Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве и устройство для его осуществления

(51)4 Е 21 С 3 00 Ь,С. гС 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ов, Ю,И.ПротВ.И.Геофии контроля Наука,о СССР 1975. Сл СО СР ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(56) Турчанинов И.А., Панзические методы определеннапряжений в массиве. - Л1975, с. 9"12, 22-24.Авторское свидетельств585284, кл. Е 21 В 7/28(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В МАССИВЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение оперативности и достоверности определения напряженного состояния. Для этого бурят скважины и отбирают пробы в сечениях, перпендикулярных оси скважины. Раздельно по периметру скважины осуществляют воздействия на стенки ее потоком инфракрасного излучения различной интенсивности. При анализе измеряют толщи 3 1530770 4ны пластин породы в пробах, по кото- радиапьными перегородками. Перегородрым определяют значение и ориентацию ки соседних секцийсдвинуты одна отдействующих в массиве напряжений. В носительно другой на угол, определяе - устройстве для осуществления данного мый кол-вом перегородок и емкостей 2.5способа излучатель выполнен в виде же- Поверхности емкостей со стороны излустко соединенных цилиндрических секций чателей выполнены из отражающего ма. Первая секция имеет излучающий эле- териала с теплоизолированной обратной мент с максимальной т-рой излучения, поверхностью. Наличие этого материала не превышающей т-ру плавления породы, 1 О исключает электрометрическое разрушеостальные секцйи - излучающие элемен- ние участков скважин, расположенных ты с переменной по длине секций т-рой, на уровне емкостей для сбора породы. Устр-во имеет также емкости 2 для сбо- Это устраняет погрешность замеров объра проб, которые установлены между ема отбитой породы и заклинивание секциями 1 и выполнены с внутренними 15 ст ва. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.Иэобребретение относится к горномуделу, в частности к методам исследования состояния горных пород в массиве путем отбора проб из стенокскважин,Цель изобретения - повышение оперативности и достоверности определения 25напряженного состояния.На фиг. 1 показано устройство дляопределения напряженного состояния горных пород в массиве на фиг,2 - разрезА-А на фиг.11 на фиг,З - скважина,разреэ;на фиг,4 - зависимость времениоткола пластин от плотности р потокаинфракрасного излучения, на фиг. 5зависимость толщины Ь отбиваемых пластин от р; на фиг. 6 - зависимость от 35носительного объема 7, отбиваемойотн фпороды, отУстройство содержит инфракрасныйизлучатель, состоящий из цилиндрических секций 1 различной мощности излучения, и установленных между нимицилиндрических емкостей 2 для сбораотбитой породы, Секции 1 и емкости 2жестко закреплены на подающей штанге3, На емкостях 2 под секциями 1 установлены кольцевые конические воронки4, В плоскости дна к емкостям 2 поиварены кольца 5. Внутренние частиворонок 4 и колец 5 выполнены из отражающего материала, а их обратныеповерхности, как и боковые поверхностиемкостей 2, покрыты теплоизоляционнымматериалом 6, Емкости 2 выполнены свнутренними радиальными перегородками7, делящими емкости 2 на несколько рав,5ных по объекту отсеков 8, при этом перегородки 7 соседних емкостей 2 сдвинуты одна относительно другой наугол М определяемый выражением 2 1 Г с и(ш) где и - количество отсеков 8 в каждой емкости 2 ш - количество секций 1 излучателя. Количество секций 1 и отсеков 8 вемкостях 2 для сбора породы в конечномитоге определяется необходимой точностью в определении направлений действия главных напряжений. При этомследует учитывать, что линейные размеры отсеков 8 должны быть таковы,чтобы обеспечить пропуск отбитых пластин максимальной, характерной дляданного процесса, крупности,Эксперименты показывают, что дажедля минимальных плотностей потока излучения (Т= 600 С) размеры пластинне превьппают радиуса скважины. Такимобразом, оптимальное п = 6, оптимальное число секций 1 составляет трипять.Теплоиэоляция 6 исключает электротермическое (ЭТ) разрушение участковскважин, расположенных на уровне емкостей 2 для сбора породы, что устраняет погрешность замеров объема отбитой породы и эаклинивание устройства.Выполнение внутренних частей воронок 4 и колец 5 иэ отражающего материала позволяет сосредоточить мощ-ность излучающих секций 1 на разрушаемых участках и исключить перегревемкостей 2Излучающие элементы первой из секций 1 имеют максимальновозможную температуру, но не превышаю щую температуру плавления породы (дляапатито-нефелинов Т 950-980 С). Излучающие элементы остальных секцийПервая секция 1 имеет максимальную температуру излучения, т,е, плотность потока на скважине составляет 50-80 кВт/м. В этом случае напряженное состояние массива не сказывается 25 на процесс Э 1-разрушения, и его продукты представляют собой мельчайшие частицы размером порядка 1 мм (фиг.4 и 5).Последующие секции 1 имеют переменную по высоте температуру (температурная характеристика одинакова для всех секций, кроме секции 1) и во всех емкостях, собранная порода имеет разную крупность, Если напряженное состояние массива незначительно, то крупность и толщина Ьэ изменяются в соответствии с кривой 1 на фиг, 5., Для действующих в массиве напряжений порядка нескольких сотен кг/см кар тина будет иной, Большая часть объема отбитой породы будет представлена пластинами толщины Ь в несколькосраз большей Ь г. Причем Ь = Ь, для любых д ( 8 (кривая 2, фиг. 5) и эти пластины легко отделяются от остальной породы после ситового анализа. Как видно из графика на фиг. 6, объем отбиваемый в единицу времени со скважины при я ( я также возрастает (кривая 2) по Сравнению с чисто ЭТ- воздействием (кривая 1).