RU2668364C1

RU2668364C1 - Test bench for energy exchange in rock mass

Info

Publication number: RU2668364C1
Application number: RU2018100930A
Authority: RU
Inventors: Николай Георгиевич Кю
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2018-09-28

Abstract

FIELD: testing equipment.

SUBSTANCE: invention relates to testing equipment – to devices for testing materials, in particular rocks, in the study of energy exchange in a rock mass to establish possible causes of its dangerous dynamic manifestations. Bench contains a support frame, a sample gripper placed therein, a hydraulic sample presser connected to the sample gripper, an energy storage, a pneumatic pressure source connected to the energy storage cavity. It is equipped with a mechanism for forming a continuous crack in the sample with the possibility of its exit into the cavity of the energy accumulator through its bottom made in the sample.

EFFECT: modeling the processes before and after the surface of a fluid under high pressure, a crack formed in a brittle environment.

1 cl, 1 dwg

Description

Техническое решение относится к испытательной технике - к устройствам для испытания материалов, в частности, горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород для установления возможных причин его опасных динамических проявлений.The technical solution relates to testing equipment - to devices for testing materials, in particular rocks, in the study of energy exchange in a rock mass to determine the possible causes of its dangerous dynamic manifestations.

Известен стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород по патенту РФ №2364853, кл. G01N 3/10, опубл. 20.08.2009 г. Бюл. №23. Он содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатая образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, и источник давления, связанный с механизмами поджатая и сдвига. Стенд снабжен гидравлическими аккумуляторами энергии, выполненными в виде сосудов высокого давления и гидравлически связанными с механизмами поджатая и/или перемещения.A well-known stand for the study of energy exchange in a rock mass according to the patent of the Russian Federation No. 2364853, class. G01N 3/10, publ. 08/20/2009 Bul. Number 23. It contains a support frame, a grip for a sample and a grip for a counter sample, a hydraulic mechanism for reciprocating samples connected with a grip for a sample, a hydraulic mechanism for reciprocal movement of samples associated with a grip for a sample, and a pressure source associated with preload and shear mechanisms . The stand is equipped with hydraulic energy accumulators, made in the form of pressure vessels and hydraulically connected to the mechanisms of preloading and / or movement.

Общими признаками аналога с предлагаемым решением являются: опорная рама; размещенный в ней захват для образца; гидравлический механизм поджатая образца, связанный с захватом для образца, аккумулятор энергии, выполненный в виде сосуда высокого давления.Common features of the analogue with the proposed solution are: support frame; the sample holder located therein; the hydraulic mechanism of the compressed sample, associated with the capture for the sample, the energy accumulator, made in the form of a pressure vessel.

В этом стенде не предусмотрена возможность формирования сплошных трещин и создания условий для их взаимодействия с флюидом под давлением. Это ограничивает возможности стенда для исследования энергообмена между областью скопления флюидов под давлением и местом развития трещин, что снижает эффективность его использования.This stand does not provide for the possibility of the formation of continuous cracks and the creation of conditions for their interaction with the fluid under pressure. This limits the capabilities of the stand for studying energy exchange between the region of accumulation of fluids under pressure and the place of development of cracks, which reduces the efficiency of its use.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород по патенту РФ №2510002, кл. G01N 3/10, опубл. 20.03.2014 г., Бюл. №8. Он содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного смещения образцов, связанный с захватом для контробразца, аккумулятор энергии, связанный с гидравлическими механизмами и выполненный в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и гидравлический источник давления рабочей среды, соединенный с подпоршневой полостью аккумулятора. Стенд снабжен двумя пневматическими источниками давления рабочей среды, дополнительным аккумулятором энергии, выполненным в виде гидроцилиндра, поршня, размещенного в гидроцилиндре, и фиксатора положения поршня в гидроцилиндре, и дополнительным гидравлическим источником давления рабочей среды. Гидравлические источники давления рабочей среды соединены с подпоршневыми полостями соответствующих аккумуляторов, пневматические источники давления рабочей среды соединены с надпоршневыми полостями соответствующих аккумуляторов и каждый аккумулятор соединен с соответствующим гидравлическим механизмом.The closest in technical essence and the set of essential features is a stand for the study of energy exchange in a rock mass according to the patent of the Russian Federation No. 2510002, class. G01N 3/10, publ. 03/20/2014, bull. Number 8. It contains a support frame, a gripper for a sample and a gripper for a counter-sample placed in it, a hydraulic mechanism for reciprocal compression of the samples associated with a gripper for a sample, a hydraulic mechanism for mutual displacement of samples associated with a gripper for a counter-sample, an energy accumulator associated with hydraulic mechanisms and made in in the form of a hydraulic cylinder, a piston located in the hydraulic cylinder, a piston position lock in the hydraulic cylinder, and a hydraulic medium pressure source connected to the piston cavity a mutator. The stand is equipped with two pneumatic sources of working medium pressure, an additional energy accumulator made in the form of a hydraulic cylinder, a piston located in the hydraulic cylinder, and a piston position lock in the hydraulic cylinder, and an additional hydraulic working medium pressure source. Hydraulic sources of pressure of the working medium are connected to the sub-piston cavities of the respective accumulators, pneumatic sources of pressure of the working medium are connected to the supra-piston cavities of the corresponding accumulators, and each accumulator is connected to the corresponding hydraulic mechanism.

