Способ определения напряжений горных пород в массиве

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСН 19) Б А СПУБЛИН з(5 в Е 21 С 39) 00 ТЕНИЯ/гф ч ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Горный институт ордена Ленина Кольского филиала им. С. М. Кирова АН СССР (56) 1. Авторское свидетельство СССР798298, кл. Е 21 С 39/00, 1979.2. Ржевский В. В., Ямщиков П. С. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М., Наука, 1973, с. 187 - 193 (прототип).(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НА. ПРЯЖЕНИЙ ГОРНЪХ ПОРОД В МАССИВЕ, включающий измерение скоростей распространения упругих волн по длине скважин и сравнение измеренных значений с параметрами тарировочной зависимости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, последние проводят в точках, кратноудаленных по глубине массива, определяют отношение скоростей, измеренных в зоне влияния горной выработки и в нетронутом массиве, определяют по тарировочной зависимости величину напряжения, соответствующего максимальному отношению скоростей, и по полученным значениям судят о величине напряжений в массиве.(4),Изобретение относится к горному делу и предназначено для контроля напряженно- деформированного состояния массива гор. ных пород.Известен способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий измерение физических параметров орных пород в массиве, по которым судят о величине действующих напряжений 1.Недостатком данного способа является низкая точность измерений.Известен способ определения напряжений горных пород в массиве, включающий измерение скоростей распространения упругих волн по длине скважин и сравнение измеренных значений с параметрами тарировочной зависимости 2.Однако данный способ характеризуется низкой точностью измерений, обусловленной существенным влиянием физической составляюгцей погрешности измерений,Целью изобретения является повышение точности измерений.Поставленная цель достигаетсн тем, что согласно способу определения напряжений горных пород в массиве, включающему измерение скоростей распространения упругих волн по длине скважин и сравнение измеренных значений с параметрами тарировочной зависимости, измерения проводят в точках, кратноудаленных по глубине массива, определяют отношение скоростей, измеренных в зоне влияния горной выработки и в нетронутом массиве, определяют по тарировочной зависимости величину напряжения, соответствующего максимальному отношению скоростей, и по полученным значениям судят о величине напряжений в массиве.На фиг. 1 показана тарировочная зависимость измерения скорости упругих волн от напряжения , полученная на образцах горных пород; на фиг. 2 - семейство тарировочных зависимостей акустический градиент-напряжение, полученных по данным тарировочной зависимостиЩ,при различныхотношениях д,/б . Способ основан на том факте, что, если в массиве горных пород создать локальный градиент напряжений и изменить его таким образом, что отношение максимального значения напряжений к минимальному остается неизменным, то отношение скоростей при этих напряжениях будет по мере изменения абсолютных значений напряжений обладать выраженным экстремумом, положение которого по оси напряжений строго фиксировано.Тарировочные зависимости (фиг. 2) с высокой точностью апроксимируются зависимостью вида 5 1 О 15 20 25 30 35 40 где у -значение отношения скоростей;х - текущая координата (глубина,напряжение);а,Ь,с -константы, характеризующие данную зависимость.Из вида уравнения (1) видно, что дляоценки напряжений необходимо проводитьизмерения минимум в трех точках массива,причем эти точки должны быть кратноудаленными друг от друга по глубине.Способ осуществляют следующим образом,На трех рабочих горизонтах рудника -106 м, 156 м и 206 м закладывается сетьнаблюдательных станций.В каждой точке определяют отношениясредних значений скоростей Ч, измеренныхв зоне влияния горной выработки (расположенной на глубине 0,5 - 0,6 м от стенки) и в нетронутом массиве (на глубинеи 2,0 м). Полученные отношения скоростейимеют следующие значения: на горизонте106 м - 1,016, на горизонте 156 м1,018, на горизонте 206 м - 1,018 в ,019.На фиг. 2 выделены зоны возможныхзначений отношений скоростейЧдля указанных горизонтов.Поскольку отношение напряжений в точках измерений (в зоне опорного давленияи в нетронтом массиве) остается неизменным при одновременном увеличении абсолют.ных значений напряжений, то значения отношений скоростей должны принадлежатьодной из кривой семейства зависимостей,показанных на фиг. 2.Исходя из условий измерений (кратноудаленность точек измерений по глубине Массива), можно записатьУ = а (Зх) зх где Ч,Ъ,Д - значения отношений скоростей%п на горизонтах 106, 156,206 м;Х - интервал заложения горизонтов.Решение системы уравнений (2) дает Б = 1 д,4947 1 -13с = -(0,287 Ъ - 1 у )- у + Зсх - Ьл Зх При этом значение Х, при котором тарировочная зависимость имеет максимум, равно-Ы 6/ч ипакение 8, УЛ Составитель И. Наза Техред И. ВересТираж 564Государственного ком елам изобретений и сква, Ж - 35, Раушска Патент, г. Ужгород,ина Корректор ВПодписноеитета СССРоткрытийя наб., д. /5ул. Проек, 4 едактор Г. Гербераказ 2208/32ВНИИПпо113035,филиал ПП тяг 10861 3 а значение Утнаходится из выраженияРасчеты по уравнениям (2) - (5) показывают, что измеренным значениям соответствует шпак= 1,86, которое должно наблюдаться на глубине 225 м.Из сравнения этих значений с параметрами тарировочной зависимости (фиг. 2) 1 О следует, что значению У, = 1,86 соответствует зависимость с соотношением напряжений, равном 145, а хна= 80 МПа. Следовательно, измерения с глубинойградиента напряжений в приконтурной зо 58 не на расстоянии ж 2 м от контура стенки выработки равен Исходя из этого, легко перейти к абсолютным напряжениям в нетронутом массиве и в зоне опорного давления, где величина напряжений в 1,45 раза больше. На горизонте 106 м эти напряжения равны 5,32 МПа и 7,24 МПа соответственно; на горизонте 156 м - 7,1 и 10,3 МПа; на горизонте 206 м - 8,88 МПа.Рассмотрение параметров поля напряжений в динамике повышает точность определения напряжений горных пород в массиве.