В случае изотропных напряжений массива 6= 6 з толщина Ь пластин и отбиваемый объем Ч не зависят от угла О, определяющего участок скважины, с которого взята проба.При этом по характерной для значения д ( я, толщине пластин Ь = Ь 1 ЗЕККо (1+ 3) з 24 (1-) Ы 1 1 6 (г)(3 где Ко В случае трещиноватости массива, сказывающейся на показателях электро термического разрушения, необходимо учесть ее влияние, приняв в приведен ных выражениях скорректированное по известным зависимостям значение модуля Юнга.П р и м е р 1. При расширении скважин ф 105 мм (такие скважины полу чили наибольшее распространение на, подъемных рудниках) устройством, со тоящим из ш = 3 секций, получают три пробы породы, Пробы с второй и третьей секций имеют одинаковый объем с 5 1530770 6,имеют переменную по высоте температу- определяются значения действующих в ру. Это достигается, например, измене- массиве напряжений; нием сечения нихромовой проволрки, являющейся излучающим элементом, или из- (1+) 3 ЕКК менением шага навивки проволоки на ци 4 9 (1-4)У линдрический изолирующий каркас. Способ осуществляется следующим где у = - - Ьо, К 1 образом.оК - радиус скважины; С помощью механизма подачи (не поОо4 - коэффициент Пуассона казан) устройство подается в скважиК - коэффициент постели упругого ну, устанавливается на заданной высооснования; те и включаются излучающие секцииЕ - модуль Юнга, Па, Поток электромагнитного излучения, поВ случае аниэотропных напряжений, падающий на стенки скважины, нагреванапример 66 , начиная с д ет породу, вызывая в ней термонапря 3 ъ офтолщина пластин и объем породы,отжения, приводящие к разрушению посбиваемой с разных участков по периледней. Отбирая порода попадает в отметру скважины, изменяются в зависисеки 8 цилиндрических емкостей 2. мости от угла 6 для каждой секции. Направление действияи 6 опреде 1 ляется следующим образом, В = 0 ио 180 соответствуют отсеки с наименьшими толщиной пластины Ь, и объемом Ч, . 8= 90 и 270 О соответствуют отсеки с наибольшими Ь и ЧзПо значениям Ь, и Ь з значений действующих в массиве напряжений Б и 61определяются иэ выраженийЧ, причем отбитая порода равномерно распределена по объемам емкостей, т.е. ,= 6После ситового анализа определяют максимальную толщину пластин Ь =1,5 см, т.е. у = 0,3. Известно, что ЕК 5 10 ф кг/см . Рассчитывают действующие в массиве напряжения по форму-, ле (1): 106 = 435 кг/смДля данного случая опрЕделено значение плотности потока=2,6 Вт/см, при котором на параметрах ЭТ-разрушения начинает сказываться горное давле 15 ние. Для данного случая зависимости параметров ЭТ-разрушения ( ь, Ь, И от плотности потока Р показанЫ на фиг. 4-6.П р и м е р 2, Емкости 2 для сбо ра породы устройства разбиты внутренними перегородками 7 на Ь 6 отсеков. Вторая и третья емкости сдвинуты друг относительно друга на уголо( = 30 О, 25На фиг. 2 сплошными линиями показаны внутренние перегородки емкости 2, а штриховыми - емкости, которые сдвинуты друг относительно друга на уголо= 30 30Проба в емкости 2 распределена .следУющим образом. Иаксимальный объем сосредоточен в д, а минимальный вЬ (нумерация отсеков идет в алфавитном порядке от О). В емкости 2 сост ветственно получают: Ч ," отсеки а; Ч - отсеки 5, Таким образом наминФ правление действия б находится в растворе, образуемом пересечением секторов Г и б, а направление действия 40 6, в растворе, образуемом пересечением В и ВТаким образом, направление действия6, от точки 0-165 , 6 - 75 . Точность в определении направления при этом 45 составляет ф 15.Далее по выражениям (2) и (3) определяются Ь,и Ь, исходя из измеренных толщин пластин: Ь,= 1 см; б, = 465 кг/см, Ь = 2 см; 6 = 450 кг/см,Формула изобретения1, Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве,включающий бурение скважин, отбор ианализ проб породы со стенок скважин,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения оперативности и достоверности определения отбор проб всечениях, перпендикулярных оси скважины, осуществляют раздельно по периметру скважины путем воздействия настенки скважин потоком инфракрасногоизлучения различной инстенсивности,.а при анализе измеряют толщины пластин породы в пробах, по которым опредсляют значение и ориентацию действующих в массиве напряжений,2, Устройство для определения напряженного состояния горных пород в массиве, содержащее инфракрасный излучатель, связанную с ним подающую штангу и емкости с воронками для сбора отбиваемой породы, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что излучатель выполнен в виде жестко соединенных цилиндрических секций, первая из которыхимеет излучающий элемент с максимальной температурой излучения, не превышающей температуру плавления породы а остальные имеют излучающие элементы с переменной по длине секций температурой, емкости для сбора проб установлены между секциями и выполнены с внутренними радиальными перегородками, при этом перегородки соседних емкостей сдвинуты одна относительно другой на угол, определяемый количеством перегородок и емкостей, а поверхности емкостей со стороны излучателей выполнены из отражающего материала с теплоизолированной обратной поверх- ностью/рЙ Составитель В.ТапьвРедактор Н.Яцола Техред М,дидык ектор О, ципл Подписно 7875 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ЗакаВНИИП Тираж 449 еи открытиям при ГКНТ СССРаб., д. 4/5 Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская н