RU2485313C1 - Method to assess stressed condition of rocks - Google Patents

Method to assess stressed condition of rocks Download PDF

Info

Publication number
RU2485313C1
RU2485313C1 RU2012100463/03A RU2012100463A RU2485313C1 RU 2485313 C1 RU2485313 C1 RU 2485313C1 RU 2012100463/03 A RU2012100463/03 A RU 2012100463/03A RU 2012100463 A RU2012100463 A RU 2012100463A RU 2485313 C1 RU2485313 C1 RU 2485313C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rocks
plastic substance
rock
cracks
waves
Prior art date
Application number
RU2012100463/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Георгиевич Кю
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН
Priority to RU2012100463/03A priority Critical patent/RU2485313C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2485313C1 publication Critical patent/RU2485313C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: method includes drilling of a well, generation of a slot with rock rupture by a plastic substance in the specified plane. Initially the slot is formed with the plastic substance, electric resistance of which depends on pressure, and then the plastic substance with dielectric properties is injected into the slot from the place equidistant from its borders, thus creating from the initially injected plastic substance a ring, which is used to receive electromagnet and elastic waves from formation of cracks in rocks. Assessment of stressed condition of rocks is carried out by parameters of received waves.
EFFECT: higher efficiency of the method due to reduction of labour intensiveness of its realisation, reduced effect of massif structure at a measurement result and expanded area of information collection about rock condition.
4 cl, 3 dwg

Description

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве.The technical solution relates to mining and can be used to assess the stress state of rocks in the rock mass.

Известен способ определения напряженного состояния горных пород по авт. свид. СССР №1209863, кл. Е21С 39/00, опубл. в БИ №5, 1986 г., включающий образование и герметизацию камеры в скважине, пробуренной на исследуемом участке, нагнетание в камеру жидкости до критического давления, приводящего к гидроразрыву пород, и определение ориентации плоскости гидроразрыва. Величину минимальной составляющей поля напряжений определяют по величине критического давления, а ее направление принимают соответствующим нормали к плоскости гидроразрыва. При этом камеру образуют сферической формы, измеряют максимальный и минимальный размеры плоскости гидроразрыва, определяют их соотношение, по которому судят об отношении максимальной и средней компонент поля напряжений.A known method for determining the stress state of rocks by ed. testimonial. USSR No. 1209863, class E21C 39/00, publ. in BI No. 5, 1986, which includes the formation and sealing of the chamber in a well drilled in the studied area, injection of fluid into the chamber to a critical pressure, leading to hydraulic fracturing, and determination of the orientation of the hydraulic fracturing plane. The value of the minimum component of the stress field is determined by the value of the critical pressure, and its direction is assumed to be normal to the fracture plane. In this case, the chamber is formed into a spherical shape, the maximum and minimum sizes of the fracturing plane are measured, and their ratio is determined by which the ratio of the maximum and average components of the stress field is judged.

Этот способ сложен в реализации из-за необходимости определения геометрических параметров гидроразрыва внутри непрозрачной среды. Кроме того, создание в массиве абразивных горных пород камеры сферической формы без концентраторов напряжений (полос на внутренней поверхности камеры), существенно влияющих на ориентацию плоскости гидроразрыва, представляет известные технические трудности.This method is difficult to implement due to the need to determine the geometrical parameters of hydraulic fracturing inside an opaque medium. In addition, the creation in a massif of abrasive rocks of a spherical-shaped chamber without stress concentrators (bands on the inner surface of the chamber) that significantly affect the orientation of the fracturing plane presents well-known technical difficulties.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ оценки напряженного состояния горных пород по патенту РФ №2292456, кл. Е21С 39/00, опубл. в БИ №3, 2007 г., включающий бурение скважины, формирование трещины разрывом горной породы пластичным веществом в плоскостях, параллельных стенкам выработки, измерение давления разрыва, при этом оценку напряженного состояния горных пород проводят по параметрам нагнетания пластичного вещества в формируемую скважину.The closest in technical essence and the set of essential features is a method for assessing the stress state of rocks according to the patent of the Russian Federation No. 2292456, class. E21C 39/00, publ. in BI No. 3, 2007, which includes drilling a well, forming a fracture with a fracture of the rock with plastic material in planes parallel to the walls of the mine, measuring the fracture pressure, while assessing the stress state of the rocks is carried out according to the parameters of injection of the plastic material into the well being formed.

