма напряжение вЂ” деформация устанавливает функциональную связь 1 между продольными деформациями скважины Ь, пройденной под углом arcctg, р к направлению глав877003 ного напряжения, и напряжением G ., На диаграмме отложены характерные точки: предел упругости горных пород

Gyp, предел прочности горных пород

G и соответствующая этому пределу, :наперед установленная предельная

ПР деформация скважины д д ск

Из анализа диаграммы видно; что скважина пройденная под углом

arcctg: к оси нагружения, поставлена в такой режим деформирования, при кбтором до достижения предела упругости в(8у скважина вообще не испытывает продольных. деформаций (дскб=0), а после превышения предела упругости 6 Gyp продольные деф рмации скважины становятся отличо

СКВ ными от нуля (h. скв Ф О).

СледовательноГ возможность не производя разгрузки скважины, пройденной под углом ;агсс ц -Я к направлению главного напряжения, по п оявлению в ней продольных деформае ций зафиксировать начальное состояни массива пород в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций. После этого, измеряя продольные деформации скважины и сравнивая их с наперед установленной предельной деформацией определяют напряженное состоянне массива пород с большей точность

IlP ю чем если бы начальное напряженное состояние не было известно.

На фиг. 2 показаны массив 2 горных пород (плоский разрез), направление 3 главного напряжения, скважина 4., пройденная под произвольным у глом д к направлению главного напряжения при одноосном напряженно н м состоянии, характеризуемом параметра ми (э Г Я Г Яи Г где (> вЂ” напряжение, действующее в массиве; с.(- поперечная компонента деформирования массива; Р - осевая компонента деформирования массива.

Скважина, пройденная под угломер Г на произвольной базе имеет длину г. = Гх у где уц вЂ” осевая проО ОГ екция .базового отрезка на направление оси нагружения, совпадающей с у. хо - поперечная проекция базового отрезка: 0R, После действия пригрузки ь6,например вследствие ведения горных

5 ра от, б скважина занимает позицию и R ,а точки 0 и R - полОжения ОГ и соответственно. При этом отрезок

0 R<.имеет длину гГ, + b r, а проекци этого отрезка на оси координатвЂ”

/х + дм/ и /уо ду/., Анализ показывает, что приращени

АгГ ЬхГ.ду связаны между собой соотношением

K0 = )81YI Ы )+iCOGiql)

В упругой области деформаций массива при одноосном напряженном состоянии и приращения компоненты деформирования массива связаны с компонентами деформирования скважины соотношениями причем д Е.л

= / = СОИ 5Ф, tO 6 <4 где,И вЂ” коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива.

Поэтому относительная продольная деформация скважины равна ь "- =(x Е ((Би с . - .д"сОБ с().

) O

Приравнивая нулю, получают уравск6 нение, которое имеет решение относи20 тельно угла ol, Таким образом, существуют углы проходки скважины, для которых даже при д(р 4 0 до тех пор, пока массив работает в упругой области деформа25 ций величина продольчой деформацйи скважины Ьскэ равняется нулю.

Значения этих углов находятся из решения уравнения ctg Û = Д и они равны

OLp= arcctg /Ф

30 вЂ” М вЂ” агсс цЯ

Если не конкретизировать выбор ,И направлений отсчета угла (по часовой стрелке или против нее), то второе решение можно отбросить.

Предлагаемый способ реализуется в схеме продольного деформометра (фиг. 3) .

Схема содержит скважину б, которую проходят в массиве 2 под угломера =

40 = arcctg -у,о к оси 3 нагружения. B скважине установлены элементы 7-11 продольного деформометра. Штанга 7

c îäíîé стороны жестко связана с верхним репером 8, а с другой вЂ” с

45 подвижным. штоком 9 радиодатчика 10, жестко связанного с нижний. репером

11.Кроме того, схема содержит антенну

12 радиодатчика, беспроводную линию

13 связи,и пункт 14 сбора информа- ° . ции.

Схема работает следующим образом.

Пока массив 2 находится в области упругих деформаций, продольные деформации скважины отсутствуют и расстояние между реперами 8 и 11 не иэменяется. Радиодатчик 10 поставлен в ждущий режим, т.е. выключен.

