RU2591708C1 - Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor - Google Patents

Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2591708C1
RU2591708C1 RU2015126159/03A RU2015126159A RU2591708C1 RU 2591708 C1 RU2591708 C1 RU 2591708C1 RU 2015126159/03 A RU2015126159/03 A RU 2015126159/03A RU 2015126159 A RU2015126159 A RU 2015126159A RU 2591708 C1 RU2591708 C1 RU 2591708C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rocks
stress
ball
well
rock mass
Prior art date
Application number
RU2015126159/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Георгиевич Кю
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2015126159/03A priority Critical patent/RU2591708C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2591708C1 publication Critical patent/RU2591708C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: group of inventions can be used to assess stressed condition of rocks in a rock massif and different structures, such as dams. Method includes installing a device for implementing said method in a rock mass through a well. Method includes determination in a given plane stress values in three directions, oriented at an angle of 120° relative to each other, based on which distribution of stresses is determined in a given plane and stress condition of rocks is assessed. Method includes, in rock mass through well, creating a spherical cavity, which is filled with a solution which solidifies and expands during solidification. Device for implementing method is installed in centre of spherical cavity. Stress distribution is determined in two more planes, which together with first plane form three orthogonal planes passing through centre of spherical cavity. Stress distribution is then presented on orthogonal planes in form of ellipses, on which, as in three projections on orthogonal plane, an ellipsoid is constructed. Further, stress condition of rocks is evaluated based on orientations and numerical values of semi-axes of ellipsoid. Device has a measurement system with force sensors and a recorder. Measuring system is in form of a sphere with radial holes arranged in orthogonal planes passing through centre of sphere. Radial holes are located at an angle of 120° relative to each other in each of said planes. Rods are inserted into said holes. Force sensors are installed between rods and bottom of said holes.
EFFECT: control from one point of spatial stress distribution, easier operation and simplified design of device.
8 cl, 3 dwg

Description

Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве и различных сооружений, например плотин.The group of inventions relates to mining and can be used to assess the stress state of rocks in the rock mass and various structures, such as dams.

Известен способ определения напряженного состояния массива горных пород по патенту РФ №1314774, кл. E21C 39/00, опубл. 20.03.1997 г., включающий установку в скважину жесткого волновода, возбуждение в нем ультразвуковых колебаний и измерение амплитуды колебаний волновода, по которой определяют величину напряжений в массиве, при этом скважину заполняют твердым дисперсным материалом и уплотняют его.A known method for determining the stress state of a rock mass according to the patent of the Russian Federation No. 1314774, class. E21C 39/00, publ. 03/20/1997, including the installation of a rigid waveguide in the well, the excitation of ultrasonic vibrations in it and measuring the amplitude of the waveguide oscillations, which determine the magnitude of the stresses in the array, while the well is filled with solid dispersed material and compacted.

Способ относительно трудоемок из-за необходимости возбуждения в волноводе упругих колебаний и их приема. Напряженное состояние массива горных пород определяют косвенно через амплитуды колебаний волновода. Характер колебаний волновода существенно зависит от заполняющего скважину твердого дисперсного материала, а также величины и равномерности его уплотнения, что повышает требования к созданию искусственной среды, отделяющей волновод от породного массива. Все это обуславливает сравнительно низкую эффективность способаThe method is relatively time-consuming due to the need for excitation of elastic vibrations in the waveguide and their reception. The stress state of the rock mass is determined indirectly through the waveguide oscillation amplitudes. The nature of the waveguide oscillations substantially depends on the solid disperse material filling the well, as well as the size and uniformity of its compaction, which increases the requirements for creating an artificial environment that separates the waveguide from the rock mass. All this leads to a relatively low efficiency of the method.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ оценки напряженного состояния горных пород по патенту РФ №2441157, кл. E21C 39/00, опубл. 27.01.2012, включающий установку в скважину устройства для реализации способа, заполнение скважины дисперсным материалом, определение напряжений в массиве. Задают три параллельные оси скважины плоскости и определяют нормальные к ним напряжения, по которым в перпендикулярной оси скважины плоскости определяют распределение касательных напряжений.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. 2441157, class. E21C 39/00, publ. 01/27/2012, including installing a device in the well for implementing the method, filling the well with dispersed material, determining stresses in the array. Three parallel axes of the well of the plane are defined and stresses normal to them are determined, according to which the distribution of tangential stresses is determined in the plane perpendicular to the axis of the well of the well.

Способ позволяет через одну скважину определять распределение напряжений только в одной плоскости. Для оценки пространственного распределения напряжений в породном массиве необходимо проведение измерений с использованием нескольких скважин с различной ориентацией, что обуславливает относительно высокую трудоемкость способа и, следовательно, его сравнительно низкую эффективность.The method allows through one well to determine the stress distribution in only one plane. To assess the spatial distribution of stresses in the rock mass, it is necessary to carry out measurements using several wells with different orientations, which leads to a relatively high complexity of the method and, therefore, its relatively low efficiency.