В этом способе оценку напряженного состояния горных пород проводят по их относительным прочностным характеристикам в нагруженном и разгруженном состоянии без учета структурных особенностей породного массива в зоне измерения. Параметры нагнетания пластичного вещества обусловлены напряженным состоянием горных пород в малой области, непосредственно примыкающей к поверхности контакта формируемой трещины и пластичного вещества. Способ сравнительно трудоемок из-за необходимости периодической подачи в формируемые трещины пластичного вещества на всем протяжении слежения за состоянием породного массива. Поэтому этот способ обладает относительно низкой эффективностью.In this method, the assessment of the stress state of the rocks is carried out according to their relative strength characteristics in the loaded and unloaded state without taking into account the structural features of the rock mass in the measurement zone. The parameters of injection of plastic substance are due to the stress state of the rocks in a small area directly adjacent to the contact surface of the formed crack and plastic substance. The method is relatively time-consuming due to the need for periodic supply of plastic substance into the formed cracks throughout the monitoring of the rock mass. Therefore, this method has a relatively low efficiency.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности способа за счет снижения трудоемкости его реализации, уменьшения влияния структуры массива на результат измерения и расширения области сбора информации о состоянии горных пород.The technical problem to be solved is to increase the efficiency of the method by reducing the complexity of its implementation, reducing the influence of the structure of the array on the measurement result and expanding the field of collecting information about the state of rocks.

Задача решается тем, что в способе оценки напряженного состояния горных пород, включающем бурение скважины, формирование щели разрывом горной породы пластичным веществом в заданной плоскости, согласно предлагаемому техническому решению первоначально щель формируют пластичным веществом, электрическое сопротивление которого зависит от давления, а затем в щель из места, равноудаленного от ее границ, нагнетают пластичное вещество с диэлектрическими свойствами, создавая из первоначально нагнетаемого пластичного вещества кольцо, которое используют для приема электромагнитных и упругих волн от образования в горных породах трещин, при этом оценку напряженного состояния горных пород осуществляют по параметрам принимаемых волн.The problem is solved in that in the method for assessing the stress state of rocks, including drilling a well, forming a gap by breaking a rock with a plastic substance in a given plane, according to the proposed technical solution, the gap is initially formed by a plastic substance, the electrical resistance of which depends on pressure, and then into the gap from places equidistant from its boundaries, pump a plastic substance with dielectric properties, creating a ring from the initially pumped plastic substance, which used to receive electromagnetic and elastic waves from the formation of cracks in the rocks, while assessing the stress state of the rocks is carried out according to the parameters of the received waves.