По появлению продольных деформаций скважины bc" радиодатчик 10 автомати.чески включается. Эта информация

Я по беспроводной линии 13 связи поступает на пункт 14 сбора информации, где фиксируется начальное состояние массива пород в момент перехода горных пород из упругой области деформаций в неупругую. После этого

877003

Формула изобретения

<уп фиг. g

Рйг. Я измеряют радиодатчиком 10 продольные деформации скважины Ь ф, сравнивают их с наперед установленной предельной деформацией и по разнице этих деформаций судят о напряженном состоянии массива горных пород.

Способ определения напряженного состояния массива горных пород путем измерения продольных деформаций скважины, пройденной в исследуемом массиве, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определейия одцоосного напряженного состояния массива пород, скважину проходят под углом cL < = "6rcctg > к направлению главного напряжения, где 0 вЂ” коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и по 20 ив появлению продольной деформации скважины фиксируют начальное состояние массива в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций, после чего, измеряя продольные деформации скважины и сравнивая их с наперед установленной предельной деформацией, судят о напряженном состоянии массива горных пород.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Анцыферов M.Ñ., Анцыферова Н.Г., Каган Л.Я. Сейсмические исследования и проблема прогноза динамических явлений. И., Наука, 1971 с. 7-23.

2. Кораблев А.A. Современные методы и приборы для изучения напряженного состояния массива горных пород. М., Наука, 1969, с. 66-89 (прототип).

877003

Составитель Е. Борисова

Редактор Т, Мермелштайн Техред Т.Маточка. Корректор M,Пемчик

Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам Изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ определения напряженного состояния массива горных пород

Способ определения напряженного состояния массива горных пород // 875034

Устройство для перемещения скважинного прибора при каротаже восстающих скважин // 875033

Способ исследования сопротивляемости строительных материалов и горных пород резанию (его варианты) и устройство для его осуществления // 875032

Устройство для сохранения естественного состояния образцов горных пород // 875031

Способ определения упругих свойств массива горных пород // 872757

Способ определения сопротивляемости горных пород механическому разрушению // 872756

Способ исследования фильтрации жидкости через подработанный горный массив на моделях из эквивалентных материалов // 870711

Способ определения прочности горных пород на растяжение и образец для определения физико-механических свойств горных пород // 870710

Ультразвуковой шпуровой датчик // 870709

Способ натурного определения сдвиговых характеристик грунтов на оползневых склонах // 2101417

Изобретение относится к строительству и предназначено для определения прочности грунтов на сдвиг на оползневых склонах при проведении крупномасштабных инженерно-геологических (оползневых) съемок на ранних стадиях проектирования для обоснования схем инженерной защиты территории от опасных геологических явлений с прогнозами оползней

Скважинный репер // 2103504

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для измерения деформаций в массиве горных пород

Способ оценки предельного напряженного состояния горных пород и устройство для его осуществления // 2106493

Изобретение относится к годному делу и может быть использовано для решения различных геомеханических задач, в частности, прогнозирования статической и динамической устойчивости горных выработок, пройденных, главным образом, в горных породах осадочного происхождения

Способ определения иерархического ряда размеров компонентов литосферы земли // 2116443

Способ контроля и прогноза прочности твердеющих закладочных массивов // 2127366

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и позволяет решить задачу осуществления долговременного контроля за прочностью твердеющей смеси, оптимизации ведения горных работ с одновременным упрощением конструкции датчика и методики измерений

Способ определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород // 2130548

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам определения количества полезного ископаемого в массиве горных пород

Модель трещиноватого горного массива, вскрытого скважиной // 2134346

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в области лабораторных исследований процесса цементации трещиноватых горных пород

Устройство непрерывного контроля напряженного состояния и степени удароопасности краевых зон массива горных пород // 2134783

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для непрерывного контроля с дневной поверхности состояния массива горных пород

Способ определения изменений напряженного состояния массива горных пород во времени и устройство для его осуществления // 2135770

Изобретение относится к строительству, горному делу и экологии, в частности к регулированию процессов изменений механического состояния массивов грунтов и горных пород

Способ выявления сейсмически опасного горного массива // 2137919

Изобретение относится к сейсмологии и может быть использовано для выявления потенциальных очагов мелкофокусных поверхностных землетрясений на площадках предполагаемого строительства или в населенных пунктах