Способ определения смещений массива горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

112

Изобретение относится к измерениям смещений внутри массива горных пород и может быть использовано при исследовании деформирования горного массива в бортах карьеров , в откосах различных земляных выемок, отвальной массы в откосах отвалов и в откосах других насьшных соорулсе- НИИ, а также при изучении развития оползней естественных склонов.

При развитии оползней в приборто- вых массивах откосов формируется зона деформирования, смещения в которой на различных участках различны по величине и направлению, в связи с чем надежная оценка деформаций массива может быть произведена только при условии определения направлений и величин смещений внутри массива.

Целью изобретения является повышение точности определения смещений массива горных пород.

На фиг. 1 изображены профили деформирующего откоса в исходном (1) и сдеформированном (2) состоянияХд а также пробуренные с поверхности откоса две вертикальные спаренные скважины (3) и две сквалснны, пробуренные 1ГЗ подземных горных вьфабо- ток (4); на фиг, 2 - исходное и искривленное положение скважин и точе начал, концов и перегибов искривлений, а также четырехугольник А,В,С., D, ограничивающий в плоскости чертежа исследуемый объем горного массива.

Суть способа з а.ключается в том, что для определения смеще1шй массива горных пород производят инклино- метриче скую съемку в спаренных скважинах, .пробуренньпс в створе с плановым смещением деформирующегося массива, определяют направления и вепн чины смещений стволов спаренных скважин по положению точек начал, концов и перегиба искривлешш, а деформацию массива опреде пягот по зависимостям:

.I п V

о- w

L Г

2 Z.

. ) ; S Л

l L:2ljL ),.

G-e arctg (-5й.1.е.1.

. -« - -« - v

B C fV

Zc 5

Zc Zj Ч

в

.

/я

- arctg (-S-2- )

V - V - У + V

K X. X-p- X

f Л О П Д N 1

arctg (-- ; -::-- ---) - А

,,tg (-H -Sc:: 5 ; ; EA)

V I- У t- V 1 Ц- v I

в c iS -A f (e, sin2o(.- xz

где x деформация массива в направлении координатных

-х

л,е,с,п

осей (х, z);

и - составляющие векторов ;B;c;D смещений в координатных осях (х, z) точек А,В,С, D стволов спаренных скважин в вершинах исследуе- - МОго блока массива;

A,6,C,J)

и Z А,е,с,1

координаты вершин А,В,

C,D исследуемого блока

масси;ва;i

A .e, « А;В;О

- координаты вершин A,B,C,D исследуемого блока массива в сдеформированном состоянии;

30 м , 0(1

XZ гпах

35

40

- деформация сдвига в массиве соответственно в координатных осях (XjZ) и в напр авлении смещения (максимальная деформация сдвига);

oL - угол наклона линии смещения к оси X, центра- исследуемого блока массива.

Пример. Способ бьш опробован на деформи;ру1ощемся прибортовом массиве горных пород, слагающих борт карьера высотой 70 м и углом наклона 34°, с уступа которо- 45 го на горизонте 149,;О м бьши пробурены две вертикальные сква;кины.Скважины расположены в створе предварительно установленного маркшейдерскими наблюдениями планового смеще- 50 ния массива на расстоянии друг от друга, составляющем около 10% от высоты откоса. Скважинами оконтурен исследуемый горный массив A,B,C,D Б зоне деформирования откоса с гра- 55 ницами (5),

Координаты устьев сквалдан в принятой условной системе координат, где ось X совпадает с направлением смещех-шя массива, соответственно

равным, м: х 850, 55; z, 149,20 и ,90, ,35.

Пробуренными скважинами оконтурен исследуемьм массив горных пород зоны деформирбвания, имеющей мощность 35-40 м. Скважинами перебурены границы зоны деформирования на глубину 6,0 ми забои скваижин расположены в незатронутом деформациями массиве соответст венно на отметках 91,50 и 93,80 м инклинометри- ческой съемкой установлено исходное (3) и искривленное (3 ) местоположения скважин. Поскольку скважины расположены в створе с направлением смещения массива, предварительно установленным маркшейдерской съемкой, азимутальные измерения в скважинах не производились. Вычислены координаты точек скважин в исходном и искривленном положениях, в том числе координаты точек начал (а, , а), концов (S, SQ) и перегибов (Ь , Ь„) искривлений (фиг, 2), м: ,

848,05;

849,75;

850,80;

129,15;

119,75; 96,50; 858,05; 135,25;

859,78;

124,50;

860,80;

99,80.

При этом начало искривления определяли по зафиксированному отклонению угла наклона ствола сквансины от исходного положения (начало зоны деформирования) . перегиб искривления - по максимальному измеренному углу отклонения искривленного ствола скважины от исходного положеьшя, . конец искривления - по совпадению измеренного и исходного угла наклона сдеформированного ствола скважины от исходного положения. В искривляющейся скважине можно отметить точку максимальной положительной кривизны, расположенную между началом искривления и точкой перегиба, и точку максимальной отрицательной кривизны, расположенную между точкой перегиба и концом искривления, положение которых в искривляющихся скважинах также определяется на основе инкли- нометрических измерений.