Известно устройство для оценки напряженного состояния горных пород по патенту РФ №2441157, кл. E21C 39/00, опубл. 27.01.2012, включающее трубу и измерительную систему с регистратором. Измерительная система установлена на внешней поверхности трубы и выполнена из трех датчиков силы, которые расположены таким образом, что измеряют силы сжатия в трех параллельных оси трубы заданных плоскостях.A device for assessing the stress state of rocks according to the patent of the Russian Federation No. 2441157, class. E21C 39/00, publ. 01/27/2012, including a pipe and a measuring system with a recorder. The measuring system is installed on the outer surface of the pipe and is made of three force sensors, which are arranged in such a way that they measure the compressive forces in three predetermined planes parallel to the pipe axis.

Это устройство позволяет измерять силы сжатия только в трех плоскостях, проходящих через ось скважины, чего недостаточно для определения пространственного распределения напряжений. Поэтому оно обладает сравнительно низкой эффективностью.This device allows measuring compression forces only in three planes passing through the axis of the well, which is not enough to determine the spatial distribution of stresses. Therefore, it has a relatively low efficiency.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для измерения напряжений в горных породах по авторскому свидетельству СССР №763595, кл. E21C 39/00, опубл. в БИ №34, 1980 г., включающее металлический тонкостенный цилиндрический корпус с гофрами и заполненный жидкостью под давлением, переднюю и заднюю герметизирующие обоймы с распорными кольцами и розетку деформаций с тензометрическими элементами. Оно снабжено дополнительными розетками деформаций, укрепленными на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, причем тензометрические элементы в каждой розетке ориентированы под острым углом к оси скважины.The closest in technical essence and combination of essential features is a device for measuring stresses in rocks according to the author's certificate of the USSR No. 763595, class. E21C 39/00, publ. in BI No. 34, 1980, which includes a thin-walled metal cylindrical body with corrugations and filled with liquid under pressure, front and rear sealing clips with spacer rings and a strain plug with strain gauge elements. It is equipped with additional deformation sockets mounted on the inner cylindrical surface of the body, and the strain gauge elements in each socket are oriented at an acute angle to the axis of the well.

Устройство обладает сложной конструкцией и высокой трудоемкостью эксплуатации, обусловленной необходимостью управления давлением жидкости, оказывающим влияние на деформацию стенок скважины, а также требует предварительного определения упруго-деформационных характеристик горной породы для перехода от деформаций горной породы к напряжениям в ней, что усложняет оценку ее напряженного состояния. Поэтому оно имеет сравнительно низкую эффективность.The device has a complex design and high laboriousness of operation, due to the need to control the fluid pressure that affects the deformation of the walls of the well, and also requires a preliminary determination of the elastic-deformation characteristics of the rock for the transition from deformations of the rock to stresses in it, which complicates the assessment of its stress state . Therefore, it has a relatively low efficiency.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности способа оценки напряженного состояния горных пород за счет контроля с одного места пространственного распределения напряжений и в повышении эффективности устройства за счет снижения трудоемкости его эксплуатации и повышение надежности его работы за счет упрощения конструкции.The technical problem to be solved is to increase the efficiency of the method for assessing the stress state of rocks by monitoring the spatial distribution of stresses from one place and to increase the efficiency of the device by reducing the complexity of its operation and increasing the reliability of its operation by simplifying the design.

Задача решается тем, что в способе оценки напряженного состояния горных пород, включающем установку в породном массиве через скважину устройства для реализации способа, определение в заданной плоскости значений напряжений по трем направлениям, ориентированным под углом 120° относительно друг друга, по которым находят распределение напряжений в заданной плоскости и оценивают напряженное состояние горных пород, согласно техническому решению в породном массиве через скважину создают шаровую полость, которую заполняют раствором, отвердевающим и расширяющимся при отвердении, устройство для реализации способа устанавливают в центре шаровой полости, распределение напряжений определяют еще в двух плоскостях, которые вместе с первой образуют три ортогональные плоскости, проходящие через центр шаровой полости, затем представляют распределения напряжений на ортогональных плоскостях в виде эллипсов, по которым, как по трем проекциям на ортогональные плоскости, строят эллипсоид, после чего напряженное состояние горных пород оценивают по ориентациям и численным значениям полуосей эллипсоида.The problem is solved in that in the method for assessing the stress state of rocks, including the installation in the rock mass through the borehole of a device for implementing the method, determining in a given plane stress values in three directions oriented at an angle of 120 ° relative to each other, according to which the stress distribution in a given plane and assess the stress state of the rocks, according to the technical solution in the rock mass through the well create a spherical cavity, which is filled with a solution, solidified expanding upon hardening, the device for implementing the method is installed in the center of the ball cavity, the stress distribution is determined in two more planes, which together with the first form three orthogonal planes passing through the center of the ball cavity, then represent the stress distribution on the orthogonal planes in the form of ellipses, on which, as in three projections onto orthogonal planes, an ellipsoid is constructed, after which the stress state of the rocks is estimated by orientations and numerical values by uosey ellipsoid.

