Способ определения деформационных характеристик массива горных пород

(19) П 1) СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 1 00 3(5 Е ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ)(22) 01.07.8246) 23.02.84. Бил.Р 772) С.Н. Журин и Б.А. Фомин (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологиии маркшейдерскому,целу(56) 1. Авторское свидетельство СССР749975, кл. Е 02 0 1/02, 1980.2. ЯцдевСей МеСЬойв оГ БеСегшп 1 щ 1 п БС 1 РеГогшад 111 Су оГ Носхв (РагС 1). - 1 пСегпаСопа 1 Юоцгпа 1 оХ ВосЫ Месдап 1 св апй М 1 п 1 пд Бс 1 епсев 8 с Оеошесдап 1,св АдвСгаскСв, Чо 1 цше 16, Бцшшег 3, )цпе 1979, р. 197-202.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАССИВАГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурениескважин, размещение в них датчикови приложение нагрузки к исследуемомумассиву горных пород, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения области применения в повышения точности исследований, на границах исследуемого массива горныхпород размещают восемь датчиков напряжений, образующих призму, на прямой между центрами оснований призмы размещают датчик деформаций, наэтой же прямой на расстоянии отисследуемого массива, превышающемне менее, чем в 10 раз длину ребра упризмы, размещают заряд взрывчатоговещества, а приложение нагрузки осуществляют путем взрыва заряда взрывчатого вещества.Изобретение относится к строительству, в частности к инженерной геологииИзвестен способ определения механических характеристик горных породпутем образования щелей с поверхности грунта, приложения кваэистатической нагрузки на стенки щелей споследующим замером давления в щелях, деформаций горной породы принагружении и деформаций восстановления после снятия нагрузки 1.Однако способ не дает достоверных результатов при определении деформируемости горных пород в условиях естественного залегания, таккак при выполнении щелей снимаютсяестественные напряжения массива, чтоможет вызвать необратимые изменения свойств породы.Наиболее близким техническим ре 2 Ошением к изобретению является способопределения деформационных характеристик массива горных пород, включающий бурение скважин, размещениев них датчиков и приложение нагрузки к исследуемому массиву горныхпород 12,Недостатки известного способазаключаются н том, что Он имеетограниченную область применения ине может быть использован при ис"следовании нысокопрочных скальныхпород из-за малых деформаций, получаемых в глубине массива гри поверхностном нагружении домкратами,Кроме того, деформационные характеристики получаются Недостаточнодостоверными, так как измерения деформаций горных пород производятв зоне влияния горной выработки,которая проводится при использонании известного способа.Цель изобретения - расширениеобласти применения и повышениеточности исследований.Цель достигается тем, что сОГ- ласно способу Определения деформационных характеристик массива горных пород, включающему бурение скважин, размещение н них датчиков и приложение нагрузки к исследуемому массиву горных пород, на грани: цах исследуемого массина горных г 1 О- род размещают восемь датчиков на-, пряжений, образующих призму, на прямой между центрами оснований призьи размещают датчик деформаций, на этой же прямой на расстоянии От исследуемого массива превышающем че менее, чем в 10 раз длину ребра призмы, размещают заряд взрывчато:;:. го вещества, а приложение нагрузки осуществляют путем взрыва заряда взрывчатого вещества.На чертеже представлена схема расположения скважин, датчиков и заряда взрывчатого вещества в исследуемом массиве,Способ осуществляется следующимобразом,При определении, деформационныххарактеристик массива в окрестности выбранной точки М по заданномунаправлению МК выбирают профиль КОна поверхности обнажения массива,и проекцию точки М на профиль КО принимают эа начало отсчета точка О),Скважинами 1 и 2 оконтуривают исследуемый объем 3 АВСРЕРОН, ориентируяих попарно н двух параллельных плоскостях АНСИ и ЕРСН.