Способ определения величины неупругого смещения пород на контуре горной выработки Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения величин смещения контура выработки. Известен способ определения величины см щения контура выработки, включающий бурение скважин, установку в них реперов на различных расстояш1ях от контура выработки и измерение смещений пород на контуре выработки (1 . Недостатками данного способа . являются его высокая трудоемкость и длительность. Известен способ определения величины не упругого смещения пород на сонтуре горной выработки, включающий измерение напряжений нетронутого породного массива, о ределенне глубины зоны неупругих деформа ций, отбор проб, изготовление из них образцов, их испытание и расчет величины не упругого смещения пород на контуре выработки на основании полученных результатов 21. Однако зтот способ характеризуется низкой- точностью, поскольку он не учитьшает характер нагружения пород в массиве. Целью изобретения является повышение точности исследований. Указанная цель достигается тем, чго согласно способу, включающему измерение напряжений нетрон)ггого породного массива, определение глубины зоны неупругих деформаций, отбор проб, изготовление из них образцов, их испытание и расчет величины неупругого смещения пород на контуре выработки на основании полученных результатов, образцы изготавливают ориентированными по трем главным осям напряжений, возникающих вокруг выработки, а испытания образцов проводят при нх трехосном нагружении, при зтом сначала нагружают образец по трем осям до напряжений нетронутого массива, затем прекращают нагружение по продольной оси, продолжая нагружение по тангенциальной оси до начала неупругого деформирования образца и одновременно уменьщая нагрузку по радиальной оси до величины заданного сопротивления крепи, измеряют длину образца по радиальной оси в начале и в конце процесса его неупругого деформирования- и оцределяют величину неупругого смещения пород на контуре горной выработ ,ки по формуле .ЗЬб Р BH, где S. - длина образца по радиальной оси в начале его неупругого деформи рования; SP - длина образца по радиальной оси в конце его неупругого деформи рования; ц - глубина зоны н упругих деформа ций пород вокруг выработки. Способ осуществляют следующим образом Измеряют напряжения в нетронутом породном массиве известными способами. Например, для слабых осадочных пород, где давление веса налегающего массива превосходит сопротивление пород одноосному ежатию, определяют по гидростатическому закону распределения напряжений в нетронутом массиве . (1} где , (э,,Оа- напряжения в массиве по взаимно ортогональным осям (вертикальное и боковые); пг - средневзвещенная плотность налегающих пород; Н - глубина заложения проекти емой выработки. После определения напряжений в нетронуто породном массиве намечают в пространстве породного массива трассу-положение продол ной оси X будущей выработки и строят . графики распределения у словно-мгновенных упругих тангенциальных ( (ЭР ) и радиальных ( ё., ) напряжений по радиальной ко орд1шате ( г ). Затем отбирают в породном массиве мон лит, например керн из буровой скважины, и изготавливают из него образец, который ориентируют таким образом, чтобы его стоРОНЫ были перпендикулярны главным осям условно-мгновенных упругих напряжений, возникающих вокруг выработки при ее про ведении, так же, как и в массиве: нижняя и верхняя стороны П1врпендш улярио оси тангенциальных напряжений (s , боковые стороны, параллельные плоскости поперечного сечения выработки, перпендикулярно оси продольных напряжений э и две другое боковые стороны - перпендикулярно оси радиальных напряжений (5 . Соответствие сторон образца главным осям условно мгно венных упругих напряжений маркируют. Полученный образец помещают в камеру трехосного сжатия и равномерно нагружают по трем осям до напряжений нетронутого массива, затем нагружение оси продольных напряжений прекращают, по оси тангенциальных напряжений увеличивают, а по оси радиальных напряжений нагрузки синхронно и пропорционально, в соответствии с распределением условно-мгновенных упругих напряжений вокруг выработки по радиальной координате уменьшают, причем повышение нагружения по. тангенциальной оси ведут до начала неупругого деформирования образца и останавливают, а уменьшение нагружения по радиальной оси продолжают вести до величины заданного сопротивления крепи. В момент начала неупругого деформирования образца измеряют его длину по оси радиальных напряжений и величины напряжений, вызвавших его неупругое деформирование. После прекращения процесса неупругого деформирования образца при снижении нагрузки до величины заданного сопротивления крепи опять измеряют длину образца по оси радиальных напряжений. Результаты измерений представляют в формулу (2), по которой вычисляют величину неупругого смещения пород на контуре горной выработки и-0,ЗЬ8 H.U; где и - величина неупругого смещения пород на контуре горной выработки; SP - длина образца по оси радиальных напряжений в конце процесса его неупругого деформирования; SA - длина образца в начале процесса его неупругого деформирования по оси радиальных напряжении; ц - глубина зоны неупругих деформаций пород вокруг горной выработки. Глубина зоны неупругих деформаций может быть определена известным расчетным путем, например по Ю. М. Либерману (см. Ю. М. Либерман. Давление на крепь капитальных выработок. М., Изд-во Наука, 1969, с. 65-66). Предлагаемый режим ориентирования и испытания образцов в камере трехосного сжатия и расчет величины неупругого смещения пород на контуре горной выработки позволяет получать более точный конечный результат с меньшими трудозатратами. Уменьшение трудозатрат обусловлено тем, что все характернстики породы, необходимые для расчета, получают на одном образце и на одной установке. В известном решении.

прототипе, необходимо для каждой характеристики nopoiuii испытать свой образец на специальной индивидуальной установке.

Повышение точности обеспечивается тем, что при испытаниях единого образца измеряют сразу все необходимые для расчета характеристики пород, приближенные к характеристикам реального массива. В известном решении все характеристики разобщены одна от другой, конечный результат не учитьгеает характеры развития напряжений в реальном массиве и получается с большей ошибкой.

Формула изобретения

Способ определения величины неупругого смешения пород на контуре горной выработки, включаюший измерение напряжений нетронутого породного массива, определение глубинь зоны неупругих деформаций, отбор проб, изготовление из них образцов, их испытание и расчет величины у неупругого смешения пород на контуре выработки на оснований полученных результатов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности исследований, образцы изготавливают ориентированными по трем главным осям напряжений, возникающих вокруг

0258}6

выработки, а испытания образцов проводят при их трехосном нагружении, при зтом сна- чала нагружают образец по трем осям до напряжений нетронутого массива, затем пре5 кращают нагружение по продольной оси, продолжая нагружение по тангенциальной оси до начала неупругого деформирования образца и одновременно уменьшая нагрузку по радиальной оси до величины заданного сопро10 тивления крепи, измеряют длину образца по радиальной оси в начале н в конце процесса его неупругого деформирования и определяют величину неупругого смешения пород на контуре горной выработки по формуле

,зье g

HI

где БД - длина образца по радиальной оси в начале его неупругого Деформирования;

SP - длина образца по радиальной оси в конце его неупругого деформирования;

РН глубина зоны неупругих деформаций пород вокруг выработки. Источники информации,.

принятые во внимание при зкспертизе

1.Глушко В. Т. и др. Охрана выработок глубоких шахт. М., Недра, 1975, с. 89-90.

2.Там же, с. 165-172.