RU2648401C1 - Method of the stressed condition of rocks estimation - Google Patents

Method of the stressed condition of rocks estimation Download PDF

Info

Publication number
RU2648401C1
RU2648401C1 RU2017118113A RU2017118113A RU2648401C1 RU 2648401 C1 RU2648401 C1 RU 2648401C1 RU 2017118113 A RU2017118113 A RU 2017118113A RU 2017118113 A RU2017118113 A RU 2017118113A RU 2648401 C1 RU2648401 C1 RU 2648401C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rock
rocks
cracks
loads
stress
Prior art date
Application number
RU2017118113A
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 RU2017118113A priority Critical patent/RU2648401C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2648401C1 publication Critical patent/RU2648401C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C39/00Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: invention relates to mining and can be used to assess the stressed state of rocks in a rock massif. Method includes electromagnetic and elastic waves receiving from cracks, an estimation of a stressed condition of rocks. Cracks are created by directed increasing shock loads on the rock and fixing their appearance by the frequency spectrum of electromagnetic and elastic waves. Stressed state of the rock is evaluated by the value of the specific force of that of the indicated loads, at which the stress in the rock reaches its ultimate strength.
EFFECT: technical result consists in increasing the efficiency of the stressed state of rocks estimating method by increasing the local stress in the rock to the limit of its strength and estimating the values of the actually acting in it stresses.
6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве.The invention 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 патенту РФ №2398964, кл. Е21С 39/00, опубл. в БИ №25, 2010 г., включающий задание требуемой детальности исследования массива, установку датчиков электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, регистрацию электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, излучаемых естественными источниками в массиве горных пород, определение параметров этих сигналов. Регистрацию электромагнитных и сейсмоакустических сигналов производят датчиками в скважинах, пробуренных от поверхности обнажения вглубь массива, шаг измерения вдоль оси которых выбирают в соответствии с требуемой детальностью. Задают ширину скользящего пространственного окна, охватывающего несколько последовательно расположенных точек измерения. Для множества пар значений параметров электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, соответствующих одним и тем же точкам внутри пространственного окна, определяют коэффициент корреляции. Ставят его значение в соответствие средней точке пространственного окна и в случае положительного значения коэффициента корреляции напряженное состояние массива горных пород в этой точке относят к допредельной стадии, а в случае отрицательного значения относят к запредельной стадии деформирования. Ширину пространственного окна выбирают из условия статистической значимости коэффициента корреляции.A known method for determining the stress state of rocks according to the patent of the Russian Federation No. 2398964, class. E21C 39/00, publ. in BI No. 25, 2010, which includes setting the required detail for studying the array, installing sensors of electromagnetic and seismoacoustic signals, recording electromagnetic and seismoacoustic signals emitted by natural sources in a rock mass, determining the parameters of these signals. The registration of electromagnetic and seismic acoustic signals is performed by sensors in wells drilled from the exposure surface into the interior of the array, the measurement step along the axis of which is selected in accordance with the required detail. Set the width of the sliding spatial window, covering several consecutively located measurement points. For a plurality of pairs of parameter values of electromagnetic and seismic acoustic signals corresponding to the same points inside the spatial window, the correlation coefficient is determined. Its value is put in correspondence with the middle point of the spatial window, and in the case of a positive value of the correlation coefficient, the stress state of the rock mass at this point is referred to the prelimit stage, and in the case of a negative value, it is attributed to the transcendental stage of deformation. The width of the spatial window is selected from the condition of statistical significance of the correlation coefficient.

Общим у аналога с предлагаемым способом является прием электромагнитных и упругих волн, излучаемых источниками в массиве горных пород, регистрацию указанных волн и определение их параметров.Common with the analogue of the proposed method is the reception of electromagnetic and elastic waves emitted by sources in a rock mass, recording these waves and determining their parameters.

