Способ определения напряженного состояния горных пород

,ВВ,105 0 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК сю а о 11 оо ОСУДАРСТВЕННЫй КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ БР ПИС ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ415340/18- 5.03.82 7.11.83. .Я. Жихареермский пол юл кий инсти итехнич.83(088. Ардашевдля исслдавления Методы и оявлений а", 1981, в СССР.А. и ддований 2. Авторское свидетельст оР 548712, кл. С 01 ч 1/00, 1975,3, Турчанинов И.Л., Панин В.И.Геофизические методы определения и контроля напряжений в массиве. Л., "Недрами, 1976, с. 78-92 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕПРЯ ЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД,заключающийся в нагружении образца с пос 1, от о выдел миссии водят п гармон ани й.об по п тем, ч еской ор прои д пакетных коле ичаюние импуль т закрытияих Форме, ических сииимекщей нусоидал оянной скоростью, приеме и запис импульсов акустической эмиссии, о л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения напряженного состояния горных пород, производят выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор, а за величину действовавшего в массиве напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту прекращения приема импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор в данной плоскости нагруже-.ния.Способ относится к горной промыш-,ленности и предназначен для определения напряженного состояния горныхпород (наприглер, соляных или,калийных), в массиве вблизи контура сечения выработок.Для измерения напряженного состояния массива горных пород известны методы разгрузки, позволящие определять абсолютные значения напряжений Г 13, 10Однако эти методы трудоемки и требуют применения сложной аппаратуры.Известны способы определения напряжений в горных породах, заключаюциеся в глеханическогл испытании выбуренно 15го иэ массива образца. Один иэ нихоснован на том, что нагруиение образца, снятие нагрузки и измерение деформаций производят циклично с увеличением величины нагрузки в каждом 20последующем цикле, а на величинудействовавшего в массиве на образецнапряжения принимают нагрузку, соответствуюцую начальноглу моменту уменьшения модуля деформации 2 3;Такой способ характеризуется слож-нбй глетодикой испытаний и недостаточ-ной точностью получаемых количественных значений напряжений, действовавших на образец в массиве,30Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ оценки напряженности массива горных пород, заключающийся внагружении образца с постоянной скоростью, приеме и записи импульсовакустической эмиссии.Способ основан на первоначальномразрушении образца горной породы,приеме акустическим преобразователемимпульсов акустической эмиссии, сопровождающих трещинообразование, иих регистрации. Для замера напряженного состояния массива горных породэтим способом производят его тарировку на основе изучения звукоактивности горных пород (количества импульсов за единицу времени) при нагружении образцов различными нагрузками.О напряженности массива горных пород судят по числу импульсов в единицу времени, возникающих в результате искусственного возмуцения полянапряжений 3 1.Однако известный способ характеризуется недостаточной точностью идает приближенную оценку напряженнос ти массива.Цель изобретения - повышение точности определения напряженного состояния горных пород,укаэанная цель достигается тем, 60что согласно способу определениянапряженного состояния горных пород,заключающемуся в нагружении образцас постоянной скоростью, приеме изаписи импульсов акустической эмис сии, производят выделение импульсовакустической эмиссии от закрытиятрещин и пор, а за величину действовавшего в массиве напряжения принимают нагрузку, соответствуюцую начальному моменту прекращения приемаимпульсов акустической эмиссии отзакрытия трещин и пор в данной плоскости нагружения.При этом выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трецини пор производят по их форме, имеюцей вид пакета гармонических синусоидальных колебаний.На фиг. 1 показана блок-схемаустройства, с помощью которого реализуется способ; на фиг. 2 - формыимпульсов акустической эмиссии отзакрытия трещин и пор и импульсовот микроразрушений; на фиг. 3 - пример разрушения образца.