Способ определения напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

Фиг.1

4 4:

Изобретение относится к горному делу, в частности к определению напряженного состояния горных пород в массиве.

Известен способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий бурение скважин, введения неполяризующихся электродов в каждую из них и проведение локальных измерений геоэлектрического тока 1.

Недостатком данного способа является низкая точность измерения напряженного состояния, связанная с влиянием ряда мешающих факторов, например влажности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий отбор образцов и их механическое нагружение.

Согласно способу нагружение образцов проводят циклично с увеличением нагрузки и измеряют возникающие при этом деформации, а за величину действовавшего в массиве на образец напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту уменьщения модуля деформации 2.

Недостатком известного способа является его сложность и низкая производительность, так как определение деформаций образцов горных пород связано с трудоемкими тензометрическими измерениями, а проведение нескольких циклов нагружения, в процессе которых измеряются деформации, требует значительного времени.

Целью изобретения является повыщение производительности и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения напряженного состояния массива горных пород, основанному на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов, определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.

Физические предпосылки изобретения заключаются в следующем.

Известно, что электрическая проводимость горных пород, минералы которых имеют кристаллическую структуру, определяется из текстурными и структурными особенностями, а также дефектами в кристаллах. Так, например, если в кристаллах диэлектриков горных пород есть точечные дефекты в виде вакансий (незанятых узлов кристаллической решетки), то.под действием внещнего электрического поля ион может перескочить на соседнее с ним вакантное место. В образовавшуюся вакансию может

перескочить следующий ион и так далее. В результате происходит движение ваканский, приводящее к переносу заряда чере кристалл. Таким образом, проводимость диэлектрических горных пород пропорциональна концентрации дефектов кристаллов. Концентрация дефектов, в свою очередь, зависит от термодинамического состояния, в котором находятся горные породы-, в частности от их напряженно-деформированного

0 состояния.

Давление Pi, которому подвергаются горные породы в, массиве, приводит к образованию в них некоторого количества дефектов, являющихся носителями тока. Этому количеству дефектов соответствует определенная электрическая проводимость, существенное увеличение которой (при постоянном температурном режиме) возможно только при условии Р PI), когда происходит активизация- новых ранее упорядочен0 ,ных и закрепленных дефектов.

Были проведены эксперименты на образцах различных горных пород (мраморах, известняках, соляных горных породах и др.), которые выдерживались в течение несколь ких часов под нагрузкой РЦ, а затем раз5 гружались. Далее образцы вновь подвергались линейно возрастающему нагружению с одновременной регистрацией их электропроводности. При достижении уровня нагружения значения, равного РН, наблюдалось резкое увеличение проводимости. ЭкспериментьГпоказали также, что «память горных пород о воздействовавщих на них давлениях сохраняется в течение нескольких (3-5) часов после снятия нагрузок (извлечения из массива).

На фиг. 1 представлена одна из возможных схем реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость, поясняющая сущность способа.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью пресса 1 образец 2 горной породы, извлеченный из массива, подвергается сжатию линейно увеличивающимся во времени давлением Р, уровень которого измеряется динамометром 3. Терраомметр 4 измеряет электрическую проводимость о образца 2 в процессе нагружения. Показания динамометра 3 и терраомметра 4 совместно регистрируются двухкоординатным самописцем 5. На фиг. 2 показано характерное изменение электрической проводимости б образца 2 при возрастании давления Р. Линейное увеличение давления Р приводит сначала к практически линейному возрастанию проводимости за счет закрытия микротрещин и пор. При достижении давлением пресса значения Р, 140 кг/см

5 соответствующего давлению, действовавшему на образец в массиве, наблюдается резкое увеличение электрической проводимости.

Предлагаемый способ реализуется с помощью простой выпускаемой серийно аппаратуры, не требует трудоемких операций

и позволяет получать информацию о напряженном состоянии в процессе единичного цикла нагружения образца.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности определения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов, определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.

ь,

cuh

Л

w.

л

л

20 W 60 80 т по по 180 200 Р,кг1см

Фиг.г