В этом способе не предусмотрена возможность оценки разницы значений фактически действующих напряжений в горной породе и ее прочности. Поэтому его использование для оценки напряженного состояния горных пород, например, с целью прогноза устойчивости породного массива при изменении в нем напряжений, обусловленных техногенным на него воздействием, неэффективно.This method does not provide for the possibility of assessing the difference between the values of the actually acting stresses in the rock and its strength. Therefore, its use for assessing the stress state of rocks, for example, with the aim of predicting the stability of the rock mass when changing stresses due to anthropogenic impact on it, is inefficient.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ оценки напряженного состояния горных пород по патенту РФ №2485313, кл. Е21С 39/00, опубл. 20.06.2013 г., включающий бурение скважины, формирование щели разрывом горной породы пластичным веществом в заданной плоскости. 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. Оценку напряженного состояния горных пород осуществляют по параметрам принимаемых волн.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. 2485313, class. E21C 39/00, publ. 06/20/2013, including the drilling of a well, the formation of a gap by breaking a rock with a plastic substance in a given plane. Initially, the gap is formed by a plastic substance, the electrical resistance of which depends on pressure, and then a plastic substance with dielectric properties is injected into the gap from a place equidistant from its boundaries, creating a ring from the initially injected plastic substance, which is used to receive electromagnetic and elastic waves from the formation of in the rocks of the cracks. Assessment of the stress state of the rocks is carried out according to the parameters of the received waves.

Общим у прототипа с предлагаемым способом является прием от трещин электромагнитных и упругих волн, оценка напряженного состояния горных пород по параметрам принимаемых волн.In common with the prototype of the proposed method is the reception from cracks of electromagnetic and elastic waves, the assessment of the stress state of rocks according to the parameters of the received waves.

В этом способе трещины не создают направленными возрастающими ударными нагрузками на горную породу и не оценивают по энергии и временным функциям ударных импульсов величины дополнительных напряжений, которые способен выдержать породный массив. Способ не обеспечивает возможность наблюдения за приближением напряжений, обусловленных совокупностью природных и техногенных факторов, к пределу прочности горной породы. Поэтому он обладает относительно низкой эффективностью для оценки напряженного состояния горных пород.In this method, cracks do not create directed increasing shock loads on the rock and do not estimate the magnitude of additional stresses that the rock mass can withstand from the energy and time functions of the shock pulses. The method does not provide the ability to monitor the approximation of stresses due to a combination of natural and technogenic factors to the ultimate strength of the rock. Therefore, it has a relatively low efficiency for assessing the stress state of rocks.

Решаемая техническая проблема заключается в повышении эффективности способа за счет увеличения локального напряжения в горной породе до предела ее прочности и оценки значений фактически действующих в ней напряжений.The technical problem to be solved is to increase the efficiency of the method by increasing the local stress in the rock to the limit of its strength and evaluating the values of the stresses actually acting in it.

Проблема решается тем, что в способе оценки напряженного состояния горных пород, включающем прием от трещин электромагнитных и упругих волн, оценку напряженного состояния горных пород, согласно предлагаемому техническому решению трещины создают направленными возрастающими ударными нагрузками на горную породу и фиксируют их появление по частотному спектру электромагнитных и упругих волн, а напряженное состояние горной породы оценивают по значению удельного усилия той из указанных нагрузок, при которой напряжение в горной породе достигает предела ее прочности.The problem is solved in that in the method for assessing the stress state of rocks, including the reception of electromagnetic and elastic waves from cracks, assessing the stress state of rocks, according to the proposed technical solution, the cracks are created by increasing directional shock loads on the rock and record their occurrence according to the frequency spectrum of electromagnetic and elastic waves, and the stress state of the rock is estimated by the value of the specific force of that of the indicated loads, at which the stress in the rock is sufficient the limit of its strength.

Такое техническое решение обеспечивает возможность наблюдения за приближением напряжений, обусловленных совокупностью природных и техногенных факторов, к пределу прочности горной породы, что позволяет выявлять опасные участки ведения горных работ и оперативно принимать меры по существенному снижению вероятности внезапных динамических проявлений породных массивов.This technical solution provides the ability to monitor the approach of stresses due to a combination of natural and technogenic factors to the rock's tensile strength, which makes it possible to identify hazardous mining sites and quickly take measures to significantly reduce the likelihood of sudden dynamic manifestations of rock masses.