Такое техническое решение обеспечивает реализацию идеи оценки напряженного состояния горной породы на основе представления пространственного распределения в ней напряжений в виде эллипсоида. При этом значения напряжений в различных направлениях соответствуют векторам, исходящим из точки пересечения осей эллипсоида и ограниченным его поверхностью. Полуоси эллипсоида отображают направления и значения главных напряжений. Форму полости для размещения в породном массиве устройства для реализации способа выполняют шаровой, чтобы снизить зависимость характера взаимодействия подаваемого в нее указанного раствора и горной породы от формы полости. Благодаря использованию раствора, который отвердевает и расширяется при отвердении, поверхности шаровой полости раздвигаются, на что требуются усилия не только на деформацию горной породы, но и на преодоление сжимающих напряжений, величины которых в породном массиве распределены по направлениям. Поэтому согласно третьему закону Ньютона в пределах шаровой полости характер распределения напряжений, возникающих от расширения указанного раствора, по направлениям оказывается эквивалентным полю напряжений в породном массиве. Отметим, что в способе предполагают использовать раствор, например НРВ-80 (невзрывчатое расширяющееся вещество), который отвердевает и расширяется в основном, будучи уже в твердом состоянии. Устройство для реализации способа устанавливают в центре шаровой полости, чтобы оно располагалось симметрично относительно поверхности шаровой полости и тем самым обеспечивало снижение зависимости его работы от направлений, в которых оценивают напряжения. Распределение напряжений определяют еще в двух плоскостях, которые вместе с первой образуют три ортогональные плоскости, проходящие через центр шаровой полости, для получения данных, необходимых для построения трех проекций, позволяющих известными в черчении способами построить объемное тело, форма которого отображает распределение напряжений во вмещающей его среде. Для этого представляют распределения напряжений на ортогональных плоскостях в виде эллипсов, по которым, как по трем проекциям на ортогональные плоскости, строят эллипсоид. Напряженное состояние горных пород оценивают по ориентациям и численным значениям полуосей эллипсоида, используя известные закономерности изменении формы сферы при изменении напряжений во вмещающей ее среде. Таким образом, техническое решение обеспечивает построение эллипсоида, подобного тому эллипсоиду, который отображает распределение и численные значения напряжений в горной породе, залегающей в естественном массиве. Следовательно, исходя из известных принципов подобия, предлагаемым способом определяют пространственное распределение напряжений и соотношения их значений, а также, очевидно, возможность наблюдения за изменением определяемых величин во времени. В результате повышается эффективность способа за счет контроля с одного места пространственного распределения напряжений.Such a technical solution provides the implementation of the idea of assessing the stress state of a rock based on the representation of the spatial distribution of stresses in it in the form of an ellipsoid. Moreover, the stress values in different directions correspond to the vectors starting from the point of intersection of the axes of the ellipsoid and bounded by its surface. The semi-axes of the ellipsoid represent the directions and values of the main stresses. The shape of the cavity for placement in the rock mass of the device for implementing the method is spherical in order to reduce the dependence of the nature of the interaction of the specified solution and rock supplied into it on the shape of the cavity. Due to the use of a solution that hardens and expands upon hardening, the surfaces of the spherical cavity move apart, which requires efforts not only to deform the rock, but also to overcome compressive stresses, the values of which in the rock mass are distributed in directions. Therefore, according to Newton’s third law, within the spherical cavity, the nature of the distribution of stresses arising from the expansion of the specified solution in the directions is equivalent to the stress field in the rock mass. Note that the method involves the use of a solution, for example NRB-80 (non-explosive expanding substance), which solidifies and expands mainly, being already in the solid state. A device for implementing the method is installed in the center of the ball cavity so that it is located symmetrically with respect to the surface of the ball cavity and thereby ensures a decrease in the dependence of its operation on the directions in which stresses are estimated. The stress distribution is determined in two more planes, which, together with the first, form three orthogonal planes passing through the center of the ball cavity, to obtain the data necessary for constructing three projections, which allow using a well-known drawing method to build a three-dimensional body, the shape of which displays the stress distribution in its containing environment. For this, stress distributions on orthogonal planes are represented in the form of ellipses, on which, as in three projections onto orthogonal planes, an ellipsoid is constructed. The stress state of the rocks is estimated by the orientations and numerical values of the semi-axes of the ellipsoid, using the known laws of the change in the shape of the sphere with a change in stress in the surrounding medium. Thus, the technical solution provides the construction of an ellipsoid, similar to that of an ellipsoid, which displays the distribution and numerical values of stresses in the rock lying in a natural massif. Therefore, based on the known principles of similarity, the proposed method determines the spatial distribution of stresses and the ratio of their values, as well as, obviously, the possibility of observing the change in the determined values over time. As a result, the efficiency of the method is increased due to control from one place of the spatial distribution of stresses.

