SU1677304A1

SU1677304A1 - Способ определени напр женного состо ни горного массива

Info

Publication number: SU1677304A1
Application number: SU884612316A
Authority: SU
Inventors: Готфрид Янович Новик; Николай Николаевич Хелмицкий; Галина Михайловна Диашова; Игорь Юрьевич Буров
Original assignee: Московский Горный Институт
Priority date: 1988-12-02
Filing date: 1988-12-02
Publication date: 1991-09-15

Abstract

Изобретение относитс к горной промышленности и предназначено дл контрол напр женного состо ни горного массива . Цель изобретени - повышение точности определени напр женного состо ни участка массива горных пород. Дл оценки напр женного состо ни горного массива бур т скважину в исследуемом массиве и измер ют его электрические характеристики . Затем определ ют коэффициенты пол ризуемости образцов горных пород в ненагруженном и нагруженном состо ни х и коэффициент пол ризуемости исследуемого участка массива. По относительному изменению коэффициента пол ризуемости массива по сравнению с ненагруженным образцом по тарировочной кривой определ ют степень напр женного состо ни горного массива. 2 ил., 2 табл.

Description

сл С

Изобретение относитс к горной промышленности и предназначено дл контрол напр женного состо ни горного массива.

Целью изобретени вл етс повышение точности определени напр женного состо ни участка массива горных пород.

На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - зави- симость относительного изменени коэффициентов пол ризуемости от степени напр женного состо ни образцов и массива горных пород.

Способ определени напр женного состо ни горного массива осу ществ л ют следующим образом.

В контролируемом участке массива 1 (фиг.1) посредством электродов 2 и 3, подключенных к источнику 4 посто нного электрического тока, навод т посто нное электрическое поле.

Под воздействием электрического пол в горной породе происходит ее электрохимическа пол ризаци за счет окислительно-восстановительных процессов между минералами с электронной проводимостью и соприкасающимис с ними растворами солей (пластовыми водами), что приводит к деформации двойного электрического сло на границе элементарна частица - порова влага, величина которой характеризуетс коэффициентом пол ризуемости. При воздействии на горную породу механических нагрузок происходит ее деформаци , т е. изменение рассто ни между элементарными частицами горной породы, что вызывает дополнительное деформирование двойного электрического сло и, следовательно, увеличение значени коэффициента псл риО

VI XI СО О

4

зуемости. Величину коэффициента пол ризуемости горной породы в ее естественном нагруженном состо нии фиксируют с помощью измерительного прибора 5 и сравнивают с коэффициентом пол ризуемости, измеренным на ненагруженном образце данной горной породы при тех же параметрах электрического пол , что и при измерени х в массиве. Зависимость значени коэффициента пол ризуемости горной породы от величины механической нагрузки установлена в процессе экспериментальных исследований. Коэффициент пол ризуемости горных пород определ ют различными методами, например методом измерени электрического сопротивлени посредством измерительного прибора 5. Электрическое сопротивление RI исследуемой горной породы измер ют на заданной глубине в момент наведени электрического пол и Rr- через заданный промежуток времени т. Аналогично определ ют электрическое сопротивление RJH ненагруженной породы, представл ющей собой образец, вз тый непосредственно из участка исследуемого массива. При этом обеспечиваетс одинаковость напр женности посто нного электрического пол при измерении в массиве и на образцах. По измеренным значени м электрических сопротивлений определ ют коэффициенты пол ризуемости нагруженного массива г и ненагруженной породы по формулам

,-Rf-fr.

R-T

Г)о

Rr Rl

.Ј.

R

Степень нагруженное™ горного массива сг оцениваетс отношением г/е К /,. некоторой функцией (7 f (ffc /T/o) котора количественно определ етс экспериментально дл каждой конкретной горной породы в лабораторных услови х. Дл этого образец горной породы, вз тый из участка исследуемого массива, помещают в испытательную машину (пресс), предварительно приклеив на торцовых поверхност х образца измерительные электроды. Образец с приклеенными электродами изолируют от корпуса испытательной машины с помощью изолирующих прокладок. Установив образец , включают источник посто нного электрического тока с учетом идентичности электрического пол при измерени х в массиве и на образцах. Замер ют величину элек- тросопротивлени образца в момент

/

наведени электрического пол RI и R у через определенный промежуток времени г (например, т 5. 10, 15, 30, 60, 120с и г.д ) до заметной стабилизации значений

R . Ступенчато нагружают образец с шагом в 10 Па. На каждой ступени нагружени производ т полный цикл измерений, как и на ненагруженном образце. Нагружение образцов производ т вплоть до их разрушени . Дл каждого цикла измерений рассчитывают коэффициент пол ризуемости породы, а затем и относительное его изменение по сравнению с ненагруженным образцом. Стро т тарировочный график изменени коэффициентов пол ризуемости данной горной породы от степени напр женного состо ни горной породы (7в зависимости от времени т (фиг.2). Использу этот график, можно, зна тип горной породы, а значит, и величину TJO и определ исспедуемом горном массиве , получать значение степени нагруженно- сти данного участка горного массива, Данным тарировочным графиком можно

пользоватьс многократно дл изучени процесса изменени напр женного состо ни горного массива во времени и в процессе ведени горных работ, что значительно ускор ет последующие определени напр жений при сохранении достаточной точности измерений,

П р и м е р. На руднике № 1 способ использован дл измерени степени напр женного состо ни горного массива вблизи

очистного забо . Дл проверки достоверности полученных в массиве данных эти же параметры были определены стандартным методом разгрузки с использованием аппаратуры УК - Тензор.