Общими признаками прототипа с предлагаемым решением являются: опорная рама; размещенный в ней захват для образца; гидравлический механизм поджатия образца, связанный с захватом для образца; аккумулятор энергии; пневматический источник давления, соединенный с полостью аккумулятора энергии.Common features of the prototype with the proposed solution are: support frame; the sample holder located therein; hydraulic mechanism for preloading the sample associated with the grip for the sample; energy accumulator; pneumatic pressure source connected to the cavity of the energy accumulator.

Этот стенд не снабжен средствами формирования в образце одиночной сплошной трещины с возможностью ее выхода в полость аккумулятора энергии. Поэтому изучение динамического роста трещины за счет возникновения в ее полости гидравлического удара, из-за разгона проникающей в нее жидкости энергией, накопленной аккумулятором, не представляется возможным. Все это ограничивает возможности стенда на исследование энергообмена в массиве горных пород при их хрупком разрушении, что обуславливает его относительно низкую эффективность.This stand is not equipped with means of forming a single continuous crack in the sample with the possibility of its exit into the cavity of the energy accumulator. Therefore, the study of the dynamic growth of a crack due to the occurrence of a hydraulic shock in its cavity, due to the acceleration of the liquid penetrating into it by the energy accumulated by the battery, is not possible. All this limits the capabilities of the stand for the study of energy exchange in a rock mass during brittle fracture, which leads to its relatively low efficiency.

Решаемая проблема заключается в повышении эффективности работы стенда за счет моделирования процессов до и после выхода на поверхность флюида, находящегося под высоким давлением, трещины, формируемой в хрупкой среде.The problem to be solved is to increase the bench operating efficiency by modeling processes before and after the surface of a fluid under high pressure entering a crack formed in a brittle environment.

Проблема решается тем, что в стенде для исследования энергообмена в массиве горных пород, содержащем опорную раму, размещенные в ней захват для образца, гидравлический механизм поджатия образца, связанный с захватом для образца, аккумулятор энергии, пневматический источник давления, соединенный с полостью аккумулятора, согласно техническому решению он снабжен механизмом формирования в образце сплошной трещины с возможностью ее выхода в полость аккумулятора энергии через его дно, выполненное в образце.The problem is solved by the fact that in the test bench for energy exchange in a rock mass containing a support frame, a grip for the sample placed in it, a hydraulic mechanism for compressing the sample associated with the grip for the sample, an energy accumulator, a pneumatic pressure source connected to the accumulator cavity, according to it is equipped with a technical mechanism for the formation of a continuous crack in the sample with the possibility of its exit into the cavity of the energy accumulator through its bottom made in the sample.

