Способ определения состояния горных пород в массиве

,125900 114 Е 21 С 39/О ьав РЕТЕНИ вогоедовамеханио СССР 975.ф горныхСОСТОЯ- осноавлив анин еделени СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕИИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный ордена ТрудКрасного Знамени научно-исстельский институт горной геки и маркшейдерского дела(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИЯ ГОРНИХ ПОРОД В МАССИВЕ, ванный на поинтервальном вд штампа в забой скважины, оп глубины вдавливания штампа до разру шения Ь 1 и после разрушения Ь . , по которым судят о состоянии породы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, выделяют точки измерений с максимальной Ь, и минимальной1 1 ъо11. глубиной вдавливания до разрушения, в этих точках дополнительно определяют глубину вдавливания штампа с момента начала разрушения, соответственно Ьи Ь и определяют состояние пород в интерва ле между указанными точками измерений по соотношению величин ЬЬ , при этом в случае Ь , зэ.породы находятся в стадии у еличения упругости и дробимости, а при Ь ,сЬ- в стадии снижения упругости.1259005 лю только в точке минимума - этосостояние оценивают иа участках 30 массива, имеющем точки 7 с величиной Ьь, равной нулю, Эти точки 7,устанавливают дополнительным определением величины 1 ь в каждой из них. Изобретение относится к горному делу и предназначено для оценки состояния горных пород в массиве с целью прогнозирования устойчивости выработок и буримости скважин.Целью изобретения является повышение точности измерений.На фиг.1 показано вдавливание штампа в породу до разрушения и после разрушения, на фиг.2 - измерение по скважине глубины вдавливания штампа до разрушения и после разрушения.На Фиг. 1 и 2 обозначено; Ь Ь , Ьь " глубина вдавливания штампаФв породу соответственно до разрушения, после разрушения и с момента начала разрушения; Р - прилагаемое к штампу, усилие для вдавливания в породу, 1 - штамп; 2 - прогиб шли 4 ованного приповерхностного слоя породы под штампом до момента нача- . ла разрушения; 3 - лунка выкола под штампом; 4 - стенка выработки, 5 - скважина; 6 - постоянные интервалы бурения скважины для измерения глубины вдавливания штампа, 7 - точки измерения глубины вдавливания штам- пае Способ осуществляют следующим образом.В стенке горной выработки 4 бурят скважину 5. Бурение проводят постоянными интервалами 6, и в точках 7, соответствующих концу интервала 6, шлифуют забой скважины и вдавливают в него штамп 1, который нагружают усилием Р. Штамп 1 вдавли" вают до разрушения породы. Измеряют в каждой точке 7 глубину вдавлива-. ния до разрушения породы Ь соответствующую прогибу 2 порода под штампом 1, и глубину вдавливания после разрушения Ь, равную глубине лунки 3. Глубину вдавливания до разрушения породы Ь принимают за относительный критерий степени напряженности породы в массиве. участки массива, на которых по скважине 5 получают различную глубину вдавливания Ь характеризуются неравномерным распределением напряжения, Точки, имеющие меньшие значения глубины вдавливания Ь характеризуются повь 1 шенными значениями напряжений, Выделяют точки максимума и минимума значений 1, . В этих точках дополнительно определяют глубину 10 1 20 25 35 40 45 50 55 2вдавливания штампа 1 с момента.начала разрушения Ь соответственно Ь , и Ь ., которая равна глубине лунки 3 эа вычетом прогиба породы 2. При превышении значений глубины вдавливания Ь в точке минимума относительно точки максимума илиравенстве Ь в этих точках (Ь ) Ь ) состояние породы на всемьгтахучастке массива, пересекаемого скважиной 5, определяют как находящейся в стадии нарастания напряжений .упругости и дробимости во всех точках 7 относительно других точек, имеющих повышенные значения 1, . При Ь . Ъ породы находятся в ста- Ъ ПЬ Ъ гоа хдии относительного снижения упругости в точках 7, имеющих значение Ь ниже соседних. При равенстве нулю глубины вдавливания с момента начала разрушения Ьоценивают состояние породы в стадии перехода в пластическое состояние без дробимости, при этом при равенстве Ь нулю в точках максимума и минимума - на всем участке массива, пересекаемом 1скважиной 5 а при равенстве Ь .