Работу проводили в следующем пор дке: бурили куст из трех горизонтальных параллельных скважин диаметром 42 м так, чтобы линии, соедин ющие оси скважин, составл ли пр моугольный равнобедренный

треугольник. При этом одна из скважин вл лась центральной (скв, 1), а две другие располагали соответственно на рассто нии 0,8 м выше от центральной (скв 2) и в сторону от нее (скв. 3). Така система скважин

0 позвол ет измер ть горизонтальные и вертикальные составл ющие напр жений, действующих в массиве.

Из кернов, полученных при бурении 5 скважин, изготавливали цилиндрические образцы длиной 10-15 см дл лабораторного определени зависимости коэффициента пол ризуемости от действи механических напр жений. Образцы помещали между измерительными электродами, представл ющими собой медные пластины, которые устанавливали на торцах образцов, при этом направление тока совпадало с направлением действующих при испытании напр жений . Затем образец с электродами устанавливали в испытательную (пресс марки МС-1000) машину, изолиру его от корпуса с помощью последовательно уложенных прокладок из резины и текстолита . После этого его ступенчато нагружали вплоть до разрушени , и на каждой ступени определ ли R0 и , по которым рассчитывали 7/, при различном времени пропускани тока через образец.

Результаты измерений, а также данные расчетов дл составлени тарировочного графика представлены в табл. 1.

По полученным расчетным данным строили тарировочный график относительного изменени коэффициента пол ризуемости породы в зависимости от степени нагруженности образца (фиг.2). Дл того, чтобы данным тарировочным графиком было удобнее пользоватьс при натурных измерени х степени напр женного состо ни горных пород в массиве, при построении графика на оси ординат откладывали величины действующих напр жений, а на оси абсцисс - зависимую величину относительного изменени коэффициента пол ризуемости . Полученный график позвол ет, определ коэффициент пол ризуемости участка горного массива, судить о степени его напр женного состо ни .

В массиве значени коэффициентов пол ризуемости определ ли на различных глубинах с помощью скважинных щеточных электродов. Измерени проводили на поверхности выработки (глубина 0,2 м), а также на глубинах 1,2 и 2,2 м от контура выработки. Щеточные электроды устанавливали в параллельных скважинах на требуемой глубине, при этом обеспечивалось точное противосто ние электродов, т.е. вектор направлени тока при измерени х был перпендикул рен оси скважин. Определ ли в каждой точке электрическое сопротивление между скважинами в момент наведени электрического пол R и сопротивление R, через промежутки времени т.

Результаты измерений представлены в табл.2.

По данным измерений рассчитывали значени коэффициентов пол ризуемости в каждой исследуемой точке массива по формуле Rr-Rj

м - -, /

R.r

где электрическое сопротивление участка массива в момент наведени посто нного электрического пол ;

Ri - электрическое сопротивление че- рез врем г, когда сопротивление еще продолжает измен тьс .

В данном случае получилось, что электросопротивление после наведени посто нного электрического пол увеличивалось пропорционально времени в течение 30 - 60 с, а затем изменени сопротивлени стали незначительными. Поэтому дл расчета т/ -выбраны значени Rt через 30 с после наведени электрического пол .

Расчетные значени tj,7 следующие: Скважины 1-2:

1 0,2м; %; | 1,2м; ц, 26 %; 2,2м; ft 32%.

Скважины 1 - 3:

| 0,2 м; /.. 37 %;

1 1,2м; 1 2,2м;

Учитыва , что величина /о дл ненаг- руженного образца при г 30 с равна 19%, получили следующие величины отношени ) .

Скважины 1 - 2:

0,2м; 7/7/7/0 1,11;

1,2м; /./т/с, 1,36;

2,2м; ,68. Скважины 1 - 3

0,2 м; T/iVT/o 1,04;

1.2м; т/у/т/о 1,47;

2,2м; 7Ј/7/о 1,58. По полученным данным

/г, с учетом , что г 30 с, на тарировочном графике находили значени компонентов действующих в исследуемых участках горного массива напр жений: горизонтальную составл ющую ох и вертикальную составл ющую оу.

Получены следующие значени характеристик напр женного состо ни :

На контуре выработки ах 3,0 МПа; оу 6,6 МПа;

На глубине 1,2мох 3,8 МПа; сту 4,6 МПа;

На глубине 2,2м ах 6,4 МПа; оу 6,0 МПа.

Дл проверки достоверности полученных в массиве данных эти же параметры были определены (в этих же скважинах) стандартным методом разгрузки с использованием аппаратуры УК - Тензор.

При сравнении результатов проведен- 1ых экспериментов разница в определении соответствующих параметров массива данным и стандартным методами не превысила 10-15%, что вполне допустимо дл натурных исследований.

Claims

Формула изобретени

Способ определени напр женного состо ни горного массива, включающий буИсследуемый участок

Скважины 1-2

0

рение скважины в исследуемом массиве и измерение его электрических характеристик , отличающийс тем, что, с целью повышени точности определени напр женного состо ни , определ ют коэффициенты пол ризуемости образцов горных пород в ненагруженном и нагруженном состо ни х , затем определ ют коэффициент пол ризуемости исследуемого участка массива и по относительному изменению коэффициента пол ризуемости массива по сравнению с ненагруженным образцом по тарировочной кривой определ ют степень напр женного состо ни горного массива.

Т а б л и ц а 1

Скв ажины 1 -3

фиг. i

/,