Предлагаемый способ реализует следующую идею. Хрупкая горная порода при достижении в ней напряжений предела ее прочности теряет устойчивость, от чего в породном массиве возможно проявление динамических процессов в виде внезапных горных ударов, обрушений выработок, образования завалов с тяжелыми негативными последствиями. Однако если напряжения в горной породе достигают предела ее прочности в небольшом объеме и кратковременно, то из-за сравнительно малой накопленной в ней упругой энергии масштабного динамического процесса разрушения породного массива не происходит. Вместе с этим по характерным признакам начала разрушения горной породы, например возникновению в ней микротрещин, можно оценивать ее состояние, а именно определять дополнительные напряжения, которые она способна выдержать. Для создания дополнительных кратковременных напряжений, которые в сумме с естественными напряжениями достигают предела прочности горной породы в малом объеме можно использовать ударные нагрузки, а начало ее разрушения определять по возникающим в ней микротрещинам. Особо следует отметить, что прочность горной породы существенно зависит от способа воздействия на нее. При динамической (ударной) нагрузке ее прочность в сравнении со статической нагрузкой может возрастать в несколько раз. Поэтому предлагаемый способ предусматривает знание известных или предварительно определяемых зависимостей прочностных характеристик конкретных горных пород от режима механического воздействия на нее. Определение прочности горной породы при статической нагрузке по параметрам ее разрушения комбинированной нагрузкой (статической и ударной) осуществляют по известным методикам.The proposed method implements the following idea. A brittle rock when it reaches stresses the limit of its strength loses stability, from which in the rock mass it is possible the manifestation of dynamic processes in the form of sudden rock blows, caving workings, the formation of blockages with severe negative consequences. However, if the stresses in the rock reach its strength in a small volume and for a short time, then due to the relatively small elastic energy accumulated in it, a large-scale dynamic process of rock mass destruction does not occur. At the same time, by the characteristic signs of the beginning of the destruction of the rock, for example, the occurrence of microcracks in it, it is possible to evaluate its condition, namely, to determine the additional stresses that it can withstand. To create additional short-term stresses, which, together with natural stresses, reach the rock strength in a small volume, shock loads can be used, and the beginning of its destruction can be determined by microcracks that arise in it. It should be especially noted that the strength of the rock substantially depends on the method of influencing it. Under dynamic (shock) load, its strength in comparison with static load can increase several times. Therefore, the proposed method provides for the knowledge of known or pre-determined dependencies of the strength characteristics of specific rocks from the regime of mechanical impact on it. Determination of rock strength under static load by the parameters of its destruction by the combined load (static and impact) is carried out by known methods.

Создание трещины направленными возрастающими ударными нагрузками на горную породу обеспечивает увеличение в ней напряжений до предела ее прочности. Фиксация появления трещин по частотному спектру электромагнитных и упругих волн позволяет использовать известные способы и средства для определения начала потери устойчивости горной породы (достижения напряжений в горной породе предела ее прочности). Оценка напряженного состояния горной породы по значению удельного усилия той из указанных нагрузок, при которой напряжение в горной породе достигает предела ее прочности, позволяет по известным методикам определять разность значений естественных напряжений в горной породе и ее прочности, т.е. оценивать дополнительное напряжение, которое способна выдержать горная порода. В результате, повышается эффективность способа за счет увеличения локального напряжения в горной породе до предела ее прочности и оценки значений фактически действующих в ней напряжений.Creating cracks directed increasing shock loads on the rock provides an increase in stress in it to the limit of its strength. Fixing the appearance of cracks in the frequency spectrum of electromagnetic and elastic waves makes it possible to use known methods and means to determine the onset of rock loss (reaching stresses in the rock to its ultimate strength). Assessment of the stress state of the rock by the value of the specific force of that of the indicated loads, at which the stress in the rock reaches the limit of its strength, allows using known methods to determine the difference between the values of natural stresses in the rock and its strength, i.e. evaluate the additional stress that the rock can withstand. As a result, the efficiency of the method is increased by increasing the local stress in the rock to the limit of its strength and evaluating the values of the stresses actually acting in it.