Одной из возможных причин, инициирующих динамические проявления породного массива, является выход растущей в нем трещины на поверхность флюида, находящегося под высоким давлением, например, на дно океана, в места скопления газа, нефти, воды, магмы. Обусловлено это тем, что образование трещины означает возникновение свободного пространства с нулевым давлением. Поэтому на границе флюида в момент выхода на него трещины возникает градиент давления, равный давлению флюида, которое может достигать ста (дно океана в Марианской впадине) и даже тысячи МПа (в глубине земной коры). При таких значениях градиента давления флюид проникает в трещину с огромной скоростью (подобно выстрелу водой из водомета) с возникновением после ее заполнения гидравлического (газового) удара, из-за чего дальнейший рост трещины протекает в динамическом режиме. Растущая трещина и поступающая в нее энергия из области нахождения флюида изменяют равновесное состояние породного массива, что при условии его критического напряженно-деформированного состояния может привести к масштабному динамическому процессу, воспринимаемому как выброс газа (в шахтах), горный удар или даже землетрясение. Выход трещины на дно океана растягивает время, в течение которого она остается открытой, за счет затраты времени на торможение жидкости, набравшей большую скорость (кинетическую энергию) при разгоне ее огромным градиентом давления и, таким образом, увеличивает объем проникающей под дно океана воды. Этот процесс проявляется как цунами, т.е. первоначальным оттоком воды от берега и последующим ее возвращением в виде волны с относительно высоким гребнем. Процессы, протекающие до и после взаимодействия флюида под высоким давлением и выходящей на него трещины, являются многопараметрическими с неопределенными связями между параметрами. Поэтому их изучение в настоящее время возможно лишь путем проведения экспериментов, например, физического моделирования, для чего необходим предлагаемый стенд.One of the possible reasons that initiate the dynamic manifestations of the rock mass is the exit of a crack growing in it to the surface of a fluid under high pressure, for example, to the bottom of the ocean, to places of accumulation of gas, oil, water, and magma. This is due to the fact that the formation of a crack means the appearance of free space with zero pressure. Therefore, at the moment a crack enters the fluid boundary, a pressure gradient arises equal to the fluid pressure, which can reach one hundred (the ocean floor in the Mariana Trench) and even thousands of MPa (deep in the earth's crust). At such values of the pressure gradient, the fluid penetrates the crack at a tremendous speed (like a shot from a water jet) with the occurrence of a hydraulic (gas) shock after it is filled, due to which the further growth of the crack proceeds in a dynamic mode. A growing crack and the energy that enters it from the fluid’s location changes the equilibrium state of the rock mass, which, given its critical stress-strain state, can lead to a large-scale dynamic process, perceived as a gas ejection (in mines), a rock shock or even an earthquake. The crack exit to the bottom of the ocean stretches the time during which it remains open, due to the time spent on braking the fluid, which has gained a high speed (kinetic energy) when it is accelerated by a huge pressure gradient and, thus, increases the volume of water penetrating under the bottom of the ocean. This process manifests itself as a tsunami, i.e. initial outflow of water from the coast and its subsequent return in the form of a wave with a relatively high crest. The processes that occur before and after the interaction of a fluid under high pressure and a crack emerging on it are multi-parameter with uncertain relationships between the parameters. Therefore, their study at present is possible only by conducting experiments, for example, physical modeling, which requires the proposed stand.

Снабжение стенда механизмом формирования в образце сплошной трещины с возможностью ее выхода в полость аккумулятора энергии через его дно, выполненное в образце, обеспечивает возможность моделирования процесса возникновения и роста в породном массиве естественной трещины и ее развития в направлении флюида, находящегося под высоким давлением. Для этого полость аккумулятора энергии предварительно заполняют флюидом и создают в нем давление. Отметим, что процесс возникновения и роста естественных трещин в породном массиве широко распространен и протекает при достижении напряжений в горной породе предела ее прочности. В результате, в сравнении с прототипом, за счет моделирования процессов до и после выхода на поверхность флюида, находящегося под высоким давлением, трещины, формируемой в хрупкой среде, повышается эффективность работы стенда.Providing the bench with the mechanism of formation of a continuous crack in the sample with the possibility of its exit into the cavity of the energy accumulator through its bottom, made in the sample, makes it possible to simulate the process of occurrence and growth of a natural crack in the rock mass and its development in the direction of the high-pressure fluid. For this, the cavity of the energy accumulator is pre-filled with fluid and pressure is created in it. Note that the process of occurrence and growth of natural cracks in the rock mass is widespread and proceeds when stresses in the rock reach its ultimate strength. As a result, in comparison with the prototype, by simulating the processes before and after the surface of a fluid under high pressure, a crack formed in a brittle environment, increases the efficiency of the stand.

