Способ определения напряженного состояния массива горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 21 С 3900 СУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ(72) В. С, Ямщиков, В, Л. Шкуратник,В. М, Фарафонов и К. Г, Лыков(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности определения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов, определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.Изобретение относится к горному делу, в частности к определению напряженного состояния горных пород в массиве,Известен способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий бурение скважин, введения неполяризующихся электродов в каждую из них и проведение локальных измерений геоэлектрического тока 1,Недостатком данного способа является низкая точность измерения напряженного состояния, связанная с влиянием ряда мешающих факторов, например влажности. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий отбор образцов и их механическое нагружение.Согласно способу нагружение образцов проводят циклично с увеличением нагрузки и измеряют возникающие при этом деформации, а за величину действовавшего в массиве на образец напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту уменьшения модуля деформации 2.Недостатком известного способа является его сложность и низкая производительность, так как определение деформаций образцов горных пород связано с трудоемкими тензометрическими измерениями, а проведение нескольких циклов нагружения, в процессе которых измеряются деформации, требует значительного времени.Целью изобретения является повышение производительности и точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения напряженного состояния массива горных пород, основанному на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов, определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.Физические предпосылки изобретения заключаются в следующем,Известно, что электрическая проводимость горных пород, минералы которых имеют кристаллическую структуру, определяется из текстурными и структурными особенностями, а также дефектами в кристаллах, Так, например, если в кристаллах диэлектриков горных пород есть точечные дефекты в виде вакансий (незанятых узлов кристаллической решетки), то,под действием внешнего электрического поля ион может перескочить на соседнее с ним вакантное место. В образовавшуюся вакансию может 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 перескочить следующий ион и так далее. Врезультате происходит движение ваканский, приводящее к переносу заряда черезкристалл. Таким образом, проводимостьдиэлектрических горных пород пропорциональна концентрации дефектов кристаллов.Концентрация дефектов, в свою очередь,зависит от термодинамического состояния,в котором находятся горные породы; в частности от их напряженно-деформированногосостояния.Давление Р которому подвергаютсягорные породы в массиве, приводит к образованию в них некоторого количества дефектов, являющихся носителями тока. Этому количеству дефектов соответствует определенная электрическая проводимость,существенное увеличение которой (при постоянном температурном режиме) возможно только при условии Р ) Р), когда происходит активизация новых ранее упорядоченных и закрепленных дефектов.Были проведены эксперименты на образцах различных горных пород (мраморах,известняках, соляных горных породах и др.),которые выдерживались в течение нескольких часов под нагрузкой Рн, а затем разгружались. Далее образцы вновь подвергались линейно возрастающему нагружению с одновременной регистрацией ихэлектропроводности. При достижении уровня нагружения значения, равного Р, наблюдалось резкое увеличение проводимости.Экспериментыпоказали также, что памятьгорных пород о воздействовавших на нихдавлениях сохраняется в течение нескольких (3 - 5) часов после снятия нагрузок (извлечения из массива),На фиг. 1 представлена одна из возможных схем реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость, поясняющаясущность способа.Способ осуществляется следующим образом.С помощью пресса 1 образец 2 горнойпороды, извлеченный из массива, подвергается сжатию линейно увеличивающимсяво времени давлением Р, уровень которогоизмеряется динамометром 3, Терраомметр4 измеряет электрическую проводимость Вобразца 2 в процессе нагружения. Показания динамометра 3 и терраомметра 4совместно регистрируются двухкоординатным самописцем 5. На фиг, 2 показано характерное изменение электрической проводимости 6 образца 2 при возрастании давления Р. Линейное увеличение давления Рприводит сначала к практически линейномувозрастанию проводимости за счет закрытия микротрещий и пор, При достижениидавлением Р пресса значения Р -- 140 кг/смсоответствующего давлению, действовавшему на образец в массиве, наблюдаетсярезкое увеличение электрической проводимости.1071744 Предлагаемый способ реализуется с помощью простой выпускаемой серийно аппаратуры, не требует трудоемких операций,и позволяет получать информацию о напряяенном состоянии в процессе единичного цикла нагруяения образца. 10 а щ кси Фд бд М Юд 1 Ьг гСоставитель И. Наз1 ехред И. ВересТираж 563Государс 1 венного комилам изобретений и отква, Ж - 35, РаушскаяПатента, г. Ужгород, у РедакторЗаказ 156 1 д 10. Данко3/26ВНИИПИно д113035, Моилиал ПНП ркннаКорректорПодписноетета СССРрытийнаб., д. 4/5Проектная, 4