Целесообразно использовать отвердевающий и расширяющийся при отвердении раствор, который с учетом объема шаровой полости, размеров устройства для реализации способа и механических свойств горной породы, не разрывает породный массив. Это повышает эффективность оценки напряженного состояния горных пород за счет исключения возможности возникновения трещин на поверхности шаровой полости, снижающих точность определения напряжений.It is advisable to use a hardening and expanding upon hardening solution, which, taking into account the volume of the spherical cavity, the dimensions of the device for implementing the method and the mechanical properties of the rock, does not break the rock mass. This increases the efficiency of assessing the stress state of rocks by eliminating the possibility of cracks on the surface of the spherical cavity, reducing the accuracy of determining stresses.

Целесообразно после установки устройства для реализации способа указанным раствором заполнить скважину. Это снижает вероятность дезинтеграции горной породы вокруг скважины, влияющей на напряженное состояние породного массива, что повышает достоверность измерений, и следовательно, эффективность способа.It is advisable after installing the device for implementing the method of this solution to fill the well. This reduces the likelihood of disintegration of the rock around the well, affecting the stress state of the rock mass, which increases the reliability of the measurements, and therefore, the effectiveness of the method.

Целесообразно оценку напряженного состояния горных пород осуществлять через шаровые полости, созданные в разных местах породного массива и минимум в одном месте, где отсутствует влияние горных выработок. Это позволяет выявлять закономерности влияния характера ведения горных работ на изменение состояния породного массива, что повышает эффективность способа.It is advisable to assess the stress state of rocks through spherical cavities created in different places of the rock mass and at least in one place where there is no influence of mine workings. This allows you to identify patterns of influence of the nature of mining operations on the change in the state of the rock mass, which increases the efficiency of the method.

Задача решается также тем, что в устройстве для оценки напряженного состояния горных пород, включающем измерительную систему с датчиками силы и регистратор, согласно техническому решению измерительная система выполнена в виде шара с радиальными отверстиями, расположенными в ортогональных плоскостях, проходящих через центр шара, при этом радиальные отверстия расположены под углом 120° относительно друг друга в каждой из указанных плоскостей, в эти отверстия вставлены стержни, датчики силы установлены между стержнями и дном этих отверстий, а в шаре выполнены каналы для вывода проводов от датчиков силы к регистратору.The problem is also solved by the fact that in the device for assessing the stress state of rocks, including a measuring system with force sensors and a recorder, according to the technical solution, the measuring system is made in the form of a ball with radial holes located in orthogonal planes passing through the center of the ball, while the holes are located at an angle of 120 ° relative to each other in each of these planes, rods are inserted into these holes, force sensors are installed between the rods and the bottom of these holes minutes, and in the ball channels for output wires from the force sensors to the registrar.

Такое техническое решение позволяет осуществлять из одного места прямое измерение силы сжатия по трем направлениям в каждой из трех ортогональных плоскостей, проходящих через заданную точку, и таким образом получать данные, необходимые и достаточные для построения эллипсоида, отображающего пространственное распределение напряжений по направлениям. Для оценки напряженного состояния искусственных пород, например, бетона в плотинах, устройство закладывают непосредственно в массивы при их возведении. Для оценки напряженного состояния горных пород в естественном породном массиве устройство размещают в предварительно созданной шаровой полости и осуществляют его связь с горной породой через искусственную среду, например, поданный в шаровую полость отвердевающий и расширяющийся при отвердении раствор. Таким образом, повышается эффективность устройства за счет снижения трудоемкости его эксплуатации и повышается надежность его работы за счет упрощения конструкции.Such a technical solution allows direct measurement of the compressive force from three locations in three directions in each of the three orthogonal planes passing through a given point, and in this way to obtain the data necessary and sufficient for constructing an ellipsoid that displays the spatial distribution of stresses in the directions. To assess the stress state of artificial rocks, for example, concrete in dams, the device is laid directly in the arrays during their construction. To assess the stress state of rocks in a natural rock mass, the device is placed in a previously created spherical cavity and is connected with the rock through an artificial medium, for example, a hardening solution that expands during the hardening and expands during curing. Thus, the efficiency of the device is improved by reducing the complexity of its operation and the reliability of its operation is improved by simplifying the design.