Целесообразно указанный механизм формирования в образце сплошной трещины выполнить в виде болта, в котором просверлено сквозное продольное отверстие с резьбой, куда вкручен винт, а в свободной от винта части этого отверстия размещено пластичное вещество с высоким сопротивлением изменению формы. Это исключает необходимость использования относительно сложных силовых установок для разрушения твердых тел, так как позволяет максимально использовать известные технические решения по разрыву хрупких сред типа горных пород, что повышает эффективность работы стенда.It is advisable that the specified mechanism for the formation of a continuous crack in the sample be made in the form of a bolt in which a through longitudinal hole is drilled with a thread where the screw is screwed, and a plastic substance with a high resistance to shape change is placed in the part free of the screw from this hole. This eliminates the need to use relatively complex power plants for the destruction of solids, as it allows you to maximize the use of well-known technical solutions for breaking brittle media such as rocks, which increases the efficiency of the stand.

Сущность технического решения поясняется примером конструктивного исполнения стенда для исследования энергообмена в массиве горных пород и чертежом, на котором показана схема указанного стенда в вертикальном разрезе.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a structural design of a stand for studying energy exchange in a rock mass and a drawing, which shows a diagram of a specified stand in a vertical section.

Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца, гидравлический механизм поджатия образца, связанный с захватом для образца, аккумулятор энергии, пневматический источник давления, соединенный с полостью аккумулятора энергии, и механизм формирования в образце сплошной трещины с возможностью ее выхода в полость аккумулятора энергии через его дно, выполненное в образце. Стенд включает не показанный на чертеже широко известный одноосный пресс, выполняющий функции опорной рамы, захвата образца 1 и гидравлического механизма поджатия образца 1. При этом захват образца 1 состоит из верхней плиты 2 (далее - плита 2) и нижней плиты 3 (далее - плита 3) одноосного пресса. Аккумулятор энергии включает стакан 4 с радиальным отверстием 5 возле его дна и уплотнительными кольцами 6 (далее - кольца 6). Дно 7 аккумулятора энергии выполнено в образце 1, в котором формирована сплошная трещина 8 (далее - трещина 8) с возможностью ее выхода в полость указанного аккумулятора. Для подсоединения стакана 4 к пневматическому источнику давления (на чертеже не показан) в отверстии 5 установлен и закреплен штуцер 9 с накидной гайкой 10 и трубкой 11. Механизм формирования в образце 1 трещины 8 выполнен в виде болта 12, в котором просверлено сквозное продольное отверстие 13 (далее - отверстие 13) с резьбой (на чертеже не показана), куда вкручен винт 14, а в свободной от винта 14 части отверстия 13 размещено пластичное вещество 15 (далее -вещество 15) с высоким сопротивлением изменению формы. Винт 14 для удобства его вращения снабжен рукояткой 16. В образце 1 для установки указанного механизма формирования трещины 8 просверлено отверстие 17. Стенд снабжен плитой 18, контактирующей с поверхностью образца 1, противоположной плите 3 и имеющей центральное отверстие 19, через которое пропущен стакан 4. Между плитами 2 и 18 установлено разделительное кольцо 20 (далее - кольцо 20) с прорезью 21 на боковой поверхности для пропуска трубки 11. Для надежной герметизации аккумулятора энергии в образце 1 выполнено отверстие 22, в которое вставлен стакан 4 с кольцами 6, перекрывающими зазор между стаканом 4 и отверстием 22. Полость аккумулятора энергии, образованная стаканом 4 и образцом 1, заполнена флюидом - частично жидкостью 23, а выше жидкости 23 через трубку 11 - газом 24, находящимся под давлением. Стенд может быть снабжен видеокамерой 25 (для прозрачного образца 1). Направление поджатия образца 1 для создания в нем напряжения на чертеже показано стрелками.The bench comprises a support frame, a sample gripper placed therein, a hydraulic sample compression mechanism associated with the sample gripper, an energy accumulator, a pneumatic pressure source connected to the energy accumulator cavity, and a solid crack formation mechanism in the sample with the possibility of its exit into the accumulator cavity energy through its bottom made in the sample. The bench includes a well-known uniaxial press, not shown in the drawing, which functions as a support frame, gripper for sample 1 and a hydraulic mechanism for compressing sample 1. Moreover, gripping of sample 1 consists of an upper plate 2 (hereinafter referred to as plate 2) and a lower plate 3 (further referred to as plate 3) uniaxial press. The energy accumulator includes a cup 4 with a radial hole 5 near its bottom and O-rings 6 (hereinafter referred to as rings 6). The bottom 7 of the energy accumulator is made in sample 1, in which a continuous crack 8 is formed (hereinafter - crack 8) with the possibility of its exit into the cavity of the specified battery. To connect the nozzle 4 to a pneumatic pressure source (not shown) in the hole 5, a fitting 9 is installed and fixed with a union nut 10 and a pipe 11. The mechanism of formation in the sample 1 of the crack 8 is made in the form of a bolt 12, in which a through longitudinal hole 13 is drilled (hereinafter, hole 13) with a thread (not shown in the drawing), where screw 14 is screwed in, and plastic substance 15 (hereinafter referred to as substance 15) with high resistance to shape change is placed in the part of the hole 13 free from screw 14. The screw 14 is provided with a handle 16 for convenience of rotation. In the sample 1, a hole 17 is drilled for mounting the specified crack formation mechanism 8. The bench is equipped with a plate 18 in contact with the surface of the sample 1, opposite the plate 3 and having a central hole 19 through which the glass 4 is passed. Between the plates 2 and 18 there is a dividing ring 20 (hereinafter referred to as the ring 20) with a slot 21 on the side surface for the tube 11 to pass through. For reliable sealing of the energy accumulator, a hole 22 is made in the sample 1, into which the cup 4 s is inserted rings 6, covering the gap between the cup 4 and the hole 22. The cavity of the energy accumulator formed by the cup 4 and the sample 1 is filled with a fluid — partly a fluid 23, and above the fluid 23 through a tube 11 — a gas 24 under pressure. The stand can be equipped with a video camera 25 (for a transparent sample 1). The direction of preloading the sample 1 to create a voltage in it in the drawing is shown by arrows.

