Способ определения напряженного состояния массива горных пород

 

Союз Соввтскик

Социалистических

Республик ю881

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (2ã) За в с о 09,04. 79 (21) 275! 174/22-03 с присоединением заявки М(23) Приоритет (53)М. Кя.

E 21 C 39/00

Ркуаарстеенкыа кемктет

СССР ао делам изабретеннк и открытки

Опубликовано 15. 11. 81 Бюллетень М42

Дата опубликования описания 15. 11. 81 (53) УДК620. 317.

° 3(088.8) 8. С. Ямщиков, И. И. Манукян Д. Г. Малюжинвц, Л. Л. Павлов, 8. И. Карбачинский, А. И. Маслов, В. И. Иакарычев, А. С. Вознесенский и И. I. Коган (72) Авторы изобретения

Иосковский ордена Трудового Красного Знамени горный институт (71 ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к способам определения напряженного состояния массива горных пород, а также других объектов, находящихся s условиях одноосного напряженного состояния и мо- .

5 жет быть использовано в горном деле для целей определения устойчивости горных выработок.

Известны звукометрические способы определения напряженного состояния горных пород, в которых используются эффекты связи параметров акустической эмиссии с напряжениями и деформациями в горных породах tlj .

Основные недостатки =- .х способов -, трудности локализации разрушающихся участков, а также низкая надежность измерений из-за влияния внешних акустических шумов.

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

Недостатком этого способа является невысокая точность измерений вследствие произвольного бурения измерительной скважины относительно направлений главных напряжений в горном массиве.

Цель изобретения - повышение точности определения одноосного напряженного состояния массива пород.

Цель достигается тем, что скважину проходят в области углов полярных расстояний агссйд1(Ф6 и - arcctg EA к направлению главного напряжения, где Ф - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и, по меньшей мере, одну дополнительную ска" жину в наперед выбранных направлениях остальной области углов, после чего, измеряя в скважинах продольные дефор" мации, сравнивают знаки приращений последних, в момент совпадения которых судят о напряженном состоянии массива пород.

На фиг. 1 показаны области углов проходки в массиве пород скважины и

881320

Скважина, которую проходят в области углов 3 - arcctgÓäé64 i-arcctgWW в процессе нагружения не изменяет знака приращений продольных деформаций, что объясняется преобладающим

30 влиянием на продольную деформацию скважины поперечных деформаций массива во всем диапазоне нагрузок.

Дополнительные скважины (одна или несколько), которые проходят в облас- N ти углов arcctg YQ)8) 4-arcctg &jH в процессе одноосного нагружения меняют знак. Это объясняется преобладающим влиянием при малых нагрузках осевых деформаций массива f.„ ф), а затем по мере роста нагрузки и увеличения коэффициента поперечных деформаций (аналога коэффициента Пуассона в неупругой области деформаций горных пород), преобладающим влиянием по- 45 перечных деформаций массива Е,(б).

Номерами от до 11 (фиг. 2) показаны диаграммы напряжение-деформация

hc» скважин, пройденных поп различными углами -я- 1 8;. arcctg VIE; 8» > 50

8 ; {3„; 80 к направлению главного напряжения, причем кривые 5-7 соответствуют области 3 углов проходки.

На оси б, отложены характерные точки: бу - предел упругости горных ы пород; 5 0 - предел длительной. прочности горных пород; б ч- предел проч-.. ности горных пород; к; п - произволь-; дополнительных скважин," на фиг. 2 диаграммы напряжения-деформации скважин, пройденных под различными углами к направлению оси напряжения;-на фиг.3схема реализации способа.

Для удобства (фиг. 1) взят массив

1 пород, имеющий цилиндрическую форму (целик, колонна) . Направление главного напряжения показано стрелками 2. Пози-. цией 3 обозначена область углов про- 10 ходки скважины, прилегающая к направлению 6 = — ; позицией 4 - область и углов проходки дополнительных скважин.

Границы между областями 3 и 4 определяются углами О ч = arcctg VW и 8"= 1>5

= 1С - arcctgE

Причем принята сферическая система координат, для которой углы (померные расстояния) определяются пределами О < 8(2.

Деление направлений проходки,скважин на две области 3 и 4 объясняется тем, что в процессе нагружения массива, скважины ставятся в качественно различные режимы деформирования.

25 ные состояния горных пород в интервале напряжений оп-банч.

Из анализа диаграммы видно, что для кривых 5-7 смена знака приращений не происходит вообще, а для кривых

8-11 - происходит в точках б»,б „, 60, 60 . Отсюда следует, во-первых, что для данного способа нет необходимости проходить более одной скважины в области углов a rcctg fp4841С-a rcc tgP, во-вторых, в остальной области углов необходимо проходить, по крайней мере, столько дополнительных скважин, сколько состояний массива горных пород необходимо фиксировать.

Любое состояние бп -б яточно определяется без фиксации начального состояния массива пород в момент совпадения знаков приращения продольных деформаций скважины, пройденной в области 3 углов и, по крайней мере, одной дополнит ел ьной скважины, которую . проходят в наперед выбранном направлении Нк области 4 углов. Значение

8 „ устанавливается предварительным ,экспериментом или расчетами.

Скважина 12 (фиг. 3) пройдена в . массиве 1 пород под углом arcctg< g84

«

Продольные деформации скважин измеряются с помощью идентичных продольных деформометров, состоящих из следующих элементов: штанг 14, C одной стороны жестко связанных с верхними реперами 15, с другой - с подвижными штоками 16 радиодатчиков 17, и нижних реперов 18, связывающих радиодатчик со стенками скважины.

Данные о продольных деформациях скважин 12 и 13 с радиодатчиков 17 через антенны 19 поступают в беспроводную линию связи 20 и затем принимаются на пункте сбора и переработки информации 21. На этом пункте сравнивают знаки приращений деформаций скважин 12 и 13 и в момент совпадения знаков приращений судят о напряжен ном состоянии массива горных пород на любом этапе его напряжения; например, вследствие ведения горных пород.

Формула изобретения

Способ определения напряженного состояния массива горных пород путем

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Анцыферов И. С. и др. Сейсмические исследования и проблема прогноза динамических явлений. M., "Наука" >

1971, с. 7-23.

2. Кораблев А.А. Современные мето" ды и приборы для изучения напряженного состояния массива горных пород, И., "Наука", 1969, с. 66-89.

5 881320 6 йзмерения продольных деформаций сква- деформации, сравнивают знаки приращежины, пройденной в исследуемом мас- ний последних, в момент совпадения сиве, отличающийся тем, которых судят о напряженном состоячто, с целью повышения точности опре- нии массива пород. деления одноосного напряженного состояния массива пород, скважину проходят в области углов полярных расстояний arcctgRQ48 41t -arcctg ГФ к направлению главного напряжения, где (Ч - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и, по меньшей мере, одну дополнительную скважину, в наперед выбранных направлениях остальной области углов, после чего, измеряя в скважинах продольные