Целесообразно направленные возрастающие ударные нагрузки на горную породу создавать сбрасыванием груза в нисходящую вертикальную скважину. Это позволяет: тестировать горную породу в месте, до которого можно пробурить нисходящую скважину; использовать скважину в качестве направляющей перемещения груза; задавать требуемую энергию удара; воздействовать на горную породу наиболее простыми средствами и способом. Все это обуславливает повышение эффективности способа.It is advisable to create increasing shock loads on the rock by dropping the cargo into a downward vertical well. This allows you to: test the rock in a place to which you can drill a downhole; use the well as a guide for moving the load; set the required impact energy; affect the rock in the simplest ways and means. All this leads to an increase in the efficiency of the method.

Целесообразно нисходящую скважину возле ее забоя предварительно заполнить пластичным веществом. Это исключает отскок груза после его падения, что существенно облегчает расчет удельного усилия, с которым он воздействует на породный массив, и позволяет по известным методикам, используемым в измерительных гидравлических разрывах, определять действующие напряжения в плоскости забоя скважины. В результате повышается эффективность способа.It is advisable to pre-fill the downhole near its bottom with plastic substance. This eliminates the rebound of the cargo after its fall, which greatly facilitates the calculation of the specific force with which it acts on the rock mass, and allows using known methods used in measuring hydraulic fractures to determine the effective stresses in the bottom face of the well. As a result, the efficiency of the method is increased.

Целесообразно временные функции ударных нагрузок определять по параметрам исходящих от них упругих волн. За счет этого прием упругих волн от ударных нагрузок и трещин, возникающих при разрушении горной породы, можно осуществлять одной и той же системой, что снижает стоимость реализации способа, повышая, тем самым, эффективность его использования.It is advisable to determine the temporal functions of shock loads by the parameters of the elastic waves emanating from them. Due to this, the reception of elastic waves from shock loads and cracks that occur during the destruction of rocks can be carried out by the same system, which reduces the cost of implementing the method, thereby increasing the efficiency of its use.

Целесообразно дополнительно определять изменение во времени значения удельного усилия той из указанных нагрузок, при которой напряжение в горной породе достигает предела ее прочности. Это позволяет прогнозировать устойчивость породных массивов, что расширяет возможности способа.It is advisable to additionally determine the change in time of the value of the specific force of that of the indicated loads, at which the stress in the rock reaches its ultimate strength. This allows us to predict the stability of rock masses, which extends the capabilities of the method.

Целесообразно для приема от трещин упругих и электромагнитных волн использовать скважину с поданным в нее электропроводящим веществом, электрическое сопротивление которого зависит от давления в нем. Это повышает достоверность измерительной информации за счет нейтрализации горного давления, дезинтегрирующего горную породу в окрестности скважины с образованием расслоений, экранирующих и искажающих принимаемые волны. При этом не требуется использования раздельных систем приема упругих и электромагнитных волн. В результате возрастает эффективность способа.It is advisable for receiving elastic and electromagnetic waves from cracks to use a well with an electrically conductive substance fed into it, the electrical resistance of which depends on the pressure in it. This increases the reliability of the measurement information by neutralizing the rock pressure that disintegrates the rock in the vicinity of the well with the formation of bundles that shield and distort the received waves. It does not require the use of separate systems for receiving elastic and electromagnetic waves. As a result, the efficiency of the method increases.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации способа оценки напряженного состояния горных пород и чертежом.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific implementation of the method for assessing the stress state of rocks and a drawing.

На чертеже показана схема реализации способа оценки напряженного состояния горных пород (далее - способ): слева - создание трещин в горной породе направленными возрастающими нагрузками на нее; справа - прием от трещин упругих и электромагнитных волн.The drawing shows a diagram of a method for assessing the stress state of rocks (hereinafter referred to as the method): on the left is the creation of cracks in the rock with directed increasing loads on it; on the right - reception from cracks of elastic and electromagnetic waves.