Работа стенда осуществляется следующим образом.The work of the stand is as follows.

На плиту 3 устанавливают образец 1, на противоположную от плиты 3 поверхность которого опускают плиту 18. Через отверстие 19 в плите 18 в отверстие 22 образца 1 вставляют стакан 4 со стороны колец 6. На плите 18 устанавливают кольцо 20 таким образом, чтобы через его прорезь 21 проходила трубка 11. На свободный от плиты 18 торец кольца 20 опускают плиту 2. В забое отверстия 17 создают трещину 8 известным способом. Затем в отверстии 17 устанавливают и закрепляют (например, с помощью клея или резьбового соединения) болт 12 с винтом 14 и веществом 15. К плитам 2 и 3 с помощью гидравлической системы пресса, частью которого они являются, прикладывают заданное сжимающее усилие. Через трубку 11 в аккумулятор энергии (полость, образованную стаканом 4 и образцом 1) вначале нагнетают жидкость 23 фиксированного объема, а затем газ 24, давление которого поднимают до заданного значения. Под действием давления газа 24 дно стакан 4 придавливается к плите 2, после чего объем аккумулятора энергии практически не изменяется. Затем вкручиванием винта 14 в болт 12 вытесняют вещество 15 в трещину 8, от чего она начинает расти (формироваться до нужных размеров). Размеры трещины 8 доводят до ее выхода на поверхность жидкости 23 (полость аккумулятора энергии). Жидкость 23 в момент выхода на нее трещины 8 выстреливается давлением газа 24 в трещину 8 с проявлением эффекта гидравлического удара, от чего дальнейшее развитие трещины 8 протекает в динамическом режиме вплоть до ее выхода на свободные (боковые) поверхности образца 1. Процесс взаимодействия жидкости 23 и газа 24 с трещиной 8 регистрируется известными техническими средствами, в частности, для прозрачных образцов 1 может сниматься на видеокамеру 25.A sample 1 is installed on the plate 3, on the opposite surface from the plate 3, the plate is lowered 18. Through the hole 19 in the plate 18, a glass 4 is inserted into the hole 22 of the sample 1 from the side of the rings 6. On the plate 18, the ring 20 is installed so that through its slot 21 the tube 11 passed. On the end of the ring 20 free from the plate 18, lower the plate 2. In the bottom hole 17 create a crack 8 in a known manner. Then, a bolt 12 with a screw 14 and a substance 15 is installed and secured (for example, with glue or a threaded connection) in the hole 17 to the plates 2 and 3 using the hydraulic system of the press of which they are a part, apply a predetermined compressive force. Through the tube 11 into the energy accumulator (the cavity formed by the cup 4 and the sample 1), a liquid 23 of a fixed volume is first pumped, and then a gas 24, the pressure of which is raised to a predetermined value. Under the influence of gas pressure 24, the bottom of the glass 4 is pressed against the stove 2, after which the volume of the energy accumulator is practically unchanged. Then, by screwing the screw 14 into the bolt 12, the substance 15 is displaced into the crack 8, from which it begins to grow (form to the desired size). The size of the crack 8 is adjusted to its exit to the surface of the liquid 23 (cavity of the energy accumulator). The liquid 23 at the moment of the crack 8 entering it is shot by the gas pressure 24 into the crack 8 with the manifestation of the water hammer effect, from which the further development of the crack 8 proceeds in a dynamic mode until it reaches the free (side) surfaces of the sample 1. The process of interaction of the liquid 23 and gas 24 with a crack 8 is recorded by known technical means, in particular, for transparent samples 1 can be recorded on a video camera 25.