Целесообразно внешнюю поверхность измерительной системы в виде шара покрыть тонким слоем эластичного материала. Это исключает попадание частиц вмещающей среды в возможные зазоры между стенками радиальных отверстий в шаре и стержнями измерительной системы и выпадение указанных стержней из этих отверстий, что повышает надежность его работы.It is advisable to cover the outer surface of the measuring system in the form of a ball with a thin layer of elastic material. This eliminates the ingress of particles of the enclosing medium into possible gaps between the walls of the radial holes in the ball and the rods of the measuring system and the loss of these rods from these holes, which increases the reliability of its operation.

Целесообразно устройство снабдить трубой и узлом его центрирования в шаровой полости. Это снижает трудоемкость эксплуатации устройства при реализации способа оценки напряженного состояния горных пород с использованием шаровой полости, создаваемой через скважину, что повышает эффективность его работы.It is advisable to provide the device with a pipe and its centering unit in the spherical cavity. This reduces the complexity of the operation of the device when implementing the method of assessing the stress state of rocks using a spherical cavity created through the well, which increases the efficiency of its work.

Целесообразно трубу снабдить узлом для ее центрирования в скважине. Это увеличивает точность ориентирования устройства в пространстве и тем самым повышает эффективность его работы.It is advisable to equip the pipe with a node for centering it in the well. This increases the accuracy of orientation of the device in space and thereby increases its efficiency.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения способа оценки напряженного состояния горных пород и устройства для его осуществления и чертежами фиг. 1-3.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific embodiment of a method for assessing the stress state of rocks and a device for its implementation and the drawings of FIG. 1-3.

На фиг. 1 показано устройство для оценки напряженного состояния горных пород в искусственно возводимом массиве, разрез по одной из ортогональных плоскостей; на фиг. 2 - то же в естественном породном массиве; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.In FIG. 1 shows a device for assessing the stress state of rocks in an artificially constructed massif, a section along one of the orthogonal planes; in FIG. 2 - the same in a natural rock mass; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2.

Способ оценки напряженного состояния горных пород реализуют с помощью устройства того же назначения следующим образом.A method for assessing the stress state of rocks is implemented using a device of the same purpose as follows.