Характерный размер исследуемогообъема 3 должен не менее, чем н10 раз превышать характерный размерструктурного блока массива. Дляэтого одну пару Оконтуринающих скважин 1 бурят из точки, расположеннойна профиле КО, на расстоянии От начала отсчета ОгДе 10 - РасстоЯние От точки М Допрофиля КО;угол между профилем КО и плоскостью, образованной парой Оконтуривающих скважин;3 - расстояние между плоскостями оконтуринающих скнажин,угол 11, выбирается так, чтобы нормаль 4 к параллельным плоскостям АВСБ и ЕЕВН совпадала с направлением МК, по которому необходимо Определить деформационные характерис- тики, Вторую пару Оконтуривающих скважин 2 бурят иэ точки, расположенной на профиле КО на расстоянииьОт начала Отсчета ОНапранления Оконтуринающих 1 и 2задаются угламио1"-0 Глубина Оконтурива;"Ощих скнажин первой пары должна быть не менее2. вяк сов йи глубина ОкО 11 турина 101 Цих скнажын нтО рой пары должна быть не менее(210131 соэа.вп )12 В 10 К сов РЗатем бурят измерительную скважинус:1 через выбранную точку М н направлении нормали 4 из точки,. расположенной на расстоянииот начала отсчета О, до глубины неменее Р,-а(соек М ЯЮНК СОЭ Д го д (соикан м)26 ю и со ри в каждой оконтуривающей скважиневторой пары на глубинах21.д(созеьпо)ю г эок сов р 35 40 г, а(со,-.,с 1 гбнс с 05 345 помещают датчики 8 напряжения, об- . разующие призму, регйстрирующие изменение напряженного состояния в двух направлениях (в плоскости пар оконтуривающих скважин и перпейдикулярно этой плоскости), например по два однокомпонентных спаренных электрогидравлических датчика напряжений, повернутых на 90 о относи- . тельно друг друга,55Размещают в измерительной скважине датчик 9 деформаций с базой, равной О , так, чтобы датчик 9 весь находился в исследуемом объеме 3 и регистрировал изменение расстояниямежду точками измерительной скважи ны 5, расположенными кз глубинах Фс 1 СОБИ12 асов ф 2143 соеког соекИз точки, расположенной на профиле ОК на расстоянии 1 от начала отсчета, бурят нагрузочную скважину б в одной плоскости с измерительной скважиной 5 на глубину не менее102 Ь+3 соэм"т=гнцс совпод углом оо = Ф + , гдегхьн 15г. ,соэ,с ) к - расстояние от точки пересечения геометрической оси нагрузочной скважины б с геометричеокой осью измерительной скважины 5 до наиболее удаленной от поверхнос ти обнажения массива 7 плоскости оконтуривающих скважин ЕРОНВ выбирается из условия нагружения исследуемого объема 3 плоской волной напряжения в пределах (200-500)Й о, 25 где о - радиус сосредоточенного заряда взрывчатого вещества, но не менее, чем 10 о . В каждой оконтуривающей скважине первой пары на глубинах 30 г о-О собии2 соэ 06например, тензометрическую штангу,Размещают в нагрузочной скважине б в точке Р сосредоточенный заряд взрывчатого вещества 10, взрывая который, создают в массиве волну напряжения, и нагружают последней исследуемый объем 3. Замеряют в исследуемом объеме 3 с помощью датчиков 8 напряжения составляющие напряжений в направлении распространения волны би и перпендикулярно на правлению распространения волны б а с помощью датчика деформаций из" меряют деформацию с, исследуемого объема в направлении распространения волны. Деформационные характеристики рассчитывают по известным формулам теорни упругости: коэффициент.6Ламе Ъ = в ; коэффициент Пуассона;модуль Юнга,Е = - (1 ф)(-2 ;6 +оцЕмодуль сдвига Й= (, = - (3 и -6,1.гО) г сДеформационные характеристики вычисляются при однородном напряженном состоянии исследуемого объема, что контролируется равенством показаний датчиков напряжений, расположенных .