Способ основан на использовании сочетания технологии управляемого разрыва горных пород пластичными веществами, обеспечивающей возможность формирования в породном массиве ориентированной щели с размещением в ней пластичного вещества с заданными электрическими свойствами в виде кольца с центром в месте нагнетания, и эффекта излучения трещинами электромагнитной и упругой энергии во время их образования. Отметим, что под щелью следует понимать раскрытую трещину, поверхности которой не контактируют между собой. Благодаря указанной технологии в породный массив можно через скважину внедрить кольцо с заданной ориентацией из вещества, электрическое сопротивление которого зависит от давления. Такое кольцо, обладая электрической проводимостью, способно принимать электромагнитные волны и из-за зависимости его электрического сопротивления от давления может принимать и упругие волны. При этом известно, что кольцо имеет направленность приема, особенно четко выраженную для соизмеримых с его размерами длин волн, что снижает влияние структуры массива на результат измерения, так как существенно ограничивает прием отраженных от неоднородностей волн. Способность трещин излучать упругие и электромагнитные волны позволяет по зависимостям характера их зарождения и развития от напряженно-деформированного состояния породного массива оценивать напряженное состояние горных пород. В отличие от прототипа здесь при прохождении волн от трещин к кольцу охватывается больший объем горной породы по сравнению с областью, непосредственно примыкающей к поверхностям формируемой щели, что расширяет область сбора информации об ее состоянии. После создания кольца требуемых размеров пластичное вещество в зону разрыва больше не подают, от чего снижается трудоемкость его реализации (в сравнении с прототипом). Таким образом, повышается эффективность способа за счет снижения трудоемкости его реализации, уменьшения влияния структуры породного массива на результат измерения и расширения области сбора информации о состоянии горных пород.The method is based on the use of a combination of technology for controlled rock fracture with plastic substances, which enables the formation of an oriented gap in the rock mass with the placement of plastic substance with predetermined electrical properties in the form of a ring with a center at the injection site, and the effect of radiation by cracks of electromagnetic and elastic energy during their education. Note that under the gap should be understood as an open crack, the surfaces of which do not contact each other. Thanks to this technology, a ring with a given orientation of a substance whose electrical resistance depends on pressure can be introduced into the rock mass through the well. Such a ring, having electrical conductivity, is able to receive electromagnetic waves and, due to the dependence of its electrical resistance on pressure, can also receive elastic waves. Moreover, it is known that the ring has a directivity of reception, which is especially pronounced for wavelengths commensurate with its size, which reduces the influence of the structure of the array on the measurement result, since it significantly limits the reception of waves reflected from inhomogeneities. The ability of cracks to emit elastic and electromagnetic waves makes it possible to evaluate the stress state of rocks from the dependences of the nature of their generation and development from the stress-strain state of the rock mass. In contrast to the prototype, here, when waves propagate from cracks to the ring, a larger volume of rock is covered in comparison with the area directly adjacent to the surfaces of the formed gap, which expands the area for collecting information about its state. After creating the ring of the required size, the plastic substance is no longer fed into the gap zone, which reduces the complexity of its implementation (in comparison with the prototype). Thus, the efficiency of the method is improved by reducing the complexity of its implementation, reducing the influence of the structure of the rock mass on the measurement result and expanding the area of collecting information about the state of rocks.

Целесообразно в породном массиве дополнительно создавать кольца до образования в нем трех колец, ориентированных под углом 120° относительно друг друга. Это обеспечивает определение ориентации плоскости, в которой трещины образуются наиболее интенсивно, что повышает достоверность оценки напряженного состояния горных пород и, следовательно, эффективность способа.It is advisable to additionally create rings in the rock mass before the formation of three rings in it, oriented at an angle of 120 ° relative to each other. This provides a determination of the orientation of the plane in which cracks are formed most intensively, which increases the reliability of assessing the stress state of rocks and, therefore, the effectiveness of the method.

Целесообразно при этом создание указанных колец осуществлять из одной скважины на различных ее уровнях. Это снижает трудоемкость создания трех колец из-за исключения необходимости бурения трех скважин, что также повышает эффективность способа.It is advisable in this case, the creation of these rings to carry out from one well at its various levels. This reduces the complexity of creating three rings due to the elimination of the need to drill three wells, which also increases the efficiency of the method.

Целесообразно оценку напряженного состояния горных пород осуществлять по параметрам принимаемых волн от трещин, возникающих в известном месте техногенным воздействием на породный массив, например, в результате взрывов при проходке горных выработок. Это благодаря существенным различиям скоростей распространения электромагнитных и упругих волн в породном массиве позволяет без фиксации времени возникновения трещин определять скорость упругих волн, по которой, используя известные зависимости, оценивать напряженное состояние горных пород, что расширяет возможности и, следовательно, эффективность способа.It is advisable to assess the stress state of the rocks according to the parameters of the received waves from cracks that occur in a known place by anthropogenic impact on the rock mass, for example, as a result of explosions during tunneling. This is due to significant differences in the propagation velocities of electromagnetic and elastic waves in the rock mass without determining the time of occurrence of cracks to determine the speed of elastic waves, according to which, using known dependencies, assess the stress state of rocks, which expands the possibilities and, therefore, the effectiveness of the method.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации и чертежами фиг.1-3.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific implementation and the drawings of figures 1-3.

На фиг.1 показана схема реализации способа оценки напряженного состояния горных пород (далее - способ); на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема реализации способа с тремя кольцами.Figure 1 shows a diagram of a method for assessing the stress state of rocks (hereinafter - the method); figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - diagram of the implementation of the method with three rings.