Устройство (фиг. 1) для оценки напряженного состояния горных пород (далее - устройство), включает измерительную систему с датчиками 1 силы и регистратор (на фиг. не показан). Измерительная система выполнена в виде шара 2 с радиальными отверстиями 3 (далее - отверстия 3), расположенными в ортогональных плоскостях (на фиг. не показаны), проходящих через центр шара 2. Отверстия 3 расположены под углом 120° относительно друг друга в каждой из указанных плоскостей. В отверстия 3 вставлены стержни 4. Датчики 1 силы установлены между стержнями 4 и дном отверстий 3. В шаре 2 выполнены каналы 5 для вывода проводов 6 от датчиков 1 силы к регистратору. На выходе из шара 2 провода 6 объединены в жгут 7. Внешняя поверхность шара 2 покрыта тонким слоем эластичного материала (на фиг. не показан). В породном массиве проходят скважину 8 (фиг. 2) и через нее создают шаровую полость 9 (далее - полость 9), которую заполняют раствором 10, отвердевающим и расширяющимся при отвердении (далее - раствор 10). Используют раствор 10, который с учетом объема полости 9, размеров устройства и механических свойств горной породы, не разрывает породный массив. Устройство устанавливают в центре полости 9 (фиг. 2, 3), для чего оно снабжено трубой 11 и узлом его центрирования в полости 9, а труба 11 снабжена узлом для ее центрирования в скважине 8. Узел центрирования устройства в полости 9 выполнен из двух круглых упругих колец 12 (далее - кольцо 12), вставленных одно в другое под прямым углом и расположенных в плоскостях, проходящих через центр шара 2. Кольца 12 в местах их пересечения скреплены снизу заклепкой 13, а сверху - втулкой 14 с кольцевым выступом 15, которой труба 11 скреплена с шаром 2. Узел для центрирования трубы 11 в скважине 8 представляет собой втулку 16, в которой прорезаны продольные прорези (на фиг. 2 не показаны), а полосы 17 втулки 16 между прорезями изогнуты в виде образующих эллипсоида. Один конец втулки 16 скреплен с трубой 11, а второй конец втулки 16 выполнен с возможностью продольного перемещения по трубе 11. После установки устройства для реализации способа скважину 8 заполняют раствором 10. Распределение напряжений определяют в трех ортогональных плоскостях, проходящих через центр полости 9. Представляют распределения напряжений на ортогональных плоскостях в виде эллипсов, по которым, как по трем проекциям на ортогональные плоскости, строят эллипсоид. Напряженное состояние горных пород оценивают по ориентациям и численным значениям полуосей эллипсоида. Оценку напряженного состояния горных пород осуществляют через полости 9, созданные в разных местах породного массива и минимум в одном месте, где отсутствует влияние горных выработок, после чего выявляют закономерности влияния характера ведения горных работ на изменение состояния породного массива.A device (Fig. 1) for assessing the stress state of rocks (hereinafter referred to as the device) includes a measuring system with force sensors 1 and a recorder (not shown in Fig.). The measuring system is made in the form of a ball 2 with radial holes 3 (hereinafter - holes 3) located in orthogonal planes (not shown in Fig.) Passing through the center of the ball 2. Holes 3 are located at an angle of 120 ° relative to each other in each of these planes. The rods 4 are inserted into the holes 3. Force sensors 1 are installed between the rods 4 and the bottom of the holes 3. In the ball 2, channels 5 are made for outputting wires 6 from the force sensors 1 to the recorder. At the exit of the ball 2, the wires 6 are combined into a bundle 7. The outer surface of the ball 2 is covered with a thin layer of elastic material (not shown in Fig.). A well 8 (Fig. 2) passes through the rock mass and a spherical cavity 9 (hereinafter referred to as cavity 9) is created through it, which is filled with a solution 10 that hardens and expands upon hardening (hereinafter referred to as solution 10). Use a solution 10, which, taking into account the volume of the cavity 9, the size of the device and the mechanical properties of the rock, does not break the rock mass. The device is installed in the center of the cavity 9 (Fig. 2, 3), for which it is equipped with a pipe 11 and its centering unit in the cavity 9, and the pipe 11 is equipped with a unit for centering it in the well 8. The centering unit of the device in the cavity 9 is made of two round elastic rings 12 (hereinafter referred to as ring 12) inserted one at the other at right angles and located in planes passing through the center of the ball 2. Rings 12 at their intersections are fastened below with a rivet 13, and on top with a sleeve 14 with an annular protrusion 15, which the pipe 11 is fixed to the ball 2. Centering assembly pipe 11 in the borehole 8 is a sleeve 16 in which longitudinal slots are cut (in FIG. 2 not shown), and strip 17 of the sleeve 16 between the slits are bent in a forming ellipsoid. One end of the sleeve 16 is fastened to the pipe 11, and the second end of the sleeve 16 is configured to longitudinally move along the pipe 11. After installing the device for implementing the method, the well 8 is filled with a solution 10. The stress distribution is determined in three orthogonal planes passing through the center of the cavity 9. Represent stress distributions on orthogonal planes in the form of ellipses, on which, as in three projections onto orthogonal planes, an ellipsoid is constructed. The stress state of the rocks is estimated by the orientations and numerical values of the semi-axes of the ellipsoid. Assessment of the stress state of the rocks is carried out through cavities 9 created in different places of the rock mass and at least in one place where there is no influence of the mine workings, after which the patterns of the nature of mining operations on the change in the state of the rock mass are revealed.

Способ и устройство предполагают использовать для оценки напряженного состояния искусственных массивов, например, плотин, и горных пород в естественных условиях залегания. В первом случае шар 2 (фиг. 1) закладывают в искусственный массив при его возведении и устройство сразу способно выдавать информацию о количественных значениях напряжений по направлениям и их дальнейших изменениях. Для оценки напряженного состояния горных пород в естественных условиях залегания устройство снабжают трубой 11 (фиг. 2), узлами его центрирования в полости 9 и скважине 8 и выполняют изложенные в предыдущем абзаце операции. Переход от силы, измеренной датчиком 1 силы, к напряжению осуществляют делением измеренной силы на площадь поперечного сечения стержня 4. Отметим, что датчик 1 силы для исключения влияния на него сил, не совпадающих с осью стержня 4, не контактирует с боковыми стенками отверстия 3. Предполагают использовать датчики 1 силы, выполненные с применением материала, электрическое сопротивление которого зависит от создаваемого на него давления. Показания датчиков 1 силы преобразуют в цифровую форму и вводят в компьютерную систему, в которой информацию об определяемом эллипсоиде с помощью программы, например, стандартного графического редактора „AutoCAD", выводят на дисплей в удобной для принятия решений форме.The method and device is supposed to be used to assess the stress state of artificial massifs, for example, dams, and rocks in natural occurrence conditions. In the first case, the ball 2 (Fig. 1) is laid in an artificial array during its construction and the device is immediately capable of providing information on the quantitative values of stresses in the directions and their further changes. To assess the stress state of rocks in natural occurrence, the device is equipped with a pipe 11 (Fig. 2), its centering nodes in the cavity 9 and well 8 and perform the operations described in the previous paragraph. The transition from the force measured by the force sensor 1 to the voltage is carried out by dividing the measured force by the cross-sectional area of the rod 4. Note that the force sensor 1 to exclude the influence of forces that do not coincide with the axis of the rod 4 does not contact the side walls of the hole 3. It is supposed to use force sensors 1 made using a material whose electrical resistance depends on the pressure created on it. The readings of the force sensors 1 are converted into digital form and entered into a computer system in which information about the detected ellipsoid is displayed on the display in a form convenient for decision-making using, for example, the standard graphics editor AutoCAD.

