Способ определения напряженного состояния массива горных пород

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 090479 (21) 2749483/22-03 с присоединением заявки Й 9 Е 21 С 39/00 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(53) УДК 620.317. .3 (088.8) Дата опубликования описания 30.10 В 1 В.С. Ямщиков,М.М Манукян,Д;Г. Малюжинец,Л.Л. Павлов,В.М. Карбачинский,А,М. Маслов,В.И. МакарычА.С.Вознесенский, В.М.Кравченко и Н,Г.Шуст 72) Авторы изобретениМосковский ордейа Трудового Красного ЗнаминститутЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНОРНЫХ ПОРОД ция устсвязьми скважуглом а Изобретение относится к способамопределения напряженного состояниямассива горных пород, а также других объектов, находящихся в условияходноосного напряженного состояния,и может быть использовано в горномделе для определения устойчивостигорных выработок.Известны звукометрические способы,определения напряженного состояниягорных пород, в которых используютсяэффекты связи параметров акустичес"кой эмиссии с напряжениями и деформациями в горных породах 11),Недостатками способов являются 15трудности локализации разрушающихсяучастков, а также низкая надежностьизмерений из-эа влияния внешнихакустических шумов.Известен также способ определения 20напряженного состояния массива горных пород путем измерения продольныхдеформаций скважины, пройденной висследуемом массиве 12.Недостатком данного способа яв- . 25ляется невысокая точность измеренийнапряжений вследствие произвольногобурения измерительной скважины относительно направлений главных напряжений в исследуемом массиве. . 30 Цель изобретения - повышение точности определения одноосного напряженного состояния массива пород.Поставленная цель достигается тем, что скважину проходят под углом агссСд О к направлению главного напряжения, где,б - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и,по появлению продольной деформации скважины фиксируют начальное состояние, массива в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций, после чего, измеряя продольные деформации скважины и сравнивая их с наперед установленной предельной деформацией, судят о напряженном состоянии массива горных пород.На фиг. 1 показана диаграмма,нащяжение - деформация скважины, пройденной в исследуемом массиве под углом агссд -Я к направлению главного напряжения; на фиг,2 - схема выбора угла акс сд .Я ; на фиг.3 - схема реализации способа.Диаграмма напряжение - деформаанавливает функциональную1 между продольными деформацияины Ьс, пройденной подгсср Ч р к направлению главного напряжения, и напряжением 6 .На диаграмме отложены характерныеточки: предел упругости горных породбу Г предел прочности горных пород:наперед установленная предельнаяпрдеформация скважины д искИз анализа диаграммы видно; чтоскважина пройденная под угломагссЩ Ю к оси нагружения, поставлена в такой режим деформированияГпри кбтором до достижения пределаупругости 88 у скважина вообще неиспытывает продольных. деформаций(дскв:0)Г а после превышения предела упругости 6 1 Оур продольные деф рмации скважины становятся отличоСКВными от нуля (а скв Ф О).Следовательноу возможность непроизводя разгрузки скважины, пройденной под углом ;агссЬЗ Я к направлению главногонапряжения, поп оявлению в ней продольных деформаеций зафиксировать начальное состоянимассива пород в момент переходагорных пород из упругой в неупругуюобласть деформаций. После этого,измеряя продольные деформации скважины и сравнивая их с наперед установленной предельной деформациейопределяют напряженное состоянне массива пород с большей точностьпрючем если бы начальное напряженноесостояние не было известно.На фиг. 2 показаны массив 2 горных пород (плоский разрез), направ"ление 3 главного напряжения, скважина 4, пройденная под произвольныму глом д к направлению главного напряжения при одноосном напряженнон мсостоянии, характеризуемом параметрами ( Г Я Г Я Г где б- напряжение, действующее в массиве; 8,( - поперечная компонента деформированиямассива; б- осевая компонента деформирования массива,Скважина, пройденная под угломеруна произвольной базе имеет длинух = 1 х е уя где ус - ссеаая прсГО О оГекция базового отрезка на направление оси нагружения, совпадающейс яух хо - поперечная проекция базового отрезка ОК,После действия пригрузки ьб Гнапример вследствие ведения горныхГ5ра от, "б скважина занимает позициюи К,а точки О и К - полОжения ОГ исоответственно, При этом отрезокО К.