Представленный на чертеже стенд обеспечивает использование стандартных серийно выпускаемых изделий без изменения конструкций составляющих их узлов. Например, чтобы установить в нем стакан 4, благодаря плите 18 и кольцу 20, не требуется изменять плиту 2 пресса, что позволяет после проведения на стенде экспериментов использовать пресс для решения других задач. Для подачи жидкости 23 практически можно использовать любой насос для перекачки ее из одной емкости в другую. При этом объем подаваемой жидкости 23 можно определять по уменьшению ее объема в откачиваемой емкости. Подачу газа 24 предполагается осуществлять подсоединением к трубке 11 баллона с воздухом или гелием под большим давлением и установленными на нем вентилем и манометром. При этом давление газа 24 можно регулировать вентилем по манометру.Presented on the drawing stand provides the use of standard mass-produced products without changing the designs of their constituent nodes. For example, in order to install glass 4 in it, thanks to plate 18 and ring 20, it is not necessary to change press plate 2, which makes it possible to use the press to solve other problems after conducting experiments at the test bench. To supply fluid 23, practically any pump can be used to transfer it from one tank to another. In this case, the volume of the supplied liquid 23 can be determined by the decrease in its volume in the pumped capacity. The gas supply 24 is supposed to be carried out by connecting to the tube 11 a cylinder with air or helium under high pressure and a valve and pressure gauge mounted on it. In this case, the gas pressure 24 can be regulated by a valve according to a manometer.

Формирование в образце 1 сплошной трещины 8 предполагается осуществлять с использованием известных принципов и средств разрушения горных пород неньютоновскими жидкостями. Вместе с этим, в отличие от прототипа, формирование трещины 8 осуществляют веществом 15, которое может изменять свою форму без внутренней дезинтеграции (образования трещин внутри) только при необычно высоких усилиях его деформирования, например, свинцом. Вещество 15 с таким свойством стремится не столько проникнуть в трещину 8, сколько раздвинуть ее поверхности для образования пространства, в котором оно может разместиться с наименьшей затратой энергии на изменение своей формы, т.е. проявляет свойство клина. Однако, в отличие от традиционного клина, вещество 15 относительно легко может деформировать свою поверхность под контактирующую с ним поверхность горной породы. Поэтому на его контакте с поверхностью трещины 8 напряжений, способных привести к дополнительным разрывам горной породы с произвольной ориентацией, не возникает. В результате развивается только одна трещина 8, без существенного заполнения ее веществом 15, что создает условие для разгона в ней жидкости 23, а после полного ее заполнения жидкостью 23 - условие возникновения гидравлического удара.The formation of a continuous crack 8 in sample 1 is supposed to be carried out using known principles and means of rock destruction by non-Newtonian fluids. Along with this, unlike the prototype, the formation of cracks 8 is carried out by the substance 15, which can change its shape without internal disintegration (formation of cracks inside) only with unusually high efforts of its deformation, for example, lead. A substance 15 with this property tends not so much to penetrate the crack 8 as to expand its surface to form a space in which it can be placed with the least energy consumption for changing its shape, i.e. exhibits a wedge property. However, unlike a traditional wedge, substance 15 can relatively easily deform its surface under the rock surface in contact with it. Therefore, at its contact with the surface of the crack 8 stresses that can lead to additional rock breaks with an arbitrary orientation do not occur. As a result, only one crack 8 develops, without substantially filling it with substance 15, which creates a condition for the liquid 23 to disperse in it, and after it is completely filled with liquid 23, the condition for the occurrence of a hydraulic shock is created.