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

Направленными возрастающими ударными нагрузками на горную породу создают в ней трещины. Для этого сбрасывают груз 1 (см. чертеж) в нисходящую вертикальную скважину 2 (далее - скважина 2). От трещин принимают электромагнитные и упругие волны с помощью скважины 3 с поданным в нее электропроводящим веществом 4 (далее - вещество 4), электрическое сопротивление которого зависит от давления в нем. Появление трещин фиксируют по частотному спектру электромагнитных и упругих волн. Высоту сбрасывания груза 1 увеличивают до начала фиксации появления трещин, обуславливающих достижение напряжений в горной породе предела ее прочности. С использованием известных методик определяют временные функции направленных возрастающих ударных нагрузок по параметрам исходящих от них упругих волн. По высоте подъема груза 1 и временным функциям ударных нагрузок с использованием известных методик и формул механики движения физических тел определяют удельные усилия, с которыми груз 1 дополнительно к естественным напряжениям воздействует на горную породу. Определяют значение удельного усилия той из указанных нагрузок, при которой начинают появляться трещины, обусловленные достижением напряжения в горной породе предела ее прочности. Далее по известной методике перехода от комбинированной нагрузки к эквивалентной статической нагрузке определяют напряженное состояние горной породы. К грузу 1 для его подъема и сбрасывания в скважину 2 можно прикреплять трос 5. Для исключения отскока груза 1 после его падения скважину 2 возле ее забоя можно предварительно заполнить пластичным веществом 6 (далее -вещество 6). В вещество 4 для получения информации о характере воздействия на него упругих и электромагнитных волн можно вводить электроды 7 и 8, подсоединенные через проводники 9 и 10 соответственно к системе регистрации (на чертеже не показана). Дополнительно можно определять изменение во времени значения удельного усилия той из указанных нагрузок, при которой напряжение в горной породе достигает предела ее прочности (начинают появляться трещины).Directional increasing shock loads on the rock create cracks in it. To do this, dump the load 1 (see drawing) in a downward vertical well 2 (hereinafter - well 2). Electromagnetic and elastic waves are received from cracks using a well 3 with an electrically conductive substance 4 (hereinafter referred to as substance 4) fed into it, the electrical resistance of which depends on the pressure in it. The appearance of cracks is fixed by the frequency spectrum of electromagnetic and elastic waves. The height of the dropping of the load 1 is increased until the onset of fixing the appearance of cracks, causing stresses in the rock to reach its ultimate strength. Using known methods, the temporal functions of directed increasing shock loads are determined by the parameters of the elastic waves emanating from them. The height of the load 1 and the temporal functions of shock loads using known methods and formulas of mechanics of motion of physical bodies determine the specific forces with which load 1 in addition to natural stresses acts on the rock. Determine the value of the specific force of that of the indicated loads, at which cracks begin to appear, due to the achievement of the stress in the rock of its ultimate strength. Further, according to the known method of transition from combined load to equivalent static load, the stress state of the rock is determined. A cable 5 can be attached to the load 1 for its lifting and dropping into the well 2. To prevent the load 1 from bouncing after it falls, the well 2 near its bottom can be pre-filled with plastic substance 6 (hereinafter - substance 6). To obtain information on the nature of the action of elastic and electromagnetic waves on it, it is possible to introduce into the substance 4 electrodes 7 and 8 connected through conductors 9 and 10, respectively, to a recording system (not shown in the drawing). Additionally, it is possible to determine the change in time of the value of the specific force of that of the indicated loads at which the stress in the rock reaches its ultimate strength (cracks begin to appear).

Сбрасываемый в скважину 2 груз 1 в конце своего падения приобретает скоростьThe load 1 discharged into the well 2 at the end of its fall takes on speed

Figure 00000001
Figure 00000001

где ν - скорость груза в конце падения;where ν is the speed of the load at the end of the fall;

g - ускорение свободно падающего тела;g - acceleration of a freely falling body;

Н- высота, с которой сбрасывают груз 1.H is the height from which the load is dumped 1.

При соударении с препятствием (забоем скважины или веществом 6) скорость груза 1 падает до нуля. Для условия заполнения скважины 2 веществом 6 отскока груза 1 не происходит и поэтому практически вся его кинетическая энергия затрачивается на создание давления Р в веществе 6, что можно оценить формулойIn the event of a collision with an obstacle (bottom hole or substance 6), the speed of the load 1 drops to zero. For the condition of filling the well 2 with substance 6, the load 1 does not bounce and therefore almost all of its kinetic energy is expended to create pressure P in substance 6, which can be estimated by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где Р - давление в веществе 6 в момент воздействия на него грузом 1;where P is the pressure in the substance 6 at the time of exposure to it with a load of 1;

m - масса груза 1;m is the mass of the cargo 1;

Figure 00000003
- площадь поперечного сечения груза 1;
Figure 00000003
- cross-sectional area of the cargo 1;

Δt - время, за которое приобретенная при падении груза 1 скорость становится нулевой в результате его внедрения в вещество 6.Δt is the time during which the speed acquired during the fall of cargo 1 becomes zero as a result of its introduction into substance 6.

