Способ определения напряженного состояния горных пород Советский патент 1983 года по МПК G01V1/00 

910Способ относится к горной промьплленности и предназначен для определе ния напряженного состояния горных пород (наприглер, соляных или. калийных), в массиве вблизи контура сечения выработок. Для измерения напряженного состоя ния массива горних пород известны м тоды разгрузки, позволящие определять абсолютные значения напряжений Г1. Однако эти методы трудоемки и тре буют применения сложной аппаратуры. Известны способы определения напр жений в горных породах, заключающие ся в механическом испытании выбуренн го из массива образца. Один из них основан на том, что нагружение образ ца, снятие нагрузки и измерение деформаций производят циклично с увели чением величины нагрузки в каждом последующем цикле, а на величину действовавшего в массиве на образец напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту умень шения модуля деформации С 23-. Такой способ характеризуется слож нйй методикой испытаний и недостаточ ной точностью пoлyчae Фi x количествен ных значений напряжений, действовавших на образец в массиве, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ оценки напряженности массива горных пород, заключающийся в нагружении образца с постоянной скоростью, приеме и записи импульсов акустической эмиссии. Способ основан на первоначальном разрушении образца горной породал, приеме акустическим преобразователем импульсов акустической эмиссии, сопровождающих трещинообразование, и их регистрации. Для замера напряженного состояния массива горных пород ётим способом производят его тариров ку на основе изучения звукоактивности горных пород (количества импульсов за единицу времени) при нагружении образцов различными нагрузками О напряженности массива горных пород судят по числу импульсов в единицу времени, возникающих в результате искусственного возмущения поля напряжений Сз . Однако известный способ характе ризуется недостаточной точностью и дает приближенную оценку напряженнос ти массива. Цель изобретения - повышение точности определения напряженного состо ния горных пород. Указанная цель достигается тем, что согласно- способу определения напряженного состояния горных пород заключающемуся в нагружении образца с постоянной скоростью, приеме и записи импульсов акустической эмиссии, производят выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор, а за величину действовавшего в массиве напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту прекращения приема импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор в данной плоскости нагружения. При этом выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трацин , и пор производят по их форме, имеющей вид пакета гармонических синусоидальных колебаний. На фиг. 1 показана блок-схема устройства, с помощью которого реализуется способ} на фиг. 2 - формы импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор и импульсов от микроразрушений} на фиг. 3 -пример разрушения образца. Способ определения напряженного состояния горных пород осуществляется следующим образом. Образец 1, выбранный из массива не более, чем неделю назад, помещают под пресс 2, предварительно приклеив к одной из его сторон преобразователь 3 акустических сигналов, нагружают с постоянной скоростью до разрушающей нагрузки. Преобразователь 3 соединен через предварительныйусилитель 4 с магнитофоном 5, подсоединен к шлейфовому осциллографу б. Кроме того, на фиг. 1 показаны шаровая пята 7, индикатор 8 продольных деформаций, индикатор 9 поперечных деформаций, прокладки 10. Одновременно с нагружением образ-, ца производят запись на фотобумагу пшейфового осциллографа импульсов акустической эмиссии и по их форме осуществляют разделение на импульсы акустической эмиссии от закрытия трещин и пор .11 и иьтульсы от микроразрушенйй 12. Осциллограммызаписи разрушения образцов расшифровываются, а после этого осуществляется построение графика для определения действующего в массиве на образец напряжения. Пример разрушения образца пласта представлен на фиг. 3, где обозначены 13 - действующая на образ:ец нагрузка . (кг/cNrJ; 14 - количество импульсов от микроразрушений; 15 количество импульсов от закрытия пор и троцин. Нагрузка, при которой прекращается прием импульсов от закрытия пор и трещин, соответствует нагрузке, действовавшей на образец в массиве в данной плоскости нагружения. Это явление объясняется тем, что если образец находился в массиве под определенной нагрузкой, то в нем происходит разрыв связей между кристаллами,которые не выдерживают данной нагрузки. После отделения, образца из массива в

нем происходит релаксация напряжений, и образец разуплотняется. При повторном нагружении образца под прессом трещины и поры начинают закрываться до нагрузки, не превышающей ту, которая действовала на образец в массиве.

Закрытие трещин и пор сопровождается импульсс1ми акустической эмиссии. При записи процесса разрушения на фотобумагу шлейфового осциллографа эти импульсы будут наблюдаться в , виде пакетов гармонических синусоидаль.ных колебаний, т.е. это явление ха.рактеризует память горных пород на действие на них нагрузки.

Для повышение точности определен ния напряженного состояния необходимо производить запись всего процесса разрушения на фотобумагу шлейфового осциллографа, так как электронике осциллографы не позволяют делать это. Разделение импульсов акустической эмиссии на импульсы от закрытия пор и трещин и импульсы акустической эмиссии от микроразрушений производят по форме сигналов на осциллограмме, воспризводящей процесс разрушения. При. расшифровке осциллограмм отмечают .нагрузку, при которой прекратился прием акустических сигналов, соответствовавших импульсам акустической

эмиссии от закрытия трещин и пор (гармоническая форма сигналов).

Испытывая образцы в различных плоскостях, можно узнать величину действоваших на них напряжений в данных направлениях. Полученные напряжения сравниваются с напряженнями, полученными с помощью базового способа - метода разгрузки. Базовы } способ очень трудоемок (в 4-6 раэ) .и не позволяет получать оперативную {информацию об абсолктых напряжениях а для соляных пород мало пригоден.

По сравнению с базовым объектом при использовании предлагаемого cfioсоба уменьшается трудоемкость в 4 раза, как исключаются операции по выбуриванию кернов с помсяцью скваикин различного диаметра, наклеиванию т ензодатчиков и вычислению напряжений по формулам теории упругостиJ не требуется применение сложной, дорогостоящей аппаратуры.

Кроме этого, надежность определения напряжений по методу разгрузки в значительной степени зависит от обоснованности принятых значений модуля упругости и коэффициента Пуассона/которые определяются на тех же кернах, на которых определяются деформации упругого восстановления.

//

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД,заключающийся в нагружении образца с постоянной скоростью, приеме и записи импульсов акустической эмиссии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения напряженного состояния горных пород, производят выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор, а за величину действовавшего в массиве напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту прекращения приема импульсов акустической эмиссии от закрыту1я трещин и пор в данной плоскости нагружегния. 2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что вьщеление импуль- сов акустической эмиссии от закрытия jg трещин и пор производят по их форме, (Л J имеющей вид пакета гармонических синусоидальных колебаний. 10 СП 00 о оо со

/2 бстгЗО г ISO