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

В породном массиве (поз. не обозначен) бурят скважину 1 и в ней формируют щель (на фиг. не показана) в заданной плоскости разрывом горной породы пластичным веществом, электрическое сопротивление которого зависит от давления. Затем в щель из места, равноудаленного от ее границ, нагнетают пластичное вещество с диэлектрическими свойствами. В результате в породном массиве создают кольцо 2 (фиг.1 и 2) из вещества, электрическое сопротивление которого зависит от давления. Кольцо 2 используют для приема электромагнитных и упругих волн от образования трещин в горных породах (на фиг.1 не показаны). Для этого в кольцо 2 вводят два расположенных диаметрально противоположно электрода 3 и 4, которые через коаксиальный кабель 5 подсоединяют к системе (на фиг.1 не показана) приема и регистрации электромагнитных и упругих волн. Оценку напряженного состояния горных пород осуществляют по параметрам принимаемых волн. Для определения интенсивности образования трещин в плоскостях с различной ориентацией в породном массиве дополнительно создают кольца до образования в нем трех колец 2, (фиг.3), ориентированных под углом 120° относительно друг друга. Осуществляют это из одной скважины 1 на различных ее уровнях. Отметим, что при создании из одной скважины 1 трех колец 2 коаксиальные кабели 5 от них объединяют в один кабель 6 (фиг.3). Оценку напряженного состояния горных пород осуществлять также по параметрам принимаемых волн от трещин, возникающих в известном месте техногенным воздействием на породный массив, например, в результате взрывов при проходке горных выработок.In the rock mass (pos. Not indicated), a well 1 is drilled and a gap is formed in it (not shown in Fig.) In a given plane by a fracture of the rock with a plastic substance, the electrical resistance of which depends on pressure. Then, a plastic substance with dielectric properties is injected into the gap from a place equidistant from its boundaries. As a result, a ring 2 (FIGS. 1 and 2) is created in the rock mass from a substance whose electrical resistance depends on pressure. Ring 2 is used to receive electromagnetic and elastic waves from the formation of cracks in rocks (not shown in FIG. 1). For this, two diametrically opposed electrodes 3 and 4 are introduced into ring 2, which are connected through a coaxial cable 5 to a system (not shown in FIG. 1) for receiving and recording electromagnetic and elastic waves. Assessment of the stress state of the rocks is carried out according to the parameters of the received waves. To determine the intensity of cracking in planes with different orientations in the rock mass, rings are additionally created before the formation of three rings 2, (Fig. 3), oriented at an angle of 120 ° relative to each other. This is carried out from one well 1 at its various levels. Note that when creating three rings 2 from one well 1, coaxial cables 5 from them are combined into one cable 6 (Fig. 3). Assessment of the stress state of rocks is also carried out according to the parameters of the received waves from cracks that occur in a known place by anthropogenic impact on the rock mass, for example, as a result of explosions during tunneling.

Известно, что в горной породе при изменении ее напряженного состояния возникают трещины, излучающие электромагнитные и упругие волны. С приближением напряжений к предельным прочностным значениям горной породы из-за интенсивного объединения мелких трещин в более крупные проявляются характерные изменения в спектрах как электромагнитных, так и упругих волн. Используя эти закономерности, предлагаемый способ позволяет фиксировать ситуацию, предшествующую потере устойчивости горных выработок, когда значения напряжений в породном массиве достигают предела прочности горных пород. Благодаря совместному использованию критериев оценки напряженного состояния горных пород по излучению трещинами электромагнитных и упругих волн достоверность способа существенно возрастает.It is known that in a rock, when its stress state changes, cracks arise that emit electromagnetic and elastic waves. As the stresses approach the ultimate strength values of the rock, due to the intense association of small cracks into larger ones, characteristic changes in the spectra of both electromagnetic and elastic waves are manifested. Using these patterns, the proposed method allows us to fix the situation preceding the loss of stability of mine workings when the stress values in the rock mass reach the rock strength. Thanks to the joint use of criteria for assessing the stress state of rocks from the emission of electromagnetic and elastic waves by cracks, the reliability of the method increases significantly.

