SU877003A1 - Способ определени напр женного состо ни массива горных пород - Google Patents

Description

Изобретение относится к способам определения напряженного состояния массива горных пород, а также других объектов, находящихся в условиях, одноосного напряженного состояния, и может быть использовано в горном деле для определения устойчивости горных выработок.

Известны звукометрические способы определения напряженного состояния горных пород, в которых используются эффекты связи параметров акустической эмиссии с напряжениями и деформациями в горных породах [1]. ,

Недостатками способов являются трудности локализации разрушающихсяучастков, а также низкая надежность измерений из-за влияния внешних акустических шумов.

Известен также способ определения напряженного состояния массива горных пород путем измерения продольных деформаций скважины, пройденной в исследуемом массиве 12].

Недостатком данного способа является невысокая точность измерений напряжений вследствие произвольного бурения измерительной скважины относительно направлений главных напряжений в исследуемом массиве.

Цель изобретения - повышение точности определения одноосного напряженного состояния массива пород.

Поставленная цель достигается тем, что скважину проходят под углом arcctg к направлению главного напряжения, где /1 - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и.по появлению продольной Ю деформации скважины фиксируют на- , чальное состояние,массива в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций, после чего, измеряя продольные деформа15 ции скважины и сравнивая их с наперед установленной предельной деформацией, судят о напряженном состоянии массива горных пород.

На фиг. 1 показана диаграмма.на20 пряжение - деформация скважины, пройденной в исследуемом массиве под углом arcctg -ήΰ к направлению главного напряжения? на фиг.2 - схема выбора угла arc ctg-v^Sf ; на фиг. 25 з - схема реализации способа.

Диаграмма напряжение - деформация устанавливает функциональную связь 1 между продольными деформация—· ми скважины пройденной под углом arcctg. /л к направлению глав3 ного напряжения, и*.напряжением 6 . На диаграмме отложены характерные точки: предел упругости горных пород Gyn, предел прочности горных пород (>ήρ и соответствующая этому пределу, ^наперед установленная предельная деформация скважины Д^Спр . '

Из анализа диаграммы видно-, что скважина.пройденная под углом arcctg -тф к оси нагружения, поставлена в такой режим деформирования, при кбтором до достижения предела упругости (эЧбур скважина вообще не испытывает продольных, деформаций (дСК-ВгО) , а после превышения предела упругости СГ 7 (Туп продольные деформации скважины становятся отличными от нуля (Д^ск®скв 0) .

Следовательно, возможность не производя разгрузки скважины, пройденной под углом ,arcctg Ytl к направлению главного напряжения, по появлению в ней продольных деформаций зафиксировать начальное состояние массива пород в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций. После этого, измеряя продольные деформаций скважины И сравнивая их с наперед установленной предельной деформацией Δ п*р^В г определяют напряженное состояние массива пород с большей точностью чем если бы начальное напряженное состояние не было известно.

На фиг. 2 показаны массив 2 горных пород (плоский разрез), направление 3 главного напряжения, скважина 4; пройденная под произвольным углом о£ ^к направлению главного напряжения при одноосном напряженном состоянии, характеризуемом параметрами G , , где О'- напряжение, действующее в массиве; (ц - поперечная компонента деформирования массива; осевая компонента деформирования массива.

Скважина, пройденная под угломсб, на произвольной базе имеет длину г_о = Ί* Уо' ^где Уо ~ осевая проекция базового отрезка на направление оси нагружения, совпадающей с у; х₀ “ поперечная проекция базового отрезка^ OR.

После действия пригрузки δ б^- например, вследствие ведения горных работ, скважина занимает позицию 5, .а точки О и R - положения Of и R^ соответственно. При этом отрезок ^:О» R 4 имеет длину г₀ 4- А г, а проекции этого отрезка на оси координат /х_о + ДХ/ и /у_о - ду/ .·.

Анализ показывает, что приращений Дг, Ах, -ду связаны между собой : соотношением ^ir ’^го.(17?

В упругой области деформаций массива при одноосном напряженном состоянии и приращения компоненты деформирования массива связаны с компонентами деформирования скважины соотношениями

К1-1 причем

А где - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива.

Поэтому относительная продольная деформация скважины равна

СКВ

Приравнивая Δ нулю, получают уравнение, которое имеет решение относительно угла с/.

Таким образом, существуют углы 'проходки скважины, для которых даже при ⁰ Д° те* пор, пока.массив работает в упругой области деформаций, величина продольной деформации скважины Д^с,<в равняется нулю.

Значения этих углов находятся из решения уравнения ctg^ai =/( и они равны _t __ dp- arcctg , ΰί^ = ТГ- arcctg

Если не конкретизировать выбор направлений отсчета угла (по часовой стрелке или против нее), то второе решение можно отбросить.

Предлагаемый способ реализуется в схеме продольного деформометра (фиг. 3).

Схема содержит скважину 6, которую проходят в массиве 2 под углом = = arcctg к оси 3 нагружения. В скважине установлены элементы 7-11 продольного деформометра. Штанга 7 с одной стороны жестко связана с верхним репером 8, ас другой - с подвижным, штоком 9 радиодатчика 10, жестко связанного с нижний, репером 11.Кроме того,·схема содержит антенну радиодатчика, беспроводную линию связи, и пункт 14 сбора информа- · . ции.

Схема работает следующим образом.