Способ определения напряженногосостояния горных пород осуществляется следуюцим образом,Образец 1, выбранный из массива неболее, чем неделю назад, помещают подпресс 2, предварительно приклеив кодной из его сторон преобразователь 3акустических сигналов, нагружают спостоянной скоростью до разрушающейнагрузки. Преобразователь 3 соединенчерез предварительный усилитель 4 смагнитофоном 5, который подсоединенк шлейфовому осциллографу 6. Крометого, на Фиг. 1 показаны шаровая пята7, ийдикатор 8 продольных деформаций,индикатор 9 поперечных деформаций,прокладки 10.Одновременно с нагружением образ. -ца производят запись на фотобумагушлейфового осциллографа импульсовакустической эмиссии и по их формеосуществляют разделение на импульсыакустической эмиссии от закрытиятрещин и пор .11 и импульсы от микроразрушенйй 12. Осциллограммызаписи разрушения образцов расшифровываются, а после этого осуществляется построение графика для определениядействующего в массиве на образецнапряжения. Пример разрушения образцапласта представлен на Фиг. 3, гдеобозначены 13 - действуюцая на образец нагрузка (кг/см); 14 - количество импульсов от микроразрушений; 15количество импульсов от закрытияпор и трецин,Нагрузка, при которбй прекрацается прием импульсов от закрытия пори трещин, соответствует нагрузке,действовавшей на образец в массиве вданной плоскости нагружения. Это явле-,ние объясняется тем, что если образец находился в массиве под определенной нагрузкой, то в нем происходитразрыв связей между кристаллами,которые не выдерживают данной нагрузки.После отделения, образца из массива внем происходит релаксация напряжений и образец разуплотняется, При повторном нагружении образца под прессом трещины и поры начинают закрываться до нагрузки, не превышанщей ту, которая действовала на образец в массиве. 5Закрытие трещин и пор сопровождается импульсами акустической эмиссии. При записи процесса разрушения на .фотобумагу шлейфового осциллограФа эти импульсы будут наблюдаться в , 1 О виде пакетов гармонических синусоидальных колебайий. т.е. это явление характеризует "память" горных пород на .действие на них нагрузки.Для повышение точности определения напряженного состояния необходимо производить запись всего процесса разрушения на фотобумагу шлейфового осциллографа, так как электронные осциллографы не позволяют делать это,2 О Разделение импульсов акустической эмиссии на импульсы от закрытия пор и трещин и импульсы акустической эмиссии от микроразрушений производят по форме сигналов на.осциллограмме, воспризводящей процесс разрушения, При расшифровке осциллограмм отмечают ,нагрузку, при которой прекратился. прием акустических сигналов, соответствовавших импульсам акустической эмиссии от закрытия трещин и пор (гармоннческая форма сигналов),Испытывая образцы в различных плоскостях, можно узнать величину действоваших на них напряжений в данных направлениях. Полученные напряжения сравниваются с напряжениями, полученньии с помощью базового способа - метода разгрузки. Базовый способ очень трудоемок (в 4-6 раз ) и не позвопяет получать оперативнуюнформацию об абсолютных напряжениях, а для соляных пород мало пригоден,По сравнению с базоанм объектом при использовании предлагаемого способа уменьшается трудоемкость в 4 раза, так как исключаются операции по выбуриванию кернов с помощью скважин различного диаметра, наклеиванию тензодатчиков и вычислению напряжений по формулам теории упругости; не требуется применение сложной, дорогостоящей аппаратуры.Кроме этого, надежность определения напряжений по методу разгрузки в значительной степени зависит от обоснованности принятых значений модуля упругости и коэффициента Пуассона,которые определяются на тех же кернах, на которых определяются деформации упругого восстановления.авлева оставитель Н ехред М.Надь рректор Г. Решет ник Редактор М. Ткач Закаэ 8865/4 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. тная, 4 НИИП по 035, Тир Гос оск 710 арствен эобретеЖ,Подписиго комитета СССРй и открытийаушская наб., д. ю=ЛО Смй м=ИО -смФ