Способ определения состояния горных пород в массиве Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

1

Изобретение откосится к горному делу и предназначено для оценки состояния горных пород в массиве с цепью прогнозирования устойчивости выработок и буримости скважин.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 показано вдавливание штампа в породу до разрушения и после разрушения; на фиг.2 - измерение по скважине глубины вдавливания штампа до разрушения и после разрушения..

На фиг. 1 и 2 обозначено; h, h , hj - глубина вдавливания штампа в породу соответственно до разрушения, после разрушения и с момента начала разрушения; Р - прилагаемое к штампу,-усилие дпя вдавливания в породу; I - штамп; 2 - прогиб шли фoвaннoгo приповерхностного слоя породы под штампом до момента начала разрушения; 3 - лунка выкола под штампом; 4 - стенка выработки; 5 - скважина; 6 - постоянные интервалы бурения скважшш для измерения глубины Вдавливания штампа , 7 - точки измерения глубины вдавливания штампа.

Способ осуществляют следующие образом.

В стенке горной выработки 4 бурят скважину 5. Бурение проводят постоянными интервалами 6, ив точках 7j соответствующих концу интервала 6, шлифуют забой скважины и вдавливануг в него штамп 1, который нагружают усилием Р. Штамп 1 вдавливают до разрушения породы. Измеряют в каждой точке 7 глубину вдавливания до разрушения породы Ь , соответствующую прогибу 2 породы под штампом 1, и глубину вдавливания после разрушения h , равную глубине лунки 3. Глубину вдавливания до раз рушения пароды h, принимают за относительный критерий степени напряженности породы в массиве. Участки массива, на которых по скважине 5 получают различную глубину вдавливания К , характеризуются неравномерным распределением напряжения. Точки, имеющие меньшие значения глубины вдавливания К , характери- эуртся повьиденнъгми значениями напряжений. Выделяют точки максимума и минимума значений Ц, . В этих точках дополнительно определяют глубину

59005 . 2

вдавливания ттямпа 1 с момента начала разрушения Ь., соответственно гта 1чм которая равна глубине лунки 3 за вычетом прогиба по-- 5 роды 2. При превьтюнии значений глубины вдавливания Ь в точке минимума относительно точки максимума ипи равенстве Ь, в этих точках ( : ) состояние породы на всем to участке массива, пересекаемого скважиной 5, определяют как находящейся в стадии нарастания напряжений, .упругости и дробимости во всех точках 7 относительно других точек, (5 имеющих повышенные значения i . При h, . h породы находятся в стаimin ,QX

ДНИ относительного снижения упругости в точках 7, имеющих значение Ь,, ниже соседних. При равенстве нулю

20 глубины вдавливания с момента нача- . ла разрушения bj оценивают состояние породы в стадии перехода в пластическое состояние без дробимости, при этом при равенстве bj нулю в

25 точках максимума и минимума - на всем участке массива, пересекаемом скважиной 5j а при равенстве l-ij нулю только в точке минимума - это состояние оценивают на участках

30 массива, имеющем точки 7 с величи- нойК, , равной нулю. Эти точки- 7 ; устанавливают дополнительным опреде - лением величины 13 каждой из них.

Контроль состояния породы в глу35 бине массива базируется на экспериментально полученном стабильном снижении глубины вдавливания штампа до разрушения породы с увеличением напряжений и приближении ее к глубине вдавливания после разрушения при напряжениях за пределом упругости породы. При нарастании напряжений до предела упругости породы происходит нарастание ее упругости и дро бшдасти под штампом, а при нарастании напряжения за пределом упругости порода приобретает пластические свойства со снижением упругости и дробимости под штампом и в дапьней50 шем переходит в состояние полной пластичности без дробимости и образования отпечатка, соответствую- щего форме штампа. При зтом глубина вдавливания штампа до разруше55 ния породы стабильно снижается при увеличении напряжений до предела упругости и за пределом упругости, глубина вдавливания после разру40

3

шения-снижается или возрастает в зависимости от дробимости и микрот щиноватости породы. Определяя линейные геометрические параметры разруиения породы под штампом в точках максимума и минимума глубины вдавливания до разрушения, судят об относительном состоянии породы в промежуточных точках на всей глубине массива, пересекаемого скважиной.

Пример . Из горной вьфабот- ки, пройденной по кварцевым песчаникам Кизела, имеющим прочность при одноосном сжатии 250 МПа и равный ей предел упругости, по напластованию породы перфоратором бурят скважину диаметром 42 мм и длиной 5 м. Бурение проводят интервалами длиной 0,2 м. После бурения каждого интервала специальной коронкой шлифуют забой. 111лифовку проводят с чистотой на порядок меньшей минимальной глубины вдавливания штампа и шероховатостей забоя скважины. Чистоту шли фовки контролируют по величине подачи буровой штанги, которую задают, исходя из снятия максимальных шероховатостей и обеспечения полного контакта породы со штампом.

С ПОМОРЬЮ гидравлического сква- жинного прибора, развивающего усили до 200 кН, достаточного для разрушения пород любой прочности, в шлифованный забой скважины на каждом интервале вдавливают штамп в виде усеченного конуса с диаметром сечения 5 мм. Вдавливание проводят до разрушения породы и образования лунки выкола. Связанным со штампом посредством тягового механизма индикатором часового типа измеряют глубину вдавливания до разрушения породы и после разрушения. Разрушение породы фиксируют по индикатору часового типа, снабженному контрольной стрелкой. В момент разрушения наблюдают резкий скачок в погружении штампа, который отмечают по скачку основной стрелки.

2590054

Глубина вдавливания до разрушения изменялась по длине скважины от долей мм до целых мм, свидетельствуя о неравномерности распределе- 5 ния напряжений в массиве. Максимальное значение глубины вдавлива-; ния до разрушения составляет 2,40 мм, минимальное 0,53 мм. Соответственно глубина вдавливания 10 после разрушения в этих точках составляла 5,17 мм и 3,36 мм. Глубина вдавливания штампа с момента начала разрушения в точке максимума равна

t5

5,l 7-2,40 2,77 мм.

5

0

5

в точке минимум

3,36-0,53 2,83 мм. I

Разницей 0,06 мм пренебрегают с уче- 0 том коэффициента вариации данных, составляющего до 15% за счет влияния естественных условий залегания и проявления динамики хрупкого выкола, и считают глубины вдавливания 5 с момента начала разрушения в точках максимума и минимума равными. В соответствии с условием h. hj кварцевый песчаник по глубине скважины считают находящимся в Q стадии нарастания упругости и дробимости во всех соседних точках, имеющих относительное уменьшение величины вдавливания до разрушения. По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить точность контроля состояния породы в глубине массива, так как базируется на измерении стабильно связанной .с уровнем напряжений глубины вдавлива- :ния штампа в шлифованную поверхность забоя скважины до разрушения породы и на определении зависящей от упруго-пластических свойств напряженной породы глубины вдавливания штампа в процессе разрушения без вычисления работы разрушения,искажающей результаты контроля вследствие неоднозначного учета изменения механических свойств породы под действием напряжений до и после пре0

дела упругости.

к

б

Фиг. 2

г