SU1086160A1

SU1086160A1 - Способ определени напр женного состо ни массива горных пород

Info

Publication number: SU1086160A1
Application number: SU823517642A
Authority: SU
Inventors: Валерий Сергеевич Ямщиков; Владимир Лазаревич Шкуратник; Владимир Мстиславович Фарафонов; Константин Генрихович Лыков; Борис Федорович Муравлев
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт
Priority date: 1982-10-22
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1984-04-15

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на изменении напр женного состо ни образцов горных пород путем механического нагружени и регистрации импульсов электромагнитной эмиссии в процессе нагружени , отличающийс тем, что, с целью повышени точности и информативности измерени , механическое нагружение образцов осуществл ют с посто нной скоростью, измер ют амплитуду импульсов электромагнитной эмиссии , определ ют их среднюю амплитуду, регистрируют момент по влени импульса, амплитуда которого более чем на пор док превышает среднюю амплитуду импульсов электромагнитной э.миссии, и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, суд т о величине напр женного состо ни массива roptibix пород. S

Description

Изобретение относитс к горному делу и предназначено дл контрол напр женного состо ни массива горных пород.

Известен способ определени напр женного состо ни массива горных пород, включающий отбор образцов, их механическое нагружение с посто нной скоростью, регистрацию и анализ изменени физико-механических характеристик образцов в процессе нагружени 1.

В указанном способе о величине действующих в массиве напр жений суд т по нагрузке , соответствующей моменту скачкообразного увеличени градиента интенсивности акустической эмиссии.

Недостатком известного способа вл етс его сложность, св занна с необходимостью создани и поддержани акустического контакта между образцом и преобразователем в процессе измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс способ определени напр женного состо ни массива горных пород, включающий отбор образцов, их механическое нагружение с посто нной скоростью и регистрацию амплитуды импульсов электромагнитной эмиссии образца, в процессе нагружени 2.

Однако известный способ обладает малой информативностью, поскольку не позвол ет определить абсолютное значение действующих в массиве напр жений.

Целью изобретени вл етс повышение точности и объема информации о действующих в массиве напр жени х за счет определени их абсолютных значений.

Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу определени напр женного состо ни массива горных пород, основанному на изменении напр женного состо ни образцов горных пород путем механического нагружени и регистрации импульсов электромагнитной эмиссии в процессе нагру жени , механическое нагружение образцов осуществл ют с посто нной скоростью, измер ют амплитуду импульсов электромагнит ной эмиссии, определ ют их среднюю ампли туду, регистрируют момент по влени импульса , амплитуда которого более чем на пор док превыщает среднюю амплитуду импульсов электромагнитной эмиссии, и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, суд т о величине напр женного состо ни массива горных пород.

Физические предпосылки изобретени заключаютс в следующем.

Горнь1е породы-диэлектрики, минералы которых имеют кристаллическую структуру, обладают объемной пол ризацией, котора св зана с генезисом пород и активной де тельностью человека, и объ сн етс наличием зар женных дефектов в структуре кристаллической рещетки. Нагружение таких пород сопровождаетс электромагнитной эмиссией, в виде коротких высокочастотных импульсов, возникающих, например, в результате движени под действием нагрузки и выхода на поверхности трещин зар женных дефектов, и в первую очередь, дислокаций . Движение дислокаций в горных породах затруднено наличием других дефектов- винтовых дислокаций, вакансий и междуузельных ионов, концентраци которых зависит от термодинамического состо ни , в котором наход тс горные породы в массиве , в частности от их напр женно-деформированного состо ни .

При неизменных услови х больша часть дислокаций обволакиваетс облаками точечных дефектов, которые тормоз т движение дислокаций и закрепл ют их в кристаллической решетке. Таким образом, количество закрепленных дислокаций в горных породах зависит от давлени 1 , которому подвергаютс горные породы в массиве.

В процессе нагружени образца горной породы, отобранного из области массива, в которой действует давление 1 , при достижении нагрузки происходит отрыв ранее св занных дислокаций от окружающих их облаков и движение этих дислокаций к поверхности трещин. Поскольку оторванные дислокации вл ютс носител ми зар дов, то их движение и выход на поверхность трещин или на границу зерен сопровождаетс электромагнитным импульсом значительной амплитуды.

Таким образом, обнаруженные закономерности изменени амплитуды импульсов электромагнитной эмиссии образцов горных пород при их нагружении позвол ют определ ть величину действовавщих в массиве напр жений .

На фиг. 1 представлена одна из возможных схем реализации способа, на фиг. 2 - зависимости изменени амплитуды импульсов электромагнитной эмиссии от величины давлени на образец.

Способ осуществл етс следующим образом .

Образец горной породы 1, извлеченный из массива, помещают между плитами пресса 2. Затем образец сжимают при посто нной скорости нагружени , уровень которого измер ют динамометром 3. Возникающие при этом импульсы электромагнитной эмиссии принимают ферритовой антенной 4, размешенной вблизи образца, усиливают усилителем 5 и подают на вход детектора 6. Сигнал с детектора, пропорциональный амплитуде импульсов электромагнитной эмиссии , регистрируют совместно с показани ми динамометра 3 при помощи двухкоординатного самописца 7. Дл уменьщени вли ни электромагнитных помех образец и антенну помещают в экран 8.

На фиг. 2 показано характерное изменение амплитуды импульсов электромагнитной эмиссии образца 1 при возрастании давлени Р. Линейное увеличение давлени Р до значени , PI 150 кг/см , соответствующего давлению, действовавщему на образец

в массиве, не приводит к по влению импульсов значительной амплитуды.

Средн амплитуда импульсов электромагнитного фона в процессе нагружени используетс при сравнении с величиной отдельных импульсов электромагнитной эмиссии . При достижении давлением, создаваемым прессом, уровн Р наблюдаетс импульс электромагнитной эмиссии величиной более, чем на пор док превышающей среднюю амплитуду импульсов электромагнитного фона.

Провод т эксперименты на образцах различных горных пород (мраморах, известн ках , сол ных горных породах и др.). Образцы в виде кубиков размерами 50х х50х50 мм выдерживают в течение нескольких часов под нагрузкой Р„, а затем разгружают . Далее образцы вновь подвергают линейно возрастающему нагружению с одновременной регистрацией амплитуды импульсов электромагнитной эмиссии. В процессе нагружени регистрируют электромагнитный фон помех и определ ют среднюю амплитуду импульсов фона. Эксперименты показывают , что при достижении давлени на образец , равного РН наблюдаетс импульс электромагнитной эмиссии на пор док и более превосход щий среднюю амплитуду импульсов фона. Исследовани показывают что пам ть «горных породно воздействовавщих на них нагрузках сохран етс в течение нескольких (3-5) ч после извлечени из массива (сн тие нагрузки).

По сравнению со способом-прототипом предлагаемый способ позвол ет повысить объем информации о действующих в массиве напр жени х за счет определени их абсолютных значений.

Предлагаемый способ реализуетс с помощью серийно выпускаемой аппаратуры и по сравнению с базовым объектом - способом определени величины напр жени в массиве горных пород (за который прин т способ разгрузки керна с центральной скважиной ) позвол ет получить расчетный годовой экономический эффект 10,25 тыс. руб.

Р,кг/см

Claims

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА

ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и регистрации импульсов электромагнитной эмиссии в процессе нагружения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности измерения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, измеряют амплитуду импульсов электромагнитной эмиссии, определяют их среднюю амплитуду, регистрируют момент появления импульса, амплитуда которого более чем на порядок превышает среднюю амплитуду импульсов электромагнитной эмиссии, и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.

>