01214

По координатам соответственных точек начал, концов и перегибов вычислены направления (наклоны) векторов смещения массива в зоне дефор- ; мирования на участках, примыкаюп5их к линиям, соединяющим попарно указанные точки обеих искривленных скважин

JO

arctg ()

ai 0.4

,-135.25 + 129.15. arrfp I--Jt.)

-858,05 - -848,05 31Н (21Г4);

arctg ()

61 t,u

,-124j 50 + . arctg (. Z859,,75

25°3 (20 3);

5

/ zSi- zfij ч ot-. arctg (- )

3 S,- xsi

.. -99.80 + 96,50

n TT t O I - - --« -- -

arccg V o6o.80 + 850.8C

-860,80 18°3 (198°3).

850,80

)

0

5

0 5 0 5

После установления направлений смещения точек (a,&,b) участок зоны деформирования прибортового массива, ограниченный скважинами,изображен на чертеже в крупном масштабе (1:50). На чертеже отображено исходное и искривленное положения скважин и точек начал, концов и перегибов искривлений, а также четьфехугольник А,В,С, D, ограничивающий в плоскости чертежа исследуемый объем горного массива (фиг. 2). Линии а, а, b , Ь показывают направления перемещений начал и перегибов искривлений, а отрезки , , f, Ц и f Ь равны в масштабе чертежа векторам смещения этих точек, линия является нижней границей зоны деформирования и разделяет смещающуюся часть прибортового массива от неподвижного массива.

Координаты точек е, е,, ,, f и вершин четьфехугольника A,B,C,D снимались с чертежа, графически установленные координаты равны, м: X 850,75; Z 115,00; Ze, 130,45; х.р 860,80; .

128012:

ZB 115,00; z. 125,05; x. 850,43; z 125,00; Zi, 120,25; k 860,93; Zc 125,00; Ze,j, 136,10. Направления смещений

следующим зависимостям.

- 4,

4p-4,

A,, установили интерполировани-Ш блока массива A,B,C,D определяли по ем. При установлении направления (наклона) смещения вершины А исходили из следующего: на интервале e,f,/ разность отметок составляет 130,45 - 120,25 10,20 м, а направление сме-15 щения изменяется от до 205°3,

f. I ( Б ,

с - --- (-- ---- + - --) - -д

1 . -J, + 2j.l4 2 860793 850745

т.е. уменьшается по величине угла на 6°1, тогда при разности отметок точки в) и А равной 130,45-115,00 15,45 м,, направление смещения на 20 интервале изменится на величину 5 вь fиcлeннyю по -зависимости:

6°. 1 15,45 „ 00 4о( -7п-9п - 9 2, а смещение

10 20

точки A произойдет под углом 2114 - 9°2 202°2.

A

25

I

Аналогично методом интерполирования определены направления смещений остальные: вершин четырехугольника:

-Оо 1 г

. 208

30

35

d. 205°3,cip 202 -j, После установле1-шя направлений веришн исследуемого блока массива, из точек A,B5C,D на чертеже проводили отрезки соответственно

под углами f, ) ° пересечения с искривленным положением скважин, при этом точки пересечения указанных отрезков с искривленными CKBa;Ktina№i соответствовали новому местоположению верш-т исследуемого блока в сдефор я.рова.нном массиве, а отрезки АЛ , ВВ , СС и DD соответственно равны векторам смещеш-ш зтих вершин. После вьшолненных по- 45 , 125.00+125,00-115,00-115,00, строений графически определяли ко- --arctg .-gso 45+860 93-860 80-850 75 ординаты А,В,С и D, м:

f +arctg ( SLi- oz 2д

2° X , - X - X I

6 J)

..Za-Zc-Zji + ZA .

- arctg (-&S- ---u.)

V - v

40 -r

arctg (---Byi-- -5 J2 -- .

л) + A

+ arctg (

Z b Z p ..)

6 e-- p + A

Zj - 1 14,88.

Затем no координатам вершин исследуемого блока в исходном и сдеформи- рованном псиюжениях вычисляли состав- ляюир-ie векторов их смещений, м:

д -0,59; 1ft -0,24; ,- -2,1А; tig -1, 4с -Ыб;

П, 0,55 4т, 10,29; -0,12, величины деформап,ий исследуемого

следующим зависимостям.

блока массива A,B,C,D оп

- 4,

4p-4,

A,B,C,D определяли

Б ,

---- + - --) - -д

блока массива A,B,C,D определяли по

1 . -J, + 2j.l4 2 860793 850745

+ . 1 X 0,98

860,80 - 850,75 То 748

л I- f f f r r Г . f f r f t .

, 125.00+125,00-115,00-115,00, -arctg .-gso 45+860 93-860 80-850 75

f +arctg ( SLi- oz 2д

2° X , - X - X I

6 J)

..Za-Zc-Zji + ZA .

arctg (-&S- ---u.)

V - v

, 125.00+125,00-115,00-11 -arctg .-gso 45+860 93-860 80-85

-r

arctg (---Byi-- -5 J2 -- .

л) + A

, 125.00+125,00-115,00-1 .-gso 45+860 93-860 80-8

(

Z b Z p ..)