Отметим, что формула (2) получена преобразованием известных в механике формул для ускоренного движения физического тела и для условия принятия постоянным ускорения груза 1 во время Δt его торможения при внедрении в вещество 6. Время Δt можно определять с помощью датчика (например, акселерометра), установленного непосредственно на падающем грузе 1, что связано с известными неудобствами. Поэтому время Δt определяют по параметрам исходящих от груза 1 упругих волн как время возрастания сигнала между его нулевым и первым максимальным значением.Note that formula (2) is obtained by converting the formulas known in mechanics for accelerated motion of a physical body and for the condition that the acceleration of load 1 be constant as Δt decelerates when introduced into substance 6. The time Δt can be determined using a sensor (for example, an accelerometer), installed directly on the falling load 1, which is associated with known inconveniences. Therefore, the time Δt is determined by the parameters of the elastic waves emanating from the load 1 as the time of increase of the signal between its zero and the first maximum value.

Вещество 6 при кратковременном на него воздействии проявляет свойство твердого тела, направленно передающего усилие торможения груза 1 забою скважины 2, создавая тем самым нормальные к поверхности горной породы напряжения, численно равные давлению Р. Благодаря веществу 6 устраняется непосредственный контакт груза 1 с неровностями поверхности забоя, на которых при контакте с твердым телом концентрируются напряжения, способные инициировать возникновение непредусмотренных в способе микротрещин, снижающих достоверность информации о напряженном состоянии горной породы.Substance 6, when exposed to it for a short time, exhibits the property of a solid body that directs the braking force of the load 1 to the bottom of the well 2, thereby creating stresses normal to the rock surface, numerically equal to pressure R. Due to the substance 6, the direct contact of the load 1 with the surface roughness is eliminated, on which, upon contact with a solid body, stresses are concentrated that can initiate the occurrence of microcracks not provided for in the method, which reduce the reliability of information on Gennes state rock.

В большинстве случаев напряжения в породном массиве обусловлены весом вышележащих горных пород, и одно из главных напряжений, обладающее, как правило, наибольшим значением, направлено вертикально. С этим главным напряжением и суммируется напряжение, создаваемое падающим грузом 1 в скважине 2. Вместе с этим способ предусматривает создание дополнительных напряжений в горной породе ударными нагрузками на забой скважины с любой ориентацией. Для этого предполагается использовать известные погружные ударные машины (пневматические, электрические, гидравлические), создающие одиночные удары в широком диапазоне энергии ударных импульсов. Кроме этого, способ не исключает возможность создания дополнительных направленных напряжений в горной породе направленными возрастающими ударными нагрузками непосредственно по поверхности горной выработки.In most cases, stresses in the rock mass are caused by the weight of the overlying rocks, and one of the main stresses, which, as a rule, has the greatest value, is directed vertically. With this main stress, the stress created by the falling load 1 in the well 2 is summed up. At the same time, the method provides for the creation of additional stresses in the rock by shock loads on the bottom of the well with any orientation. For this, it is proposed to use well-known submersible impact machines (pneumatic, electric, hydraulic) that create single impacts in a wide energy range of shock impulses. In addition, the method does not exclude the possibility of creating additional directed stresses in the rock by directed increasing shock loads directly on the surface of the mine.