Пока массив 2 находится в области упругих деформаций, продольные деформации скважины отсутствуют и расстояние между реперами 8 и 11 не изменяется. Радиодатчик 10 поставлен в ждущий режим, т.е. выключен. По появлению продольных деформаций скважины А^скв радиодатчик 10 автоматически включается. Эта информация по беспроводной линии 13 связи поступает на пункт 14 сбора информации, где фиксируется начальное состояние массива пород в момент перехода горных пород из упругой области деформаций в неупругую. После этого измеряют радиодатчиком 10 продольные деформации скважины , сравнивают их с наперед установленной предельной деформацией и по разнице этих деформаций судят о напряженном состоянии массива горных пород.

Claims (2)

1. ного напр жени , и.напр жением G . На диаграмме отложены характерные точки: предел упругости горных поро GVM г предел прочности горных пород : (jf,p. и соответствующа  этому пределу :наперед установленна  даедельна  деформаци  скважины Из анализа диаграммы видно что скважина.пройденна  под углом arcctg. -if/A к оси нагружени , поста лена в такой режим деформировани , при кбтором до достижени  предела упругости ( скважина вообще не испытывает: продольных, деформаций (дСк-ВзгО) , а после превышени  предела упругости СГ С5уп продольные деформации скважины станов тс  отличными от нул  ( 0) . Следовательно, возможность не производ  разгрузки скважины, пройденной под углом iarcctg ifju к направлению главного напр жени , по по влению в ней продольных деформаций зафиксировать начальное состо н массива пород в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций. После этого, измер   продольные деформаций скважины и сравнива  их с наперед установленной предельной деформацией , определ ют напр женное состо  ние массива пород с большей точност чем если бы начальное напр женное состо ние не было известно. На фиг. 2 показаны массив 2 горных пород (плоский разрез), направление 3 главного напр жени , сква-. жина 4, пройденна  под произвольным углом oi к направлению главного напр жени  при одноосном напр женном состо нии, характеризуемом параметр ми СЗ , g , |, , где 6- напр жение , действующее в массиве; с - по перечна  компонента деформировани  массива; осева  компонента деформировани  массива. Скважина, пройденна  под угломр на произвольной базе имеет длину То /Х У, где УО - осева  проекци  базового отрезка на направление оси нагружени , совпадающей с У; Хо поперечна  проекци  базо . вого отрезка OR. После действи  пригрузкидб ,например , вследствие ведени  горных работ, скважина занимает позицию 5 , а точки О и R - положени  0 и Н соответственно. При этом отрезок О. R. имеет Длину Го А г, а проекци этого отрезка на оси координат /Хо + и /Уо - ду/.. Анализ показывает, что приращен АГ, Дх, -лу св заны между собой ; соотношением ,(1111. К4. в упругой области деформаций массива при одноосном напр женном состо нии и приращени  компоненты еформировани  массива св заны с омпонентами деформировани  скважины оотношени ми « -| | |-Ч-/Ш причем t g /1 - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива. Поэтому относительна  продольна  деформаци  скважины равна --(6j(siKiV- co5 a(j. чскв М1.Приравнива  Д нулю, получают уравнение , которое имеет решение относительно угла oi-, Таким образом, существуют углы проходки скважины, дл  которых даже при дб О до тех пор, пока массив работает в упругой области деформаций , величина продольной деформации скважины дСКВ равн етс  нулю. Значени  этих углов наход тс  из решени  уравнени  и они равны I oL/j- arcctg-V/ , 0 Т- агссЪд-1Й Если не конкретизировать выбор направлений отсчета угла (по часовой стрелке или против нее), то второе решение можно отбросить. Предлагаемый способ реализуетс  в схеме продольного деформометра (фиг. 3). . Схема содержит скважину б, которую проход т в массиве 2 под угломО - arcctg {JJi к оси 3 нагружени . В скважине установлены элементы 7-11 продольного деформометра. Штанга 7 с одной стороны жестко св зана с верхним репером 8, ас другой - с подвижным, штоком 9 радиодатчика 10, жестко св занного с нижний, репером 11.Кроме того,-схема содержит антенну 12радиодатчика, беспроводную линию 13св зи, и пункт 14 сбора информа- . ции.- , Схема работает следующим образом. Пока массив 2 находитс  в области упругих деформаций, продольные деформации скважины отсутствуют и рассто ние между реперами 8 и 11 не измен етс . Радиодатчик 10 поставлен в ждущий , т.е. выключен. По по влению продольных деформаций скважины д радиодатчик 10 автоматически включаетс . Эта информаци  по беспроводной линии 13 св зи поступает на пункт 14 сбора информации , где фиксируетс  начальное состо ние массива пород в момент перехода горных пород из упругой области деформаций в неупругую. После этого измер ют радиодатчиком 10 продольны деформации скважины , сравнива их с наперед установленной предельной деформацией и по разнице этих деформаций суд т о напр женном состо нии массива горных пород. Формула изобретени  Способ определени  напр женного состо ни  массива горных пород путе измерени  продольных деформаций скважины, пройденной в исследуемом массиве, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точност определени  одноосного.напр женного состо ни  массива пород, скважину проход т под углом - Arcctgnl к направлению главного напр жени , где /t( - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и по СКВ

   :

   W/ ///////////////////i(//////////////////////

   (риг. i по влению продольной деформации сква жины фиксируют начальное состо ние массива в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций, после чего, измер   продольные деформации скважины и сравнива  их с наперед установленной предельной деформацией, суд т о напр женном состо нии массива горных пород. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Анцыферов М.С., Анцыферова Н.Г., Каган Л. . Сейсмические исследовани  и проблема прогноза динамических  влений. М., Наука, 1971, с. 7-23.
2. 2.Кораблев А.А. Современные методы и приборы дл  изучени  напр женного состо ни  массива горных пород. М., Наука, 1969, с. 66-89 (прототип).

   :tS

   y////////////////////////////////////////////////////////

   иг.З

   г