Способ определения напряжений в массиве горных пород

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е (, 889849

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.03.80 (21) 2897849I22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Е 21 С 39/ОО

Гееуддрствеилмй кемитет по делам изобретений и атврмтий

Опубликовано 15.12.81. Бюллетень №46

Дата опубликования описания 25.12.81 (53) УДК 622.235 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Барковский и Н. А. Филатов

Всесоюзный ордена Трудового Красного замени научноисследовательский институт горной г омехаййки и маркшейдерского дела ВНЙтт1 4 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ

ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения напряжений в массиве горных пород.

Известен способ определения полных напряжений, согласно которому бурят измерительную скважину, устанавливают в нее фотоупругий датчик напряжений, бурят параллельно измерительной разгрузочную скважину, затем по оптической картине, возникшей в датчике за счет бурения разгрузочной, определяют направление главных напряжений в породе. Затем бурят вторую измерительную скважину параллельно первой; устанавливают в нее кольцевой фотоупругий датчик напряжений, бурят вблизи второй измерительной скважины параллельно ей по крайней мере еще одну дополнительную разгрузочную скважину в направлении одного из главных напряжений в породе, после чего по показаниям второго фотоупругого датчика определяют величину главных напряжений в массиве (1).

Недостатком этого способа является 20

его большая трудоемкость.

Известен также способ определения напряжений в массиве горных пород, включающий бурение исследовательской и соосной с ней измерительной скважины, установку в последней измерительного устройства, обуривание измерительной скважины и извлечение кольцевого керна (2)

Недостатком этого способа является то, что он дает положительные результаты в горных массивах, породы которого позволяют выбуривать куски керна значительной длины (например, не менее 20 мм). Это, как правило, крепкие монолитные породы.

В большинстве случаев, где необходимо определять напряжения, керн из-за наличия трещиноватости, небольшой прочности породы, вибрации и заштыбовки бурового снаряда разламывается при бурении на куски небольшой длины. Преждевременный срыв керна нарушает установку деформометра, иногда приводит к его поломке. Приходится углублять скважину и повторять опыт. После нескольких преждевременных срывов керна приходится бурить новую скважину, что связано со значительной затратой времени и рабочей силы на перестановку бурового станка. При этом заранее оценить опасность преждевременных срывов керна весьма трудоемко, необ889849

Формула изобретения

55 з ходимо предварительно бурить параллельную разведочную скважину. Все это снижает производительность определения напряжений существующим способом и ограничивает область его применения крепкими монолитными породами.

Целью изобретения является увеличение производительности.

Поставленная цель достигается тем, что измерительное устройство выполняют в виде полого цилиндра из оптически чувствительного материала, вклеивают его перед обуриванием в измерительную скважину, затем кольцевой керн вместе с вклеенным в него цилиндром извлекают и разрезают на диски разной толщины, ориентированные к оси цилиндра под разными углами, после чего определяют напряжения в оптически чувствительном материале, находящемся в дисках, по которым судят о напряженном состоянии массива.

На фиг. 1 изображены исследовательская 1 и соосная с ней измерительная 2 скважины, полый цилиндр 3 из оптически чувствительного материала, клей 4, пробка 5, манжета 6, штифты 7; на фиг. 2,— исследовательская и измерительная скважины, вклеенный полый цилиндр, разгрузочная скважина. 8 и керн 9; на фиг. 3— керн и линии разрезов 10 на диски.

Способ осуществляется следующим образом.

Бурят исследовательскую скважину 1 до места измерения напряжений, затем бурят измерительную скважину 2. Стенки скважины 2 протирают и обезжиривают ацетоном. В измерительную скважину вклеивают полый цилиндр 3 клеем 4. Для предотвращения вытекания клея цилиндр снабжен пробкой 5 и манжетой 6, а для центрирования цилиндра в скважине служат штифты 7. Вклеенный полый цилиндр укрепляет породу вокруг измерительной скважины. Цилиндр является своего рода армировкой и предотвращает преждевременное разрушение керна. После полной полимеризации клея производят обуривание кольцевой щелью 8 керна 9, его срыв и извлечение из скважины. При выбуривании керна порода разгружается от напряжений, действующих в массиве, которые вызывают напряжения в цилиндре из оптически чувствительного материала. Для их определения керн разрезают на диски, и оптически чувствительный материал в дисках исследуют на поляризационно-оптической установке. Используя известный математический аппарат теории упругости или тарировку осуществляют переход от напряжений, определенных в оптически чувствительном материале диска, к напряжениям, действующим в массиве в месте измерения и по направлениям, совпадающим с плоскостью диска.

При лабораторных испытаниях предлагаемого способа в образце мрамора куби5

Зо

35 ческой формы с длиной грани 150 мм бурится отверстие (скважина) диаметром 24 мм.

Образец нагружается на прессе одноосной нагрузкой. В отверстие образца, находящегося под нагрузкой, эпоксидным клеем холодного отверждения вклеивается полый цилиндр из оптически чувствительного материала ЭД вЂ” 6М. Наружный диаметр цилиндра 20 мм, диаметр отверстия 10 мм.

Образец находится под нагрузкой до полной полимеризации клея (20 ч). После этого образец разгружается и разрезается алмазным кругом на срезы, перпендикулярные оси скважины, толщиной 2 — 12 мм. Срезы исследуются на поляризационно-оптической установке КСП вЂ” 6. Испытано три образца при различных нагрузках. Напряжения, определенные предлагаемым способом, сопоставляются с напряжениями, созданными в образцах прессом. Сопоставления показывают, что отклонения замеренных напряжений составляют не более 10О/О.

Использование предлагаемого способа определения напряжений в массиве горных пород методом разгрузки обеспечивает по сравнению с известными увеличение производительности, так как применение в качестве измерительного элемента цилиндра из оптически чувствительного материала не требует выбуривания керна большой длины, поскольку диски, достаточные для определения напряжений, могут быть вырезаны из отдельных кусков небольшой длины, и кроме того, отпадает необходимость в бурении разведочной скважины; расширение области применения в результате того, что вклеиванием цилиндра укрепляется порода вокруг измерительной скважины, что позволяет выбуривать куски керна, достаточные для определения напряжений в тех местах массива, где по известному способу они не получаются.

Способ определения напряжений в массиве горных пород, включающий бурение исследовательской и соосной с ней измерительной скважин, установку в последней измерительного устройства, обуривание измерительной скважины и извлечение кольцевого керна, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, измерительное устройство выполняют в виде полого цилиндра из оптически чувствительного материала, вклеивают его перед обуриванием в измерительную скважину, затем кольцевой керн вместе с вклеенным в него цилиндром извлекают и разрезают на диски разной толщины, ориентированные к оси цилиндра под разными углами, после чего определяют напряжения в оптически чувствительном материале, находящемся в дисках, по которым судят о напряженном состоянии массива.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 711287, кл. Е 21 С 39/00, 1974.

889849

2. Влох Н. П., Сашурин А. 3. Измерение напряжений в массиве крепких горных пород. М., «Недра», 1970, с. 37 (прототип).

Составитель Л. Прошина

Редактор Л. Конецкая Техред А. Бойкас Корректор Г. Назарова

Заказ 10918/51 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оз крытий

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4