в дальней и ближней от заряда взрывчатого вещества параллельных плоскостях.П р и и е р. При проведении исследований на шахте, отрабатывающей месторождение железистых кварцитов, массив которых разбит трещинами на структурные блоки размерами б0,2-0,.3 м, определены следующие параметры эксперимента по определению деформационных характеристик окрестности точки М, расположенной в вертикальной плоскости ниже оси вентиляционного штрека на глубине 25 мнаправлении, задаваемом углом 60осью вентиляционного штрекаг характерный размер структурного блока 5 = 0,25 м; характерный размер исследуемого объема 3 = 2,5 м = 105 угол наклона плоскостей оконтуривающих скважин о = 30 о; угол между оконтуривающими скважинами 2 Дс йнюос 1 - ,: 2,6; угол наклона измерительной скважины 90 о- М = 60 , угол наклона йагрузочнойскважины2 Я Внк1Й 4=дг 03 СОВАрасстояние от исследуемого объема до заряда взрываемого вещества В10= 25 м, сосредоточенный заряд взрывчатого вещества с харак терным размером, равным диаметру скважины при проведении ее станком НКР, - 100 м, Р = 0,1 м.Таким образом, 1 = 250 Й,т,е. измерения будут произведены в,дальней зоне взрыва, иисследуемый объем 5 будет нагружен плоской волной напряжений.55, 35Глубина измерительной скважины неменее о = 29,98 м. Глубина нагрузочкой скважины не менее 457,90 м,Глубина оконтуривающих скважин 35первой пары не менее= 49,10 мвторой пары - не менее 1 к "- 53,42 м,Датчик деформаций тензометрическая штанга) должен регистрироватьизменение расстояния между точками измерительной скважины, распо"ложенными на глубинах= 29,98 ми:8 = 27,48 м.Датчики напряжений спаренныеэлектрогидравлическке) помещаются 75в оконтуривающих скважинах на глубине: в скважинах первой пары Ц:= 49,10 м и 1., = 4 б,бО,м, н сква. жинах второй пары= 53,42 ми Ьц = 50,92 м.ЗОЗаряд взрывчатого вещества помещается н нагрузочной скважине на глубине 4 = 57 90 м,Датчики деформаций и напряжений подсоединяются через тензоусилктель к осциллографу типа Бпо одному датчику на каждый канал и на один канал сигнал генератора звуковой частоты для получения меток времени на осциллограмме. Осущест. нляют взрыв заряда взрывчатого вещества, регистрируя изменения напряжений в деформации исследуемого объема, к после обработки осциллограмм по приведенным Формулам определяют деформационные характеркстиккюПредлагаемый способ определения деформационных характеристик горных пород обладает по сравнению с известным большей достоверностью результатон измерения, так как благодаря предлагаемому расположению скважин и заряда взрывчатого вещества измерения могут проводиться на значительном удалении от обнаженной поверхности массива, ограниченном только возможностям современного бурового оборудования, что позволяет исключить влияние обнаженных поверхностей масскна и недущкхся горных работ к позволяет проводить кзьерения при естественном напряженном состоянии горных пород. Лспользование изобретения позволяет определить деформационные характеристики объемов массива, соизмеримых или превышающих размеры предлагаемого инженерного сооружения.Кроме того, изобретение позволяет измерять деформационные характеристики весьма. крепких скальных пород. В известных способах нагружение скальных пород с помощью применяемых н настоящее время средств, например механических, гидравлических к т,п не може" обеспечить деформаций, которые могут быть точно измерены сущестнующими пркборамк.1074958 Составитель В. Малыаевдактор А, Шишкина Техред А.Бабинец корректор а дписно Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна 470/ ВНЛ по1130 7ПИ Государаделам иэобр5, Москва,ираж 644 Пвенного комитета СССРтений и открытий