Диаграмма направленности кольца 2 зависит от частоты принимаемых волн. Для упругих волн, длина (например, при частоте 5 кГц) которых может быть соизмерима с размерами кольца 2 (например, диаметром в один метр) диаграмма направленности имеет форму восьмерки. Учитывая оценочный характер способа и относительно широкий спектр частот упругого импульса от образующейся трещины, диаграмму направленности кольца 2 в первом приближении можно принять эллиптической. При этом большая ось эллипса оказывается перпендикулярной плоскости кольца 2, а малая ось эллипса - лежащей в плоскости кольца 2. Для таких условий получена формула, позволяющая по сигналам от трех колец 2, 7 и 8, расположенных под углом 120° относительно друг друга, определять угол между плоскостью расположения первого кольца 2 и направлением, в котором образовалась трещина. Она имеет вид:The radiation pattern of ring 2 depends on the frequency of the received waves. For elastic waves, the length (for example, at a frequency of 5 kHz) of which can be commensurate with the size of ring 2 (for example, with a diameter of one meter), the radiation pattern has the shape of a figure eight. Given the estimated nature of the method and the relatively wide spectrum of frequencies of the elastic impulse from the resulting crack, the radiation pattern of the ring 2 can be accepted as elliptic in a first approximation. In this case, the major axis of the ellipse is perpendicular to the plane of ring 2, and the minor axis of the ellipse lies in the plane of ring 2. For these conditions, a formula is obtained that allows one to determine from signals from three rings 2, 7, and 8 located at an angle of 120 ° relative to each other the angle between the plane of the first ring 2 and the direction in which the crack formed. It has the form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где λ - угол между плоскостью расположения первого кольца 2 и направлением, в котором образовалась трещина;where λ is the angle between the plane of the first ring 2 and the direction in which the crack formed;

U1, U2, U3 - максимальные значения сигналов с каждого кольца 2 соответственно.U 1 , U 2 , U 3 - the maximum values of the signals from each ring 2, respectively.

Отметим, что при использовании формулы (1) предусматривается образование трех идентичных каналов приема электромагнитных и упругих волн. Для этого три кольца 2 создают фиксированными объемами пластичных веществ, полученных одноразовым приготовлением. Кроме этого, подстраивают коэффициенты усиления принимаемых сигналов таким образом, чтобы от источника упругих волн с известными параметрами и местоположением расчет по формуле (1) не превышал допустимых погрешностей.Note that when using formula (1), the formation of three identical channels for receiving electromagnetic and elastic waves is provided. For this, three rings 2 are created with fixed volumes of plastic substances obtained by disposable preparation. In addition, the gain of the received signals is adjusted in such a way that from the source of elastic waves with known parameters and location, the calculation according to formula (1) does not exceed permissible errors.

Известно, что трещины образуются преимущественно в плоскости минимальных и в направлении максимальных сжимающих напряжений. Поэтому по плоскости, в которой преимущественно образуются трещины, можно оценивать направление одной (минимальной) компоненты главного напряжения в породном массиве. Отметим, что для выявления плоскости, в которой трещины образуются наиболее интенсивно, определение направления прихода волн от трещин осуществляют из нескольких мест.It is known that cracks are formed mainly in the plane of minimum and in the direction of maximum compressive stresses. Therefore, the direction of one (minimum) component of the main stress in the rock mass can be estimated from the plane in which cracks are predominantly formed. Note that to identify the plane in which cracks form most intensively, the direction of arrival of waves from cracks is determined from several places.

Известно, что существует функциональная связь между напряженным состоянием горной породы и скоростью распространения в ней упругих волн. В предлагаемом способе эту связь используют для оценки напряженного состояния горных пород при образовании трещин в известном месте, например в области, примыкающей к забою выработки, проходимой взрывным способом. Скорость νуп упругой волны определяют по формулеIt is known that there is a functional relationship between the stress state of a rock and the speed of propagation of elastic waves in it. In the proposed method, this connection is used to assess the stress state of rocks during cracking in a known place, for example, in an area adjacent to the bottom of a mine that is blastable. The velocity ν yn elastic wave is determined by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где l - расстояние от места возникновения трещины до кольца 2;where l is the distance from the crack to the ring 2;

tуп - время прохождения расстояния l упругими волнами.t yn is the travel time of the distance l by elastic waves.