6 e-- p + A

45 , 125.00+125,00-115,00-115,00, --arctg .-gso 45+860 93-860 80-850 75

-arc

.125 00з125 0д-115 00+115 00 850,45-860,,80+850,75

50 . Л23 86+124;45-1 14,88-114 j 76, arctg 848ЛТ+859,77-860,5Ь850,Тб

. . (123 6+124 45-1.14 88+115 76 s -f-arccg 848,31-859,77-860,51+850,16

55 -89°5 -0 + 82 l + 1 °9 -5 5(-0,0963);

h,ax sin .z COS 2oi,

оС - вычисляли как среднее арифметическое из значений направлений смещения вершин исследуемого блока массива

Л+ Л

204 5;

max ( - (-0,0665) sin(409) - (-0,0963) cos(409°)

0,1282 sin 49 + 0,0963 cos 49° 0,12820 r 0,755 + 0,0963 - 0,656 0,0968 + 0,0632 0,16.

Данный пример выполнения способа относится к случаю,. когда пробуренные скважины в исходном положении не вертикальны (координаты вершин четьфехугольника A,B,C,D по оси х соответственно равны, м: х 850,75; Х 850,45; х 860,93; X 3, 860,80, т.е. на интервале по глубине равной 10 м отличаются на 0,30 м на одной скважине и на 0,13 м - по другой.

При условии, когда пробуренные скважины целиком вертикальны, необходимость в графических построениях отпадает, при этом все необходимые вычисления упрощаются и могут быть произведены аналитически по координатам точек начал, концов и перегиба искривлений и координатам устьев скважин.

При многократных инклинометричес кйх измерениях и соответственно многократном установлении последовательных местоположений искривленных скважин и координат точек начал,концов и перегиба искривлений направление смещения каждой точки может определяться самостоятельно незави- симо друг от друга, направления и величины смещений точек начал, кон- цов и перегибов искривлений между двумя последовательными измерениями при этом вычисляются по их координа там, установленным этими измерениями.

Предлагаемый способ определения смещений ассива горных пород поз

ВОЛИТ получать сведения об объемных деформациях прибортовых массивов в зонах деформирования откосов, на- . правления и величины смещений массива в плоскости спаренных скважин на различных участках зоны деформирования, ограниченной скважинами, деформации горизонтальных и вертикальных растяжений (сжатий) и деформации сдвига.

Формула изобретения

Способ определения смещений мас- сива торных пород, включающий инкли- нометрическую съемку стволов скважин, обсаженных гибкими трубами, в исходном и сдеформированном положениях, отличающийс я тем, что, с целью повыщения точности, инклино- метрическую съемку производят в спаренных скважинах, пробуренных в створе с плановым смещением деформирующегося массива, определяют направле- ния и величины смещений стволов спаренных скважин по положению точек начал, концов и перегиба искривлений, а деформацию массива определяют по зависимостям:

35

40

I

f 0-0 arctg (.I-Su) к2 ; Xg + Хе - Xj, - X/

- arctg (- -a-I-SiJ-I- Ji-l- A.)

В c H A

, Z B + Z c - 2 V - Z д . arrt-cr () 4.

arccg V,,;Xg т X(,Xj,Хд

, ZB - z с - ZD + z« arctg () ;

. b ъ A

- (EX-C ) sin 201.- M , cos 2ci.

fnan

t и

где и ji деформация массива в

направлении координатных осей (х, z);

составляющие векторов смещения в координатных осях (х, z) точек A,B,C,D стволов спаренных скважин в вершинах исследуемого блока массива;

координаты вершин A,B,C,D исследуемого блока массива;

rt;f3 ,c;.i);

и z

A ,

z

5

координаты вершин A,B,C,D исследуемого блока массива в сдефор- мированном состоянии; деформация сдвига в W массиве соответственно

5

W

10 в коорд1тнатных осях

(х, z) и в направлении смещения (максимальная деформация сдвига;

о( - угол наклона линии смещения к оси х, центра исследуемого блока массива.

Изобретение предназначено для определения смещений и деформаций массива горных пород (МГП) в бортах карьеров, в откосах отвалов и других насьшных сооружений, а также при изучении развития оползней на естественных склонах. Цель изобретения - повышение точности определения смещений внутри деформирующегося МГП. В исследуемом МГП бурят спаренные наблюдательные скважины, располагая их в створе с плановым смещением деформирующегося МГП. В наблюдательных скважинах производят ин- клинометрическую съемку в исходном и сдеформированном положениях. По положению точек начал, концов и перегиба искривлений в сдеформирован- ных стволах скважин определяют направления и величины смещений внутри деформирующегося МГП. По ним вычисляют по приведенной зависимости величины горизонтальных и вертикальных деформаций растяжения (сжатия) и деформации сдвига МГП на различных участках зоныдеформирования откосов. Эти величины используют затем при оценке устойчивости прибортовых МГП. 2 ил. i (Л ГчЭ 00

х

Редактор Ю.Середа

Составитель Т.Алексеева Техред И,Попович

Заказ 7032/29 Тираж 470Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

vV

Корректор Е.Рошко