Способ определения упругих свойств массива горных пород

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцнапнстнческнкРеспублик и 872757.(51) М, Кл. Е 21 С 39/00 Государственный коинтет СССР аа делан нэебретеннй и открытнй(088. 8) Дата опубликования описания 17, 1 О. 81(72) Автор. изобретения В, Я. Анцибор Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт по осушению месторождений полезныхископаемых, специальным горным работам, рудничной геологиии маркшейдерскому делу(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОДИзобретение относится к горнойпромьппленности, в частности к измерительной технике, а именно к измерению величин деформаций массива пород,происшедших вследствие нагружения егораспорным давлением через скважину,пробуренную в массиве,Известен способ определения упругих свойств горных пород, реализуемый с помощью устройства для определения механических свойств горных.пород (прессиометра ПМ), путем регистрации перемещений стенок скважины этим прибором посредством замерныхщупов, пропущенных через отверстия вкорпусе и упирающихся в породу, Перемещения стенок скважины через замерные щупы преобразуются в электрические сигналы, передаваемые по кабелюна электроизмерительную аппаратуру 111Известен также способ определенияупругих свойств массива горных пород,включающий нагружение стенок скважины распорным фиксированным давлениеми измерение смещений точек поверхности массива при его нагружении с последующей обработкой данных 1 21,Недостатком укаэанного способа иустройства для его реализации является невысокая точность измерения перемещений, конструктивная сложностьустройств, трудоемкость процесса измерений, ограниченное количество инО формации, получаемой в результате измерений, невозможность измеренияперемещения точек массива в другихнаправлениях относительно направления приложения сил,Цель изобретения - определение перемещений точек поверхности массиваво всех направлениях относительно направления сил и повьппение точностиизмерения.Цель достигается тем, что поверхность нагруженного массива освещают когерентным светом и экспонируютее на регистрирующую среду, при этом8727574воздействиям и должна быть защищенаот попадания на нее воды, влаги, пы"ли.В результате на фотопластинке об 5разуется негативное изображение освещенного когерентным светом участкамассива пород (например вокруг устья скважины - "спекл"-интерферограмма, которая содержит большое количество информации о смещениях точекосвещенного участка массива горныхпород), При расшифровке "спекл"-интерферограммы известным способом поизвестным формулам находится смеще 15ние в любой точке освещенного масси.ва, а по ним - относительные деформации; как продольные, так и попереч,ные.Значение смещения объекта в каждойточке определяется по формуле ОХш51 пЧгде в - коэффициент уменьшения иэображения;Л - длина волны излучения;ф - угловое расхождение интерференционных полос.На фиг. 1 изображена принципиальная схема получения "спекл-интерферограмм при двух состояниях объекта;.на фиг. 2 - схема определения абсолютных деформаций в любой точке поверхности массива.Способ измерения деформаций и определения .упругих свойств массива заключается в следующем,В массиве 1 горных пород (фиг. 1)бурится скважина 2, В устье 3 скважины 2 вводят нагружающее устройство 4(нагружающее устройство представляет собой трубчатую резиновую оболочку, зажатую на торцах и соединеннуюпосредством трубопровода высокого давления 5 с нагнетательным насосом 6) .На,расстоянии 1-2 м от устья скважи"ны 2 устанавливают лазер 7, пучок1света 8 которого освещает поверхностьнагружного массива 9 (на фиг. 1 - поверхность вокруг устья скважины 21,Для расширения пучка используют кол"лимирующую систему 10, выполненнуюсоосно с лазером 7, позволяющую освещать площадь массива диаметром 3Изображение освещенной части массива 9 формируется объективом 11 фотокамеры 12, в фокусе которой помещаютрегистрирующую среду, например светочувствительную пластину 13.Посредством подачи воздуха илимасла под высоким давлением в нагружающее устройство нагружают стенкискважины 2 распорным давлением, вследствие чего происходит радиальное смещение точек массива вокруг устья скважины. После этого экспонируют изображение освещенного участка массива 1на регистрирующую среду 13 при фиксированной величине нагружения. Далееразгружают стенки скважины 2 путемснятия распорного давления и производят вторую экспозицию изображенияосвещенной части объекта на ту жерегистрирующую среду 13, причем регистрирующая среда между первой и второй экспозицией не должна иметь смещений, а освещенная часть поверхности объекта подвергаться механическим ХЫЧ смещение точек массива определяют поформуле 1где в - коэффициент уменьшения изоб 25 ражения;1 - длина волны излучения;г - угловое расхождение интерференционных полос,Компоненты смещения О и О опре- Уделяются по формулеО = ОсоМ О = О 51 ПАгде с - угол между осью Х негативного изображения образца на, голограммеи направлением полного смещения рассматриваемой точки образца, совпадающим с нормалью к интерференционнымполосам на экране,Используя формулу 1 см. фиг. 2) где Р - нагрузка на стенки скважины,кгс/см;г - радиус скважины, см;45 а - расстояние от центра скважины до точки на поверхностимассива, перемещение которойизмеряют, см;Е .- модуль упругости, кг/см, 50 можно па измеренным значениям О изначениям о. (определенным другим известным способом определить модульупругости массива в любой точке освещенной части поверхности массива.55 Относительные продольные деформами цин между точками 11 и 31 и относитепьные поперечные деформации между) 3. п 1. Фо Ч 5 87 точками 21 и 4 определяются по формулам Ах "и -%ь где Ь - расстояние между точками измерений в продольном направленииес - расстояние между точками из"мерений в поперечном направлении,Если направление оси Х выбратьстрого по направлению оси Х (центрскважины - точка измерения)., а осьУ перпендикулярно ей, то величину 611можно считать продольной деформацией, а Е - поперечной, В этом случае можно определять составляющиеглавных напряжений.Точность измерения смещений предлагаемым способом - порядка 0,040,015 мкм.Внедрение данного изобретения впрактику исследований механическихсвойств горных пород повысит надеж-.ность натурных испытаний,Формула изобретения Способ определения упругих свойствмассива горных пород, включающий нагружение стенок скважины распорнымфиксированным давлением и измерениесмещений точек поверхности массивапри его.нагружении с последующей об работкой данных, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью определенияперемещений точек поверхности массиваво всех направлениях относительно направления приложения сил и повышенияточности измерений, поверхность нагруженного массива освещают когерентным светом и экспонируют ее на регистрирующую среду, при этом смещение точек массива определяют по фор муле где Ф - коэффициент уменьшения изображения;Х - длина волны излучения;11" - угловое расхождение интерференционных полос,Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерскихработ. Л ВНИМИ, 1966, с. 156-164ЗО2. Методические указания но проведению натурных испытаний и механических свойств угля и пород с помощью давильной установки. Л., ВНИМИ,1966 (прототип).ктор Г, Огарсное 5 Патент",г.Ужгород,ктная,Составитель Е. Борисов иляк Техред М.Голинка КоррТираж 630 Подп Государственного комитета СС елам изобретений и открытий осква ЖРаушская.наб.