За время tуп принимают разность времени прихода к кольцу 2 упругой и электромагнитных волн. Это из-за того, что скорость распространения электромагнитной волны на несколько порядков больше скорости упругой волны, не приводит к погрешности, превышающей доли процента, что практически вполне допустимо. Благодаря этому отпадает необходимость фиксации времени зарождения трещин в местах их образования. Отметим, что при разрушении горных пород (образовании трещин) взрывным способом образуются также ударные волны, имеющие большие скорости распространения и явно выделяющиеся на фоне фиксируемой упругой энергии. Эти волны при анализе поступающей от трещин информации исключают из рассмотрения.For time t yn take the difference in time of arrival of elastic and electromagnetic waves to the ring 2. This is due to the fact that the propagation speed of an electromagnetic wave is several orders of magnitude greater than the speed of an elastic wave, and does not lead to an error exceeding a fraction of a percent, which is almost entirely acceptable. Due to this, there is no need to fix the time of initiation of cracks in the places of their formation. Note that during the destruction of rocks (cracking) by an explosive method, shock waves are also formed that have high propagation velocities and are clearly released against the background of fixed elastic energy. When analyzing the information coming from cracks, these waves are excluded from consideration.

Главной операцией предлагаемого способа является создание в породном массиве кольца 2 по разработанной для таких целей технологии, основанной на результатах исследований разрыва хрупкой среды пластичными веществами и взаимодействия между собой пластичных веществ с различными свойствами в формируемых ими щелях. Согласно этой технологии в стенках скважины 1 в плоскости предполагаемого расположения кольца 2 прорезают продольные инициирующие щели, например, треугольного поперечного сечения, которыми задают ориентацию проводимого в дальнейшем разрыва горной породы. Затем скважину 1 заполняют смесью графитового порошка и связующего его компонента, например эпоксидной смолы с отвердителем и пластификатором, воска с добавлением растворяющего его масла, герметика и т.д. Такая смесь благодаря электропроводящему графитовому порошку и диэлектрическим свойствам связующего его компонента оказывается полупроводящей для электрического тока и изменяющей электрическое сопротивление при изменении в ней давления. Диапазон давления, при котором смесь изменяет электрическое сопротивление, зависит от относительного количества графитового порошка и вида связующего его компонента. Например, смесь графитового порошка (60%), воска (35%) и машинного масла обеспечивает прием упругих колебаний при изменении давления в диапазоне 10÷40 МПа. После заполнения скважины 1 указанной смесью давление в ней повышают до давления разрыва горной породы и вытесняют смесь в образующуюся щель, которая возникает и развивается в плоскости инициирующих щелей, выполняющих роль концентраторов напряжений. В результате в породном массиве образуется симметричная скважине 1 и ориентированная в плоскости расположения инициирующих щелей щель, заполненная указанной смесью. Такую щель можно использовать в качестве микрофона для приема упругих волн. Однако, если через нее начать пропускать ток аналогично тому, как через кольцо 2 от электрода 3 к электроду 4 (фиг.1), то подавляющая часть тока пройдет через область, прилегающую к скважине 1 (по пути наименьшего сопротивления), и в этом случае осуществлять направленный прием упругих волн практически не представляется возможным. Для обеспечения направленности приема упругих волн после образования щели из места, равноудаленного от ее границ, нагнетают пластичное вещество 7 с диэлектрическими свойствами, например воск, пластилин, глину с добавлением машинного масла и т.д., которое вытесняет из центральной части щели ранее поданную смесь с образованием кольца 2.The main operation of the proposed method is to create a ring 2 in the rock mass using a technology developed for such purposes, based on the results of studies of the rupture of a brittle medium by plastic substances and the interaction of plastic substances with different properties in the cracks formed by them. According to this technology, in the walls of the well 1 in the plane of the intended location of the ring 2, longitudinal initiating slots are cut, for example, of a triangular cross section, which determine the orientation of the subsequent rock fracture. Then, well 1 is filled with a mixture of graphite powder and its binder component, for example, epoxy resin with hardener and plasticizer, wax with the addition of oil dissolving it, sealant, etc. Such a mixture, due to the electrically conductive graphite powder and the dielectric properties of its binder component, turns out to be semiconducting for electric current and changes the electrical resistance when the pressure in it changes. The pressure range at which the mixture changes the electrical resistance depends on the relative amount of graphite powder and the type of binder component. For example, a mixture of graphite powder (60%), wax (35%) and engine oil provides elastic vibrations when pressure changes in the range of 10–40 MPa. After filling the well 1 with the indicated mixture, the pressure in it is increased to the fracture pressure of the rock and the mixture is displaced into the formed gap, which arises and develops in the plane of the initiating cracks acting as stress concentrators. As a result, a symmetrical well 1 is formed in the rock mass and is oriented in the plane of the location of the initiating slots, filled with the specified mixture. Such a gap can be used as a microphone for receiving elastic waves. However, if current begins to pass through it in the same way as through ring 2 from electrode 3 to electrode 4 (Fig. 1), then the overwhelming part of the current will pass through the region adjacent to well 1 (along the path of least resistance), in this case to carry out directed reception of elastic waves is practically not possible. To ensure the direction of reception of elastic waves after the formation of a gap from a place equidistant from its boundaries, a plastic substance 7 with dielectric properties is injected, for example, wax, plasticine, clay with the addition of machine oil, etc., which displaces the previously fed mixture from the central part of the gap with the formation of ring 2.

