Способ измерения деформаций горных пород

) г ,"-оп н с ГНЧАК ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфез Севеикнх Сфциапистичееннк Республик(22) Заявлено 20.11. 78 (21) 2687335/18-25с присоединением заявки Нов(51) м. Кл. 6 01 Ч 1/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения М. И. Шпоркин и Г. А. Соболев Ордена Ленина институт физики Земли им, О. И, Шмидта АН СССР(5 п)спОсОБ измеРения дефОРмАциЙ ГОРныхПОРОД Изобретение относится к технике измерения деформаций твердых тел,например горных пород,и может быть использовано, для измерения деформаций Земли с целью прогнозирования сейсмических событий,а также горных ударов и обвалов деформации твердых тел, например горных пород, и может быть использовано для измерения деформаций Земли с целью прогнозирования сейсмических событий, а также горных ударов и обвалов.Известен способ измерения дефор-.вмаций горных пород, при котором вводят датчики в щель горной породы под давлением, превышающим давление горных пород в спокойном, неразгруженном состоянии Я . Наиболее близким техническим решеО нием к предложейному является способ измерения деформаций горных пород с. помощью регистратора, рабочего и компенсационного датчиков, установленных в щели горной породы, Рабочие мембраны компенсационного датчика заключены между двумя жесткими пла;стинами, упруго соединенными с рамкой датчика упругими элементами, что позволяет вводить в результаты иэмере- ЗО 2иий температурную компенсация. Однако температурная компенсация ограничена объемом жестких пластин компенсационного датчика, несоизмеримым с температурными характеристиками измеряемого объекта - горной породой, Разность коэффициентов линейного расширения горной породы и материала является помехой, соизмеримой с измеряемой величиной при регистрации малых деформаций(10 -10 м).Кроме тбго, деформация горной породы связана с влагонасыщенностью породы.- Влагонасыщенность горной породы и материала жестких пластин(например,ста,ли)несопоставимы.Цель изобретения - расширение диа пазона измерений за счет уменьшения влияния температурных вариаций и влагонасыщенности горных пород на результаты измерений. Указанная цель достигается тем, что рабочий и компенсационный датчики размещают в двух пространственно разнесенных щелях,а вокруг щели с компенсационным датчиком выполняют дополнительно четыре цели, попарно"симметричные относительно указанной щели, причем щели одной пары выполняют перпендикулярно щели с компенсационным датчиком, а щели другой пары - под острым углом к ней, и расстояние между их торцами в нижней части не более трех толщин щели с компенсационным датчиком.На Фиг, 1 показано устройство,реализующее данный способ, и расположение щелей, вырезанных в исследуемой горной породе, вид сверху; на 1Фиг. 2 - разрез по щелям.В щели 1 расположен рабочий датчик 2, на некотором расстоянии от них выполняют цель 3, в которую помещают компенсационный датчик 4 Щель 3 окружена разгрузочными щелями 5 - 8, по- парнО симметричными относительно щели 3, причем щели 5,6 выполняют под острым углом к щели 3, а щели 7,8 перпендикулярно к щели 3, Датчики 2 и 4 соединены с регистратором 9.Устройство работает следующим образом.Рабочий датчик 2 деформации, установленный в щели 1, представляет собой мембранное устройство, заполненное жидкостью под давлением. Давлениежидкости обеспечивает прижатие мембран к стенкам щели. Напряжения Земливедут к деформации последней, и соответственно изменяется давление жидкости в мембранном датчике,что Фиксируется регистратором.Для расширения диапазона измерений деформаций от 1 мк,когда влияниепомех слабо заметно, до 0,001 мк необходимо отделение деформаций, вызванных основными причинами - перераспределением напряхений в период подготовки землетрясения или в процессеочистных работ в горных выработках, от вторичных(помех)- температурных колебаний, влагонасыщения.С этой целью образованы разгрузочные щели 5-8, гасящие напряжениявокруг щели 3 и компенсационного датчика деформации 4, в ней установленного. Разгруженный массив между компенсационной и разгрузочными щелямидеформируется. только от температурыи водонасыщения. Зная деформации ограниченного массива, подверхенногоопределенным деформациям, можно экстраполировать указанные деформации взоне регистрации рабочей щели и рабочего датчика путем использования дифференциальной .схемы.Полная .разгрузка компенсационнойщели возможна, когда отсутствуют напряжения между разгрузочными щелями.С этой целью перпендикулярно компенсационной и двум разгрузочным щелямобразованы щели, исключающие деформации в одном из направлений и в комплексе движение в горизонтальном направлении.Вертикальные деформации исключаются тем, что разгрузочные щели 5,6выполнены под острым углом(от 1 до89 ) по отношению к компенсационной, 35 формула изобретения 40 Способ измерения деформаций горных пород с помощью рабочего и компенсационного датчиков, соединенных срегистратором и установленных в горной породе, о т л и ч а ю щ и й с я 45 тем, что, с целью расширения диапазона измерений за счет уменьшениявлияния температурных вариаций и вла-.гонасыщенности горных пород, рабочийи компенсационный датчики размещают в 5 О двух пространственно разнесенных щелях,а вокруг щели с компенсационным(датчиком выполняют дополнительно четы-.ре щели, попарно симметричные относительно указанной щели, причем. щелиодной пары выполняют перпендикулярнощели с компенсационным датчиком,а щели другой пары - под острым углом кней и расстояние между их торцами внижней части не более трех толщин.ще"ли с компенсационным датчиком.60Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 5 10 15 20 25 чем сохраняется значительный объем породы в зоне компенсационной щели.Размеры разгрузочных щелей, превышающие размер компенсационной, исключают возможность замыкания деформаций на компенсационную щель.Значительный объем породы между разгрузочными и компенсационной целями при малом расстоянии между торцами компенсационной 3 и разгрузочных щелей 5,6 может привести к обрушению разгруженного массива, Большее расстояние между торцами указанных щелей в их нижней части приводит к тому, что деформации в вертикальном направлении и частично в горизонтальном замыкаются на компенсационную щель 3, вызывая тем самым ее деформацию от напряженного состояния Земли. Для исключения влияния деформаций разгрузочные щели 5,6 вырезаются на расстоянии между их торцами в нижней части не более трех толщин компенсационной щели 3.Предложенный способ позволяет расширить диапазон измерений с одновременным увеличением точности. Расширение диапазона измерений обеспечивает регистрацию процессов, характеризующих период перед землетрясениам, горными ударами и обвалами. Использование изобретения на горных предприятиях уменьшает затраты на укрепительные работы не менее чем на 3. 1. Кораблев А. А. Современные методы и средства для изучения напря771587 2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2687335/25,кл. 6 О Ч 1/16,1977(прототип),горных с. 93 Вг. ь Т. Райковавалева Корректо оставитеехред Н.К к едактор Т. Орловска Заказ 66 ВН30 тн илиал ППП"Патент", г. ужгород, ул. Про нного состояния массивапород. М., "Наука101. 7И Госудапо деламр Москва Тираж 649 твенного комите зобретений и от Ж, Раушская Подписиа СССРрытийаб., д. 4/5