Claims (8)

1. Способ оценки напряженного состояния горных пород, включающий установку в породном массиве через скважину устройства для реализации способа, определение в заданной плоскости значений напряжений по трем направлениям, ориентированным под углом 120° относительно друг друга, по которым находят распределение напряжений в заданной плоскости и оценивают напряженное состояние горных пород, отличающийся тем, что в породном массиве через скважину создают шаровую полость, которую заполняют раствором, отвердевающим и расширяющимся при отвердении, устройство для реализации способа устанавливают в центре шаровой полости, распределение напряжений определяют еще в двух плоскостях, которые вместе с первой образуют три ортогональные плоскости, проходящие через центр шаровой полости, затем представляют распределения напряжений на ортогональных плоскостях в виде эллипсов, по которым, как по трем проекциям на ортогональные плоскости, строят эллипсоид, после чего напряженное состояние горных пород оценивают по ориентациям и численным значениям полуосей эллипсоида.1. A method for assessing the stress state of rocks, including installing in the rock mass through the well a device for implementing the method, determining in a given plane stress values in three directions oriented at an angle of 120 ° relative to each other, which determine the stress distribution in a given plane and evaluate stress state of the rocks, characterized in that in the rock mass through the well create a spherical cavity, which is filled with a solution that hardens and expands when solidified ii, a device for implementing the method is installed in the center of the ball cavity, the stress distribution is determined in two more planes, which together with the first form three orthogonal planes passing through the center of the ball cavity, then represent the stress distribution on the orthogonal planes in the form of ellipses along which, as using three projections onto orthogonal planes, an ellipsoid is constructed, after which the stress state of the rocks is estimated from the orientations and numerical values of the semi-axes of the ellipsoid. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют отвердевающий и расширяющийся при отвердении раствор, который с учетом объема шаровой полости, размеров устройства для реализации способа и механических свойств горной породы не разрывает породный массив.2. The method according to p. 1, characterized in that they use a hardening and expanding upon hardening solution, which, taking into account the volume of the spherical cavity, the dimensions of the device for implementing the method and the mechanical properties of the rock, does not break the rock mass. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после установки устройства для реализации способа указанным раствором заполняют скважину.3. The method according to p. 1, characterized in that after installing the device for implementing the method, the well is filled with said solution. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценку напряженного состояния горных пород осуществляют через шаровые полости, созданные в разных местах породного массива и минимум в одном месте, где отсутствует влияние горных выработок.4. The method according to p. 1, characterized in that the assessment of the stress state of the rocks is carried out through spherical cavities created in different places of the rock mass and at least in one place where there is no influence of the mine workings. 5. Устройство для оценки напряженного состояния горных пород, включающее измерительную систему с датчиками силы и регистратор, отличающееся тем, что измерительная система выполнена в виде шара с радиальными отверстиями, расположенными в ортогональных плоскостях, проходящих через центр шара, при этом радиальные отверстия расположены под углом 120° относительно друг друга в каждой из указанных плоскостей, в эти отверстия вставлены стержни, датчики силы установлены между стержнями и дном этих отверстий, а в шаре выполнены каналы для вывода проводов от датчиков силы к регистратору.5. A device for assessing the stress state of rocks, including a measuring system with force sensors and a recorder, characterized in that the measuring system is made in the form of a ball with radial holes located in orthogonal planes passing through the center of the ball, while the radial holes are located at an angle 120 ° relative to each other in each of these planes, rods are inserted into these holes, force sensors are installed between the rods and the bottom of these holes, and channels for output are made in the ball Wires from power sensors to the registrar. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что внешняя поверхность измерительной системы в виде шара покрыта тонким слоем эластичного материала.6. The device according to p. 5, characterized in that the outer surface of the measuring system in the form of a ball is covered with a thin layer of elastic material. 7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно снабжено трубой и узлом его центрирования в шаровой полости.7. The device according to p. 5, characterized in that it is equipped with a pipe and a center for its centering in the ball cavity. 8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что труба снабжена узлом для ее центрирования в скважине. 8. The device according to p. 5, characterized in that the pipe is equipped with a node for centering it in the well.
RU2015126159/03A 2015-06-30 2015-06-30 Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor RU2591708C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015126159/03A RU2591708C1 (en) 2015-06-30 2015-06-30 Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015126159/03A RU2591708C1 (en) 2015-06-30 2015-06-30 Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2591708C1 true RU2591708C1 (en) 2016-07-20