Реализацию способа предполагается осуществлять с использованием комплекса известного оборудования, созданного для разрушения горных пород пластичными веществами способами ориентированного разрыва, и стандартных измерительно-вычислительных комплектов по регистрации и обработке электрических сигналов.The implementation of the method is supposed to be carried out using a complex of well-known equipment created for the destruction of rocks by plastic substances using oriented fracture methods, and standard measuring and computing kits for recording and processing electrical signals.

Способ позволяют проводить диагностику породного массива по характеру возникающих в нем трещин естественного и искусственного происхождения.The method allows to diagnose the rock mass by the nature of the cracks arising in it of natural and artificial origin.

Claims (4)

1. Способ оценки напряженного состояния горных пород, включающий бурение скважины, формирование щели разрывом горной породы пластичным веществом в заданной плоскости, отличающийся тем, что первоначально щель формируют пластичным веществом, электрическое сопротивление которого зависит от давления, а затем в щель из места, равноудаленного от ее границ, нагнетают пластичное вещество с диэлектрическими свойствами, создавая из первоначально нагнетаемого пластичного вещества кольцо, которое используют для приема электромагнитных и упругих волн от образования в горных породах трещин, при этом оценку напряженного состояния горных пород осуществляют по параметрам принимаемых волн.1. A method for assessing the stress state of rocks, including drilling a well, forming a gap by breaking a rock with a plastic substance in a given plane, characterized in that the gap is initially formed by a plastic substance, the electrical resistance of which depends on pressure, and then into the gap from a place equidistant from of its boundaries, a plastic substance with dielectric properties is injected, creating a ring from the initially injected plastic substance, which is used to receive electromagnetic and elastic waves from the formation of cracks in the rocks, and the evaluation of the stress state of rock is carried in the parameters of the received waves. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в породном массиве дополнительно создают кольца до образования в нем трех колец, ориентированных под углом 120° друг относительно друга.2. The method according to claim 1, characterized in that in the rock mass additionally create rings until three rings are formed in it, oriented at an angle of 120 ° relative to each other. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что создание указанных колец осуществляют из одной скважины на различных ее уровнях.3. The method according to claim 2, characterized in that the creation of these rings is carried out from one well at its various levels. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценку напряженного состояния горных пород осуществляют по параметрам принимаемых волн от трещин, возникающих в известном месте техногенным воздействием на породный массив, например, в результате взрывов при проходке горных выработок. 4. The method according to claim 1, characterized in that the evaluation of the stress state of the rocks is carried out according to the parameters of the received waves from cracks that occur in a known place by anthropogenic impact on the rock mass, for example, as a result of explosions during tunneling.
RU2012100463/03A 2012-01-10 2012-01-10 Method to assess stressed condition of rocks RU2485313C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100463/03A RU2485313C1 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method to assess stressed condition of rocks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100463/03A RU2485313C1 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method to assess stressed condition of rocks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2485313C1 true RU2485313C1 (en) 2013-06-20

Family

ID=48786365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012100463/03A RU2485313C1 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method to assess stressed condition of rocks

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2485313C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557287C1 (en) * 2014-06-17 2015-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of study of stressed state of rocks mass
RU2591708C1 (en) * 2015-06-30 2016-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor
RU2648401C1 (en) * 2017-05-24 2018-03-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук Method of the stressed condition of rocks estimation
RU2655007C1 (en) * 2016-12-01 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) Method of the rocks pressurometer testing
RU2746919C2 (en) * 2016-07-07 2021-04-22 Джой Глобал Серфейс Майнинг Инк Method and system for evaluating rock mass hardness

