Способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик оц 949594(61) Дополнительное к авт, саид-ву(22) ЗаЯвлено 040381 (21) 3255801/18-25с присоединением заявки Йо(23) Приоритет 16. 06. 80Опубликовано 07. 08.82. Бюллетень йо 29Дата опубликования описания 070882 1 ЩМ.Кл. 6 01 Ч 1/40 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийЭСЮЭЮЮЮф Е.А.Попов, Л.Н.Солодилов, Л.А.Певзнер и 1.С.Пуи кеврц ими,ив 13, Ордена Ленина институт Физики Земли им.О.ЮЛмидтач:, с.миммв и Казахский филиал Всесоюзного научноисследовательского института разведочной геофизики(71)Заявители 54) СПОСОГ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД Изобретение относится к способам контроля напряженного состояния в массиве горных пород и может быть использовано в горном деле и при изучении особенностей герлогического строения, например, для целей предскаэывания землетрясений, а также оползней.Широко известен способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на бурении скважин (шпуров), отборе из них керна и исследовании его в лабораторных условиях.Однако этот способ не только трудоемок и дорог, но и не обладает достаточной точностью определения напряженного состояния, поскольку после взятия керна из массива его состояние необратимо меняется.Известен способ изучения напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на излучении и регистрации колебаний сейсмического диапазона частот (1 ).При данном способе источник упругих волн и приемник сейсмических волн располагают на дневной поверхности. Поэтому удаленность источника и приемника сейсмических волн от изучаемого о 6 ъекта горных пород, ис,пользование при этом отраженных достаточно длинных волн не позволяютс необходимой точностьв следить заизменением упругих свойств горныхпород под действием раэвивавщихсяв них напряжений, что, в свою очередь, не позволяет уверенно прогно, зировать возникновение горных ударов или землетрясений.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на размещении раздельно звукоиэлучающего и эвукоприемных снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах,излучении и регистрации упругих колебаний звуковой частоты 2) .Известный способ не предназначендля контроля напряженного состоянияв массиве горных пород, но по аналогии со способом Г 13 возможно оценить в процессе пересчета абсолютные значения напряжений в их массиве.Однако известный способ не позволяет определить момент наступления ЗО критических напряжений, после кото 949594рых исследуемый участок массива горных пород-переходит в пластическое состояние.Цель изобретения - контроЛь напряженного состояния во времени и выявление момента наступления крити ческого (пластического) состояния в массиве горных пород при прогнозе стихийных бедствий - оползней, горных ударов и землетрясений.Поставленная цель достигается 10 тем, что согласно способу контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанному на размещении раздельно звукоизлучающего и звукоприемного снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах, излучении и регистрации упругих колебаний звуковой частоты, осуществляют непрерывный режим излучения стабильных по амплитуде монохроматических гармонических сигналов одновременно не менее чем на двух частотах звукового диапазона, напряженное состояние в массиве горных пород в каждый момент времени определяют по соотношению напряжений на разрыв 6 и бр по выражениюбр% Ф 1 Ьоу -Ь -1 ОЕбг30и11 0 " %где и отношение напряжений нд Раз 3.рыв 6иХ и Е - частоты излучения;Ьи),- исходные уровни сигнаОтлав на этих частотах;и- регистрируемые одновре-, 40Фменно уровни сигналов;г - расстояние между звукоизлучающим и звукоприемным снарядами,а начало критического состояния 45в массиве горных пород определяютпо моменту, когда п перестает бытьпостоянной величиной.Способ осуществляют следующимобразом.50В группу существующих (или специально пробуренных ) скважин, например в две скважины, помещают раздельно звукоизлучающий и звукоприемный,снаряды.При изучении оползней и горныхударов глубину погружения снарядоввыФрают равной глубине залеганиянапряженного массива, Подобным образом выбирают глубину погружения снарядов при исследовании напряженийв районе очага мелкафокусного земле-трясения. В случае исследования напряженного состояния гарных породочага землетрясений с большей глубиной снаряды размеи 1 дют на максималь- б 5 но возможной глубине, соответствующей реально достижимым скважинам при существующей технологии их проходки. Таким образом, в последнем случае напряженное состояние очага исследуют косвенным путем - по напряженному состоянию вышележащих горных пород.Звукоизлучающий и звукоприемный снаряды разносят друг от друга на заданное расстояние г. С помощью звукоизлучающего снаряда упругие колебания звукового диапазона частот излучают непрерывно в горные породы при Постоянном уровне исходного сигнала, не менее чем на двух Фиксированных частотахУровни сигналов, проходящих через горные породы, регистрируют звукоприемным снарядом.Уровень сигналана расстоянии г от звукоизлучающего снаряда определяется выражением). л 1, -йОЬг,Ь 8 А, г, (1) где с) - коэффициент звукопоглощения среды на частоте Г.Отсюда коэффициент эвукопоглощения среды д к на определенной фиксированной частоте ГК равен о(ИЕ, . 8,Ь 8 г6 А . с(4)ж,= , - -О Иггде А - коэффициент пропорциональностиВ пределах упругих деформаций отношение Фи бр , определенное из соотношенйй (3) и (4),постоянно и равно-ми)6 4 ), Ь -ОЬРПри переходе к пластическим деформациям, которые предшествуют необратиььм деформациям в . оползням, горным ударам и землетрясениям, это соотношение перестает быть постоянным изэа наступившей. в этот момент нелинейности среды.Предлагаемый способ намного болеедостоверен, чем способ прогноза поисследованию керна, так как позволяет точно выявить момент наступлениянеобратимого .изменения в массиве горных пород.аказ 5744 36 Тираж 717 НИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 13035, Москва, Ю, Раушс Подписнотета СССРрытийая наб., д.4/ г.ужгород, ул.Проектная,4 тент" 1 филиал ПП Способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на размещении раздельно звукоизлучающего и звукоприемного снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах излучении и регистрации упругих колебаний звуковой частоты, о т л ич а ющ и й с я тем, что, с целью контроля напряженного состояния во времени и выявления момента наступления критического пластического) состояния в массиве горных пород при прогнозе стихийных бедствий и оползней, горных ударов и землетрясений, осуществляют непрерывный режим излучения стабильных по амплитуде монохроматических гармонических сигналов одновременно не менее чем на двух частотах звукового диапазона, напряженное состояние в массиве горных пород в каждый момент времени определяют по соотноыению напряжений на разрыв по выражению б Е -Ь -1 ОС 1)ЯРФ 1"ой И -10 ьгде и - .отношение напряжений на 5 разрыв 6и 6 .частоты иэлучениЪ; - исходные уровни сигналовна этих частотах 1 и - регистрируеьые одновременно уровни сигналов - расстояние между звукоизлучающим и эвукоприемным снарядами, начало критического состояния массиве горных пород определяют по моменту, когда и перестает быть постоянной величиной.Источники информации, принятые зо внимание при экспертизе1. Патент США Р 3898610, кл.340-15.5, опублик;1973.2. Прицкер Л.С. Некоторые методические особенности межскважинного проэвучивания на тональном сигнале. - "Разведка и охрана недр", 1977, 9 8, с.21 (прототип),