Причиной возможных динамических проявлений в породном массиве при выходе растущей в нем трещины 8 на поверхность флюида, находящегося под высоким давлением, является также перетекание вместе с флюидом энергии в область нахождения трещины 8, обуславливающей разрушение горной породы растягивающими усилиями, т.е. с минимальной затратой энергий. Это подтверждается экспериментально и тем, что прочность большинства горных пород на растяжение примерно в десять раз меньше их прочности на сжатие. Согласно известным результатам исследований хрупкого разрушения растущая трещина 8 при наличии источника, поддерживающего в ней давление, развивается лавинообразно.The reason for the possible dynamic manifestations in the rock mass when a crack 8 grows on it to the surface of a fluid under high pressure is also the energy flowing along with the fluid into the region of the crack 8, which causes rock destruction by tensile forces, i.e. with a minimum expenditure of energy. This is confirmed experimentally by the fact that the tensile strength of most rocks is about ten times less than their compressive strength. According to the known results of brittle fracture studies, a growing crack 8, in the presence of a source supporting pressure in it, develops in an avalanche-like manner.

Регистрацию всех величин, измеряемых в ходе проведения экспериментов на стенде, предполагается осуществлять известными и доступными средствами. На чертеже они не показаны из-за большого количества и использования в различных сочетаниях в зависимости от свойств образцов, условий проведения исследований и решаемых задач.Registration of all quantities measured during the experiments at the stand is supposed to be carried out by known and accessible means. They are not shown in the drawing due to the large number and use in various combinations, depending on the properties of the samples, the conditions of the research, and the tasks to be solved.

Стенд позволяет проводить исследования энергообмена, способного инициировать в породном массиве опасные динамические явления при взаимодействии флюидов, находящихся под высоким давлением, и выходящих на них трещин 8. Результаты исследований предполагается использовать для совершенствования методик прогноза динамических проявлений породных массивов, например, выбросов газа (в шахтах), горных ударов, землетрясений, цунами, а также для создания способов перераспределения в них напряжений и разработки нетрадиционных технологий добычи полезных ископаемых без строительства шахт и рудников.The stand allows studies of energy exchange that can initiate dangerous dynamic phenomena in a rock mass due to the interaction of fluids under high pressure and cracks emerging on them 8. The results of the studies are supposed to be used to improve methods for predicting the dynamic manifestations of rock masses, for example, gas emissions (in mines ), mountain impacts, earthquakes, tsunamis, as well as to create ways to redistribute stresses in them and develop unconventional mining technologies mineral resources without the construction of mines and mines.

Claims

1. The bench for the study of energy transfer in a rock mass, containing a support frame, a grip for a sample placed in it, a hydraulic mechanism for compressing the sample associated with the grip for the sample, an energy accumulator, a pneumatic pressure source connected to the cavity of the energy accumulator, characterized in that it is equipped with a mechanism for the formation of a continuous crack in the sample with the possibility of its exit into the cavity of the energy accumulator through its bottom, made in the sample.

2. The stand according to claim 1, characterized in that the said mechanism of formation of a continuous crack in the sample is made in the form of a bolt, in which a through longitudinal hole is drilled with a thread where the screw is screwed, and a plastic substance with a high resistance to change of shape.