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU857484A1 (en) * 1978-01-03 1981-08-23 Институт Геотехнической Механики Ан Украинской Сср Method of evaluating stressed state of rocks
US4657306A (en) * 1985-10-18 1987-04-14 Robert Koopmans Hydraulic rock breaking tool
RU2106493C1 (en) * 1995-09-26 1998-03-10 Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела Method and device for assessing extreme stressed condition of rock
RU2292456C1 (en) * 2005-06-06 2007-01-27 Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук Method for estimating strained condition of rock masses and device for realization of method
RU2379508C1 (en) * 2008-07-22 2010-01-20 Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) Destruction method of rocks and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU857484A1 (en) * 1978-01-03 1981-08-23 Институт Геотехнической Механики Ан Украинской Сср Method of evaluating stressed state of rocks
US4657306A (en) * 1985-10-18 1987-04-14 Robert Koopmans Hydraulic rock breaking tool
RU2106493C1 (en) * 1995-09-26 1998-03-10 Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела Method and device for assessing extreme stressed condition of rock
RU2292456C1 (en) * 2005-06-06 2007-01-27 Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук Method for estimating strained condition of rock masses and device for realization of method
RU2379508C1 (en) * 2008-07-22 2010-01-20 Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) Destruction method of rocks and device for its implementation

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557287C1 (en) * 2014-06-17 2015-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of study of stressed state of rocks mass
RU2591708C1 (en) * 2015-06-30 2016-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor
RU2746919C2 (en) * 2016-07-07 2021-04-22 Джой Глобал Серфейс Майнинг Инк Method and system for evaluating rock mass hardness
US11041375B2 (en) 2016-07-07 2021-06-22 Joy Global Underground Mining Inc Methods and systems for estimating the hardness of a rock mass
RU2655007C1 (en) * 2016-12-01 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) Method of the rocks pressurometer testing
RU2648401C1 (en) * 2017-05-24 2018-03-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук Method of the stressed condition of rocks estimation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2485313C1 (en) Method to assess stressed condition of rocks
Huang et al. Experimental investigation on the basic law of hydraulic fracturing after water pressure control blasting
KR101555618B1 (en) Excavation method for tunnel drilling vibration reduction and increased Chapter (long-hole blasting)
Zhou et al. Comparison of presplit and smooth blasting methods for excavation of rock wells
CN106501857B (en) A kind of acoustic monitoring method of coal mine roadway bump risk
Wang et al. Blast induced crack propagation and damage accumulation in rock mass containing initial damage
Wang et al. On fracture and damage evolution modelling of fissure‐hole containing granite induced by multistage constant‐amplitude variable‐frequency cyclic loads
CN105464635A (en) Shale gas well production increase device with inherent frequency measuring unit
Singh et al. Reducing environmental hazards of blasting using electronic detonators in a large opencast coal project-a case study
Liu et al. Effect of the location of the detonation initiation point for bench blasting
Wu et al. Parameter calculation of the initiating circuit with mixed use of nonel detonators and electronic detonators in tunnel controlled-blasting
Liu et al. Experimental research on stress relief of high-stress coal based on noncoupling blasting
Jun-hua et al. Model of rock blasting-induced damage considering integrity of rock mass and its application
Uysal et al. Effect of a pre-split plane on the frequencies of blast induced ground vibrations
Trivino et al. Estimation of blast-induced damage through cross-hole seismometry in single-hole blasting experiments
Liu et al. Damage Analysis of Concrete Structure under Multidirectional Shaped Charge Blasting Using Model Experiment and Ultrasonic Testing
RU2441157C2 (en) Method to assess stressed condition of rocks and device for its realisation
Chen et al. Research on prevention of rock burst with relieving shot in roof
Catalan Implementation and assessment of intensive preconditioning for cave mining applications
Wang et al. Testing method for the range of fracture zone of rock slope under blasting load
Adushkin et al. Changes in properties of rock massifs due to underground nuclear explosions
RU2465550C1 (en) Method for determining relative strength of explosive
Zhu et al. Study on the coupling mechanism of shaped blasting and empty hole to crack coal body
RU2540125C2 (en) Relief opening formation
Bilgin et al. Assessment of explosive performance by detonation velocity measurements in Turkey

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140111