Прием электромагнитных и упругих волн от трещин, возникающих в породном массиве как следствие разрушения горной породы, можно осуществлять предназначенными для таких целей любыми известными средствами. Вместе с этим следует учитывать, что при высоких напряжениях горная порода отжимается в сторону свободного пространства (выработки, скважины) с образованием расслоений, которые, являясь экранами, искажают принимаемую информацию. В предлагаемом способе заполнением веществом 6 свободного пространства скважины 2 исключают отжим горной породы (нет места для отжима) и, следовательно, ее расслоение. В качестве вещества 6 предполагается использовать сравнительно дешевые смеси, например графитового порошка и малого объема связующего его компонента, например эпоксидной смолы. В смеси до ее отвердения можно поддерживать давление, компенсирующее горное давление, из-за чего скважина 2 оказывает наименьшее влияние на состояние горной породы. Упругие и электромагнитные волны проходят непосредственно через вещество 4. Поэтому такая система приема волн обладает высокой чувствительностью.The reception of electromagnetic and elastic waves from cracks arising in the rock mass as a result of rock destruction can be carried out using any known means intended for such purposes. At the same time, it should be borne in mind that at high voltages, the rock is squeezed in the direction of free space (production, wells) with the formation of bundles, which, being screens, distort the received information. In the proposed method, filling substance 6 of the free space of the well 2 excludes the extraction of the rock (there is no room for extraction) and, therefore, its separation. As substance 6, it is supposed to use relatively cheap mixtures, for example graphite powder and a small volume of its binder component, for example epoxy resin. Before the mixture has hardened, it is possible to maintain a pressure that compensates for rock pressure, which is why well 2 has the least effect on the state of the rock. Elastic and electromagnetic waves pass directly through substance 4. Therefore, such a system for receiving waves has a high sensitivity.

Предлагаемый способ позволяет получать достоверную информацию о дополнительных нагрузках, которые породный массив способен гарантированно выдержать без внезапных динамических проявлений.The proposed method allows to obtain reliable information about the additional loads that the rock mass is able to withstand without sudden dynamic manifestations.

Claims (6)

1. Способ оценки напряженного состояния горных пород, включающий прием от трещин электромагнитных и упругих волн, оценку напряженного состояния горных пород, отличающийся тем, что трещины создают направленными возрастающими ударными нагрузками на горную породу и фиксируют их появление по частотному спектру электромагнитных и упругих волн, а напряженное состояние горной породы оценивают по значению удельного усилия той из указанных нагрузок, при которой напряжение в горной породе достигает предела ее прочности.1. A method for assessing the stress state of rocks, including receiving from cracks electromagnetic and elastic waves, assessing the stress state of rocks, characterized in that the cracks create directed increasing shock loads on the rock and record their occurrence in the frequency spectrum of electromagnetic and elastic waves, and the stress state of the rock is evaluated by the value of the specific force of that of the indicated loads, at which the stress in the rock reaches its ultimate strength. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что направленные возрастающие ударные нагрузки на горную породу создают сбрасыванием груза в нисходящую вертикальную скважину.2. The method according to p. 1, characterized in that the directional increasing shock loads on the rock create dropping cargo in a downward vertical well. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что нисходящую скважину возле ее забоя предварительно заполняют пластичным веществом.3. The method according to p. 2, characterized in that the downhole well near its bottom is pre-filled with a plastic substance. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что временные функции указанных нагрузок определяют по параметрам исходящих от них упругих волн.4. The method according to p. 1, characterized in that the time functions of these loads are determined by the parameters of the elastic waves emanating from them. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно определяют изменение во времени значения удельного усилия той из указанных нагрузок, при которой напряжение в горной породе достигает предела ее прочности.5. The method according to p. 1, characterized in that it further determines the time change in the value of the specific force of the specified loads, at which the stress in the rock reaches its ultimate strength. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для приема от трещин упругих и электромагнитных волн используют скважину с поданным в нее электропроводящим веществом, электрическое сопротивление которого зависит от давления в нем.6. The method according to p. 1, characterized in that for receiving elastic and electromagnetic waves from cracks, a well is used with an electrically conductive substance fed into it, the electrical resistance of which depends on the pressure in it.
RU2017118113A 2017-05-24 2017-05-24 Method of the stressed condition of rocks estimation RU2648401C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118113A RU2648401C1 (en) 2017-05-24 2017-05-24 Method of the stressed condition of rocks estimation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118113A RU2648401C1 (en) 2017-05-24 2017-05-24 Method of the stressed condition of rocks estimation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2648401C1 true RU2648401C1 (en) 2018-03-26