Family

ID=56412653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015126159/03A RU2591708C1 (en) 2015-06-30 2015-06-30 Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2591708C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU587254A1 (en) * 1975-04-28 1978-01-05 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Device for measuring deformation in wells
SU777219A1 (en) * 1976-07-12 1980-11-07 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Method of measuring stresses in rock
US4657306A (en) * 1985-10-18 1987-04-14 Robert Koopmans Hydraulic rock breaking tool
SU1476130A1 (en) * 1987-08-12 1989-04-30 Среднеазиатский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Цветной Металлургии Apparatus for monitoring the internal strain and mobility of rock mass
RU2029084C1 (en) * 1992-03-10 1995-02-20 Белявский Юрий Георгиевич Method for determination of principal normal stresses in rock mass and device for its realization
RU2441157C2 (en) * 2010-04-07 2012-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Method to assess stressed condition of rocks and device for its realisation
RU2485313C1 (en) * 2012-01-10 2013-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Method to assess stressed condition of rocks

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU587254A1 (en) * 1975-04-28 1978-01-05 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Device for measuring deformation in wells
SU777219A1 (en) * 1976-07-12 1980-11-07 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Method of measuring stresses in rock
US4657306A (en) * 1985-10-18 1987-04-14 Robert Koopmans Hydraulic rock breaking tool
SU1476130A1 (en) * 1987-08-12 1989-04-30 Среднеазиатский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Цветной Металлургии Apparatus for monitoring the internal strain and mobility of rock mass
RU2029084C1 (en) * 1992-03-10 1995-02-20 Белявский Юрий Георгиевич Method for determination of principal normal stresses in rock mass and device for its realization
RU2441157C2 (en) * 2010-04-07 2012-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Method to assess stressed condition of rocks and device for its realisation
RU2485313C1 (en) * 2012-01-10 2013-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН Method to assess stressed condition of rocks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2875204B2 (en) Single-sided fracturing measurement method for simultaneously measuring underground stress and physical properties
US11236612B2 (en) Advanced monitoring device for whole-process deformation curve of surrounding rock of tunnel excavation and implementation method thereof
CN111656128B (en) Soil body displacement measuring device
CN105738208B (en) Test the device and method of rock sample mechanical property under rubble passive bound
CN103513016B (en) Adopt the soft rock multi-measuring point detecting earth stress method of sensing post
CN104655820A (en) Judging, grading and processing method of rockburst of hard rocks for tunnel
Zhang et al. Analytical prediction for tunnel-soil-pile interaction mechanics based on Kerr foundation model
CN112649086A (en) Improved jointed rock mass blasting model test vibration monitoring system and method
KR101294136B1 (en) Device for prediction underground dynamic behavior by using acoustic emission sensor and producing method thereof
CN109583116B (en) Underground engineering initial stress field dynamic inversion method based on multi-source actual measurement information
CN212514040U (en) Capsule pressure testing device
CN104075944A (en) Three dimensional earth pressure testing device and assembly computing method based on general earth pressure cells and rhombic dodecahedron
Buffi et al. Calibration of finite element models of concrete arch-gravity dams using dynamical measures: the case of Ridracoli
CN110651102A (en) Prefabricated segment for a tunnel and method for producing and monitoring the prefabricated segment
Jiang et al. Analytical investigation for stress measurement with the rheological stress recovery method in deep soft rock
CN109238804B (en) Expansibility similar model test material with conductive property and use method
JP7116991B2 (en) Pressure sensors and pressure measuring devices
RU2591708C1 (en) Method of assessing stressed condition of rocks and device therefor
Chen et al. In situ observation and model test on zonal disintegration in deep tunnels
CN209764622U (en) Test system for simulating influence of tunnel blasting excavation on existing lining
Hao et al. Instability Process of Crack Propagation and Tunnel Failure Affected by Cross‐Sectional Geometry of an Underground Tunnel
CN115585922A (en) Drilling type multi-point and multi-direction coal rock mass stress meter and coal rock mass stress monitoring method
RU2441157C2 (en) Method to assess stressed condition of rocks and device for its realisation
Chen et al. Model test of anchoring effect on zonal disintegration in deep surrounding rock masses
JP2948527B2 (en) Quantitative prediction method and apparatus for large-scale direct earthquake

Legal Events

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

Effective date: 20170701