Способ определения напряженного состояния массива горных пород

,801113543 э(5 Е 2 С 3900 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТЕНИ(71) Московский ордена Трудового Крас ного Знамени горный институт(54) (57) СПОСОБ ОПРПРЯЖЕННОГО СОСТОГОРНЫХ ПОРОД по автдичающийся тем, что, синформативности, дополнамплитуду импульсовэмиссии при нагрузке, рапряжений, действующих визмерения проводят на раванных по отношению ка о направлении действиминимального главныхпо направлениям нагрузкгистрируют соответственнМинимальный импульсы.эмиссии. р кг/ок д Щ пЮ 150 4 ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР . ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЕДЕЛЕНИЯ НАЯНИЯ МАССИВА т. св,1086160, целью повышения ительно измеряют электромагнитной аной величине намассиве, при этом злично ориентиромассиву образцах, я максимального и напряжений судят и, при которой рео максимальный и электромагнитнойИзобретение относится к горному делу и может быть использовано при контроле напряженного состояния массива горных пород..По основному авт. св. Ио 1086160 известен способ определения напряженного состояиия массива горных пород, основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического иагружения и регистрации импульсов электромагнитной эмиссии в процессе нагружения,согласно которому механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, измеряют амплитуду импульсов электромагнитной эмиссией, 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 1.Однако данный способ не позволяет определять направления главных напряжений и поэтому обладает недостаточной информативностью.Целью изобретения является повышение информативности способа за счет определения направления главных напряжений.Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения напряженного состояния массива горных пород дополни. тельно измеряют амплитуду импульсов электромагнитной эмиссии при нагрузке, равной величине напряжений, действующих в массиве, при этом измерения проводят на различно ориентированных по отношению к массиву образцах, а о направлении действия максимального и минимального главных напряжений судят по направлениям нагрузки, при которой регистрируют соответственно максимальной и минимальный импульсы электромагнитной эмиссии.Физические предпосылки изобретения заключаются в следующем. Горные породы диэлектрики, минералы которых имеют кристаллическую структуру, обладают объемной поляризацией, которая связана с генезисом пород и активной деятельностью человека и объясняется наличием заряженных дефектов в структуре кристаллической решетки; Нагружение таких пород сопровождается электромагнитной эмиссией в виде коротких высокочастотных импульсов, возникающих,например, в результате движения под действием приложенной нагрузки и выхода на поверхности трещин заряженных дефектов, в первую очередь дислокаций. Движение дислокаций в горных породах затруднено наличием других дефектов - винтовых дислокаций, вакансий и междуузельных ионов, концентрация которых зависит от термодинамического состояния, в котором находятся горные породы в массиве,в частности от их напряженно-деформиро.ванного состояния. При неизменных условиях большая часть дислокаций обволаки.вается облаками точечных дефектов, которые тормозят движение дислокаций и закрепляют их в кристаллической решетке. Приэтом под влиянием действующих в массивенапряжений дислокации выстраиваются вцепочки, большая часть которых ориен.тирована перпендикулярно направлению максимального главного напряжения. Такимобразом, количество и ориентация закрепленных дислокаций в горных породах зависят от величины и направления максимального главного напряжения, действующего вмассиве,В процессе нагружения образца горнойпороды при достижении нагрузки, равнойвеличине напряжения, действующего в массиве, происходит отрыв ранее связанных дислокаций от окружающих их облаков и дви 20 жение этих дислокаций к поверхностям трещин, что сопровождается электромагнитным импульсом значительной амплитуды,При этом амплитуда данного импульса зависит от степени совпадения направленияприложения нагрузки с направлением действия максимального главного напряжения.В том случае, если направление приложениянагрузки совпадает с направлением действия максимального главноо напряженияимпульс электромагнитной эмиссии имеетнаибольшую амплитуду,Таким образом, обнаруженные законо-.мерности изменения амплитуды импульсовэлектромагнитной эмиссии образцов горныхпород от степени совпадения направленияприложения нагрузки с направлением дейстЗ 5 вия максимального главного напряженияпозволяют определять направления главныхнапряжений в массиве горных пород,На фиг.представлены зависимости изменения амплитуды импульсов электромагнитной эмиссии для шести различно ориентированных образцов горных пород от ве.личины нагрузки; на фиг. 2 - эллипс напряжений, построенный по полученным результатам. 45 Способ осуществляют следующим образом,Из ориентированного по отношению кмассиву керна, выбуренного из исследуемой области массива, изготавливают серию образцов. Каждый из полученных образцов 50 нагружают с . постоянной скоростью припомощи гидравлического пресса до нагрузки, равной величине напряжения, действующего в массиве, и определяют амплитуду импульса электромагнитной эмиссии, появляющегося при этой нагрузке с помощью антенны и селективного вольтметра, При этом каждый из исследуемых образцов серии поворачивают на определенный угол относительно первоначального положения.1113543 Составитель ура Техред И. Ве Тираж 564 НИИПИ Государственного по делам изобретений 35, Иосква, Ж - Э 5, Рау ППП Патеитэ, гУжгоНа фиг,показано характерное изменение амплитуды импульсов электромагнитной эмиссии образцов от направления приложения нагрузки, Направление нагрузки, при котором регистрируют импульс максимальной амплитуды, совпадает с направлением максимального главного напряжения б 1, соответственно, направление нагрузки, при котором импульс электромагнитной эмис. сии минимален, является направлением минимального главного напряжения 61. 1 ОНа фиг. 2 изображен эллипс напряжений, построенный по измеренным значениям амплитуд электромагнитных импульсов,Проведены эксперименты на образцах различных горных пород (мраморах, известняках, соляных горных породах и др.). Образцы в виде кернов диаметром 45 мм и длиной 270 мм выдерживали в течение нескольких часов под нагрузкой Р 1 = = 150 кг/ему, а затем нагружали, Далее керн разрезали на б образцов длиной 45 мм. 20 Каждый образец вновь подвергали линейно возрастающему нагружению до нагрузкифф 200 кг/см с одновременной регистрацней амплитуды импульсов электромагнитной эмиссии. Прн этом первый образец поворачивали иа угол Р =- 30" относительно его положения в первом цикле против часовой стрелки, ориентация второго образца оставалась прежней, последующие образцы поворачивали на угол Г = ЗО по часовой стрелке относительно предылущего. Эксперименты показали, что прн повторном нагоуженинт в момент достижения нагрузки Р на образец, равной Р наблюдаются импульсы электромагнитной эмиссии значительной амплитуды, причем величины этих импульсов зависят от степени совпадения направления повторной и первоначальнол нагрузок. В том случае, когда данные направления совпадают (обр.2), амплитуда импульса электромагнитной эмиссии максимальна,Таким образом, изобретение позволяет повысить информативность способа определения напряженного состояния массива горных порол за счет определения направления главных напряжений. Этим и опрелеляется его технико-экономический эффект. И Назаркииаес Корректор М. денникПодписноекомитета СССРи открытиИшская наб., д. 4/5род, ул. Проектная, 4