Способ определения напряженно-деформированного состояния в массиве горных пород

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1503.80 (21) 2870998/22-03 (51) М. КЛ. с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Е 21 С 39/00 Государственный комитет СССР яо делам изобретений и открытий,Курленя, Г.Ф.Бобров, С.Н.Попов, В.Ки В.Д.Барышников нститут горного дела Сибирского от АН СССР2 Иже модифицированныратный способ дляуля упругости пород Изобретение относится к экспериментальной технике механики горных пород по результатам измерений в двух параллельных скважинах обеспечивает значительное повышение точности определения напряженного состояния горных пород, так как позволяет определять параметры упругих свойств пород в месте измерений.Известный способ определения. модуля упругости горных пород по измерениям в одиночной скважине с помощьюпрессиометра 1.Недостатками, способа, являются трудности в достижении герметичности гидросистемы при давлениях больше 25 МПа. Кроме того, при прессиометрических испытаниях крепких скальных пород указанного давления недостаточно, так как величины перемещений стенок скважины незначительно превышают точность измерений. Использование прибора также осложняется при попадании замерных щупов в открытые трещины в стенках скважины, например в зоне ослабленных пород вокруг выработкИзвестен так й скважинный домкопределения мод по результатам испытаний в одиночной скважине 21.Недостатком данного способа является необходимость предварительного контроля состояния поверхностискважины в местах наклейки тензодат"чиков,так как этот способ требуетгладкой и чистой поверхности и не 10 может применяться при наличии трещин.Кроме того, известен способ определения напряженно-деформированного состояния в массиве горных пород,включающий бурение измерительнойскважины, установку в ней прибора 15 для измерения перемещения стенок измерительной скважины, бурение параллельной разгрузочной скважины и измерение перемещения стенок измерительной скважины 3.20Недостатками указанного способаявляются необходимость использованияупругих характеристик,определяемых,по результатам испытаний в лаборатор 2 с ных условиях, которые получают ис"пытаниями кернов,ориентированных внаправлении, перпендикулярномплоскости измерениЯ при определении напряжений. В результате значительно сни жается точность измерений.Цель изобретения - повышение точности определения напряженно-деформированного состояния.Укаэанная цель достигается тем,что в разгрузочную скважину устанавливают нагрузочное устройство, нагру,жают ее стенки равномерным давлением,после чего измеряют перемещения стенок в. измерительной скважине, и позависимости перемещения стенок измерительной скважины от давления, приложенногь к стенкам разгрузочной сква- ожины, определяют упругие характеристики пород в месте измерений.Таким образом, измерения для определения упругих свойств пород выполняют в массиве на больших базах и в 15одной плоскости с измерениями, выполненными для определения напряжений.По результатам испытаний в параллельных скважинах на основе решенияплоской задачи теории упругости определяют комплексную упругую характеристику, содержащую модуль упругости и коэффициент Пуассона.На фиг,1 показано расположениескважин и измерительйых приборов; нафиг.2 - перемещения стенок измерительной скважины под влиянием давленияв нагрузочном устройстве, на фиг.Зграфик нагрузок и изменений диаметраизмерительной скважины по одномуиз направлений, 30Способ осуществляется следующим,образом.В одну из предварительно выбуренных скважин например измерительную 351, устанавливают прибор, .напримермногокомпонентный деформометр 2,для измерений радиальных перемещенийее стенок. Деформометр устанавливаютна выбранном расстоянии ат стенки.выработки, ориентируя одну из измерительных пар, например, вертикаль.но. Подключают регистрирующий прибор(не показан), находящийся в выработке, через разъемные соединения и кабель 3 к деформометру 2. Начальные 45отсчеты фиксируют по всем измерительным направлениям. В параллельнуюскважину 4 устанавливают нагруэочное устройство, например гидравличес".кий датчик 5, который соединен трубопроводом б с источником давления непоказан),находящимся в выработке. Гидравлический датчик 5 с эластичнойоболочкой 7 обеспечивает равномерноенагружение поверхности стенок скважины. Нагружения выполняют изменением давления в гидросистеме на величину выбранной ступени АР, которое поддерживают до стабилизации или в течение принятого времени, измеряя приэтом соответствующие перемещения стенок Ьс в измерительной скважине 1.Стенки скважины нагружают до.пределапропорциональности или несколько меньше, а затем давления снижают такжеступенями и получают данные для вет-. б 5 ви разгрузки. Качество эксперимента контролируют пропорциональностью измерений диаметра скважины и нагрузок, . а также наличием остаточных деформаций. Результаты измерений представлены на графике (фиг.З), где сплошной линией,показана зависимость Р-,дд при увеличении нагрузок, а пунктирной при их уменьшении.По результатам указанных измерений, а также геометрических размеров скважин и расстояния между ними(фиг.2) расчитывают комплексную упругую характеристику по каждому направлению в месте измерений по формулеЕ КдР Д2(1 Ф ддгде Е, Ф - модуль Онга и коэффициентПуассона;КОэЦР,Ц - функция геометрическогофактора, которая опреде- лена для выбранных сочетаний типоразмеров сква-,жин из решения соответствующей упругой задачи;Р,д - давление и соответствующее ему изменение диаметра измерительной скважины;д в . диаметр измерительнойскважины до нагружений,Предлагаемый способ отличается исключением необходимости испытанийобразцов, для выполнения которых требуется их доставка, подготовка, наклейка тензодатчиков. Кроме того, длявыполнения измерений в одной точкетребуется 15 минут,. а с учетом количества участков испытаний и подготовительных работ, это время сокращается не менее чем в 5-6 раз. Благодаряприменению указанных приборов и методических приемов обеспечивается проведение многократных измерений в скважинах и статистическая их обработка,а также оценка точности результатов,по которым контролируют качество экспериментов, т.е, соответствие поведения пород при испытаниях принятой)например упругой модели,Все это повышает точность результатов определения напряженно-деформированного состояния горных пород.формула изобретенияСпособ определения напряженно-,деформированного состояния в массиве горных пород, включающий бурение измерительной скважины, установку в,ней прибора для измерения перемещения стенок измерительной скважины, бурение параллельной разгрузочной скважины и измерение перемещения стенок измерительной скважины, о т л ич а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения напряженно-. деформированного состояния, в разгрузочную скважину устанавливают нагрузочное устройство, нагружают ее стенным давлением, пл чего измеряют перемещения стенок в измерительной скважине, и по зависимости перемещения стенок измерительной скважины от давления, приложенного к стенкам разгрузочной скважины, определяют упругие характеристикИ пород в месте измерений. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Пригожин Е.С. и Перков Ю.Р.Прессиометр - прибор для определения деформационных и прочностных свойств горных пород в массиве.-"Горной давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ . Л.,ВНИМИ, 1966, Р 65, с.156-164.2. Р.Ч. сне 1 а Сгца. Ио 0 Гест Вогепо 1 е баса Мет,под Фог Е 1 аьсс Ргорегу Оейегв 1 пайоп п Рос 1 а.-"ВосМ Иеспапсвп, И 1 еп, 5 ргпцег-Мег 1 ад, Вен 4 ог 1 с арг 1 1978, чо 1.10, йо 4, р.221-239.3. Авторское свидетельство СССР Р 368402, кл. Е 21 С 39/00, 1970 (прототип). НИИПИЗаказ 9546/47ираж 630 Подписное илиал ППП Патент, .Ужгород, ул.Проектная,4