ну" Контроль состояния породы в глубине массива базируется на экспериментально полученном стабильном снижении глубины вдавливания штампа до разрушения породы с увеличением напряжений и приближении ее к глубине вдавливания после разрушения при напряжениях за пределом упругости породы. При нарастании напряжений до предела упругости породы происходит нарастание ее упругости и дробиисти под штампом, а при нарастании напряжения за пределом упругости порода приобретает пластические свойства со снижением упругости и дробимости под штампом и в дальнейшем переходит в состояние полной пластичности без дробимости и образования отпечатка, соответствующего форме штампа. При этом глубина вдавливания штампа до разрушения породы стабильно снижается при увеличении напряжений до предела упругости и за пределом упругости, глубина вдавливания после разру1259005 3шения снижается или возрастает в зависимости от дробимости и микротре" щиноватости породы. Определяя линейные геометрические параметры разрушения породы под штампом в точках максимума и минимума глубины вдавливания до разрушения, судят об относительном состоянии породы в промежуточных точках на всей глубине массива, пересекаемого скважи ной.П р и м е р . Из горной выработки, пройденной по кварцевым песчаникам Кизела, имеющим прочность при одноосном сжатии 250 МПа и равный15 ей предел упругости, по напластованию породы перфоратором бурят сквакину диаметром 42 мм и длиной 5 м. Бурение проводят интервалами длиной 0,2 м. После бурения каждого интер вала специальной коронкой шлифуют забой. 13 лифовку проводят с чистотой, на порядок меньшей минимальной глубины вдавливания штампа и шероховатостей забоя скважины. Чистоту шли фовки контролируют по величине подачи буровой штанги, которую задают, исходя иэ снятия максимальных шероховатостей и обеспечения полного контакта породы со штампом, 30С помощью гидравлического скважинного прибора, развивающего усилия до 200 кН, достаточного для разрушения пород любой прочности, в шлифованный забой скважины на каж 35 дом интервале вдавливают штамп в виде усеченного конуса с диаметром сечения 5 мм. Вдавливание проводят до разрушения породы и образования лунки выкола, Связанным со штампом посредством тягового механизма индикатором часового типа измеряют глубичу вдавливания до разрушения породы и после разрушения. Разрушение породы фиксируют по индикатору часового типа, снабженному контрольной стрелкой, В момент разрушения наблюдают резкий скачок в погружении штампа, который отмечают по скачку основной стрелки. 4Глубина вдавливания до разрушения изменялась по длине скважины от долей мм до целых мм, свидетельствуя о неравномерности распределения напряжений в массиве. Максимальное значение глубины вдавлива": ния до разрушения составляет 2,40 мм, минимальное 0,53 мм. Соответственно глубина вдавливания после разрушения в этих точках составляла 5,17 мм и 3,36 мм, Глубина вдавливания штампа с момента начала разрушения в точке максимума равна 5,17-2,40 2,77 мм,в точке минимум3,36-0,532,83 мм.1Разницей 0,06 мм пренебрегают с учетом коэффициента вариации данных, составляющего до 15 Ж за счет влияния естественных условий залегания и проявления динамики хрупкого выко" ла, и считают глубины вдавливания с момента начала разрушения в точках максимума и минимума равными. В соответствии с условием Ь3 ь = Ь кварцевый песчаник по глуби" не скважины считают находящимся в стадии нарастания упругости и дробимости во всех соседних точках, имеющих относительное уменьшение величины вдавливания до разрушения. По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить точность контроля состояния породы в глубине массива, так как базируется на измерении стабильно связанной,с уровнем напряжений глубины вдавливания штампа в шлифованную поверхность забоя скважины до разрушения породы и на определении зависящей от упруго-пластических свойств напряженной породы глубины вдавливания штампа в процессе разрушения беэ вычисления работы разрушения, искажающей результаты контроля вследствие неоднозначного учета изменения механических свойств породы под действием напряжений до и после предела упругости.1259005 РЗ. Я Составитель К,Назаркиедактор В.Иванова Техред А.Кравчук арректор О. Лугов ая роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная каз 5103/34 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 13035 Москва, Ж70 Подписноеного комитета СССРний и открытийРаущская наб д.4/5