Family

ID=61707922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017118113A RU2648401C1 (en) 2017-05-24 2017-05-24 Method of the stressed condition of rocks estimation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2648401C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2546547A1 (en) * 1975-10-17 1977-04-21 Bergwerksverband Gmbh Rock probe for high stess outburst zones - uses drilling energy for boring and removing drillings sensed as stress indicating parameter
SU1146448A1 (en) * 1983-07-01 1985-03-23 Институт Геотехнической Механики Ан Усср Method of assessing the strained state of rock body
SU1550138A1 (en) * 1988-03-09 1990-03-15 Кузбасский Политехнический Институт Method of determining the rate of crack formation
RU1809052C (en) * 1990-12-18 1993-04-15 Московский Горный Институт Method for rock dynamic failure tendency estimation
RU2062484C1 (en) * 1992-02-24 1996-06-20 Институт динамики геосфер РАН Method for revealing vertical structural distortions in blocks
RU2335756C1 (en) * 2007-02-01 2008-10-10 Гурий Иштванович Микита Wave method of material properties control
RU2398964C1 (en) * 2009-07-23 2010-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ) Method for detection of stressed condition of rocks
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 (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2546547A1 (en) * 1975-10-17 1977-04-21 Bergwerksverband Gmbh Rock probe for high stess outburst zones - uses drilling energy for boring and removing drillings sensed as stress indicating parameter
SU1146448A1 (en) * 1983-07-01 1985-03-23 Институт Геотехнической Механики Ан Усср Method of assessing the strained state of rock body
SU1550138A1 (en) * 1988-03-09 1990-03-15 Кузбасский Политехнический Институт Method of determining the rate of crack formation
RU1809052C (en) * 1990-12-18 1993-04-15 Московский Горный Институт Method for rock dynamic failure tendency estimation
RU2062484C1 (en) * 1992-02-24 1996-06-20 Институт динамики геосфер РАН Method for revealing vertical structural distortions in blocks
RU2335756C1 (en) * 2007-02-01 2008-10-10 Гурий Иштванович Микита Wave method of material properties control
RU2398964C1 (en) * 2009-07-23 2010-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ) Method for detection of stressed condition of rocks
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
Hudaverdi Application of multivariate analysis for prediction of blast-induced ground vibrations
CN102016641B (en) Collapse prediction method for ground structure
Yang et al. Measurement and analysis of near-field blast vibration and damage
Zairov et al. Laboratory study of parameters of contour blasting in the formation of slopes of the sides of the career
RU2648401C1 (en) Method of the stressed condition of rocks estimation
Bhagade et al. Measurement and control of seismic effects in large scale dragline bench blasts–An approach
RU2672897C1 (en) Ballistic pendulum
Wimmer et al. Burden movement in confined drift wall blasting tests studied at the LKAB Kiruna SLC mine
Kumar et al. Prediction of blast-induced ground vibration by ANN, USBM and CMRI formulae for safety of the structures near surface coal mines
CN105045969A (en) Multi-information coupling prediction method for risk of geostress type rock burst
Nierobisz Identification of load to dog heading support during a rockburst
JP2019109168A (en) Bedrock evaluation method
RU2263297C1 (en) Method and device for determining parameters of penetration of body throwing against obstacle
Zhang et al. Numerical back-analysis of simulated rockburst field tests by using coupled numerical technique
Heal et al. Assessing the in-situ performance of ground support systems subjected to dynamic loading
RU2768768C1 (en) Method for determining the stress state of rock formations
CN105116439A (en) Landslide pre-warning system used for detection of micro-vibration of mountain
RU2729976C1 (en) Probe for investigation of process of high-speed penetration into obstacle
JP7315449B2 (en) Excavation surface geological evaluation method
Ogasawara et al. Temporal variation of seismic parameters associated with an M w~ 2 event monitored at a 100~ 200 m distance
Shirzadegan et al. Rock support subjected to dynamic loading: Field testing of ground support using simulated rockburst
Bilgin et al. Assessment of explosive performance by detonation velocity measurements in Turkey
Wu et al. Distinctive and fuzzy failure probability analysis of an anisotropic rock mass to explosion load
RU2094831C1 (en) Method of prediction of dynamic manifestations of mountain pressure
US11624599B2 (en) Dynamic hardened target layer and void detector sensor for use with a warhead or projectile penetrator

Legal Events

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

Effective date: 20190525