имеет длину гГу + А г, а проекциэтого отрезка на оси координат -(хр + дс/ и (уо - ду/.,Анализ показывает, что приращениАгГ Ьху,ду связаны между собойсоотношением причем дЕл= уИ= СОИ 51,0 диац Емгде,Ю - коэффициент Пуассона горныхпород исследуемого массива.Поэтому относительная продольнаядеформация скважины равнааха = " ща 6 61 пс( - д-ссе"Н).Приравнивая Ь нулю, получают уравскВнение, которое имеет решение относи 2 О тельно угла сБ .Таким образом, существуют углыпроходки скважины, для которых дажепри д(р Ф 0 до тех пор, пока массивработает в упругой области деформа 25 ций величина продольчой деформацйискважины Ьскэ равняется нулю.Значения этих углов находятсяиз решения уравнения сСд(К = Д и ониравныОуо = агссг.сЗ -/,д30ОГ О = 9- агссц-%Если не конкретизировать выборнаправлений отсчета угла (по часовойстрелке или против нее), то второерешение можно отбросить.Предлагаемый способ реализуетсяв схеме продольного деформометра(фиг. 3) .Схема содержит скважину б, которуюпроходят в массиве 2 под угломФО =4 О = агсс 1 д -1,а к оси 3 нагружения, Вскважине установлены элементы 7-11продольного деформометра. Штанга 7содной стороны жестко связана сверхним репером 8, а с другой - с45 подвижным, штоком 9 радиодатчика 10,жестко связанного с нижний. репером11 еКроме того, схема содержит антенну12 радиодатчика, беспроводную линию13 связи,и пункт 14 сбора информа- .ции.Схема работает следующим образом,Пока массив 2 находится в области упругих деформаций, продольныедеформации скважины отсутствуют ирасстояние между реперами 8 и 11и 55 не изменяется. Радиодатчик 10 поставлен в ждущий режим, т.е. выключен.По появлению продольных деформацийф скважины Ь"в радиодатчик 10 автомати.чески включается. Эта информация60 по беспроводной линии 13 связи поступает на пункт 14 сбора информации, где фиксируется начальное состояние массива пород в момент переходагорных пород из упругой области де 65 формаций в неупругую. После этого В упругой области деформаций массива при одноосном напряженномсостоянии и приращения компонентыдеформирования массива связаны скомпонентами деформирования скважинысоотношениямиизмеряют радиодатчиком 10 продольные деформации скважины Ьф , сравнивают их с наперед установленной предельной деформацией и по разнице этих деформаций судят о напряженном состоянии массива горных пород. 5формула изобретенияСпособ определения напряженногосостояния массива горных пород путемизмерения продольных деформацийскважины, пройденной в исследуемоммассиве, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиопределейия одиоосного напряженного 15состояния массива пород, скважинупроходят под углом о = "агссЯДк направлению главного напряжения,где О - коэффициент Пуассона горныхпород исследуемого массива, и по 20ГВ появлению продольной деформации скважины фиксируют начальное состояниемассива в момент перехода горныхпород из упругой в неупругую областьдеформаций, после чего, измеряяпродольные деформации скважины исравнивая их с наперед установленнойпредельной деформацией, судят о напряженном состоянии массива горныхпород. Источники информации принятые во внимание при экспертизе1. Анцыферов М,С., Анцыферова Н.Г., Каган Л.Я. Сейсмические исследования и проблема прогноза динамических явлений. М., фНаукаф, 1971, с, 7-23.2. Кораблев А.А. Современные методы и приборы для изучения напряженного состояния массива горных пород. М., фНаука, 1969, с. 66"89 (прототип).авитель Е. Борисовае Т.маточка.Кораж 630 Подпцарственного комитета СССРИзобретений и открытийЖ, Ралаская наб., д. 4/5 дактор Т, Мерказ 954 б/4 исное ППП Патент, г. ужгород, ул. ТирНИИПИ Госпо делам35, Моски ректор М. Демчик