Способ определения удароопасности горных пород в массиве на стадии геологоразведки Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

1

(21)4283179/23-03

(22)13.07.87

(46) 15.07.89. Бюл. tf 26

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела

(72)А.ПоЗапрягаев, А„В.Исаев и Ю.Я.Минин

(53)622.283(088.8)

(56)Указания по определению механических свойств угля и горных пород, склонных к динамическим явлениям. Л.: 1980, с.5-7„

Авторское свидетельство СССР № 840354, кл. Е 21 С 39/00, 1979.

(54)СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРООПАСНОС- ТИ ГХ)РНЫХ ПОЮД В МАССИВЕ НА СТАДИИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДКИ

(57)Изобретение относится к горному делу. Цель - повьппение достоверности прогноза. Из керна, извлеченного из геологоразведочной скважины, изготавливают серию образцов. В каждом образце выбуривают отверстие вдоль его оси. Производят циклическое на- гружение образцов (кернов ) до разрушения стенок отверстия. Нагружение

проводят радиальными и осевыми напряжениями при постоянном для каждого керна отношении их друг к другу.Для различных кернов серии изменяют это отношение от 10 до 5 с единичным шагом. В каждом цикле нагруженил определяют отношение интегральных упругих деформаций к сумме упругих и неупругих деформации. При отношении деформаций менее 0,5 определяют отсутствие потенциальной удароопасности краевой зоны массива при данном и меньших отношениях напряжений,, В противном случае определяют наличие потенциальной удароопасности для всех отношений напряжений. Затем измеряют предел прочности пород на одноосное сжатие (7с коэффициент структурного ослабления пород К, их плотность ft коэффициент концентрации напряжений в зонах повьппенного горного давления К и вычисляют критическую глубину, на которой наступает удароопас- ное состояние И (К Ко )/Г К, где К - коэффициент, равный 80 для гидростатического напряженного состояния и 65 для неравнокомпонентно- го. 1 3.п. ф-лы

с. е

(Л

4

СО СО

оо to

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение достоверности прогноза. Из керна, извлеченного из геологоразведочной скважины, изготавливают серию образцов. В каждом образце выбуривают отверстие вдоль его оси. Производят циклическое нагружение образцов (кернов) до разрушения стенок отверстия. Нагружение проводят радиальными и осевыми напряжениями при постоянном для каждого керна отношении их друг к другу. Для различных кернов серии изменяют это отношение от 10 до 5 с единичным шагом. В каждом цикле нагружения определяют отношение интегральных упругих деформаций к сумме упругих и неупругих деформаций. При отношении деформаций менее 0,5 определяют отсутствие потенциальной удароопасности краевой зоны массива при данном и меньших отношениях напряжений. В противном случае определяют наличие потенциальной удароопасности для всех отношений напряжений. Затем измеряют предел прочности пород на одноосное сжатие σ_сж, коэффициент структурного ослабления пород К_о, их плотность γ, коэффициент концентрации напряжений в зонах повышенного горного давления Кσ и вычисляют критическую глубину, на которой наступает удароопасное состояние H≥(KΣΣ_сжσК_о)/γσК_., где К - коэффициент, равный 80 для гидростатического напряженного состояния и 65 для неравнокомпонентного. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения потенциальной удароопасности массива горньк пород.

Цель изобретения - повышение до- стоверности определения, а также по- вьш1ение информативности способа за счет определения критической глубины горных работ.

Способ осуществляют следующим образоМо

Из керна, извлеченного из геологоразведочной скважины, изготавливают серию образцов (кернов), в одном из которых выбуривают отверстия на глубину не менее 2/3 их высоты. Подготовленные образцы нагружают в гидравлической установке радиальными и осеиыми нагрузками при отношении нчзни- клющих радиальных р и осевых 6„ напряжений в пределах от 10 до 5 на различных кернах серии„ Это отношение выдерживают постоянным в каждом образце при изменении его с единичным шагом в других испытываемых образцах данной разновидности породы.Нагру жение каждого керна производят цикли- чески. В каждом цикле поинтервально наращивают и снимают напряжения в керне до нуля.При этом нагрузку и разгрузку в различных циклах выполняют до интенсивного деформирования и разрушения стенок отверстия в керне.Для каждого цикла нагружение - разгрузка определяют отношение упругих Uy к сумме упругих и неупругих U интегральных радиальных деформаций стенок отверстия иуи , +и.

I

При сохранении этого отношения L /и , +U „ до момента интенсивного деформирования с разрушением стенок отверстия не менее критического зна- ения, равного 0,5 на всем интервале видов напряженного состояния, определяют на1П1чие потенциальной уда роопасности породы в краевой части массива в зоне максимума опорного давления. При отношении упругих и суммарных упругих и неупругих интегральных радиальных деформацш Uy/U ,у +1 j менее 0,5 дальнейшее определение его прекращают и определяют краевую зону массива, как неударо- опасную для всех Г1оследую1ц1тх иидов напряженного состояния в массиве, имеюших 6р/ 6 о мепее ф1жсированноге значения 1 в данном керне.

При установленной потенциальной удароопасности пород осуществляют прогноз крит 1ческой глубины возникновения удароопасного состояния Н, l- звлеченный из геологоразведочной скважины и обработанный по торцам керн без сверления отверстия дополнительно испытывают в условиях одноосного нагружепия и определяют пре- иредел прочности на одноосное сжатие Затем выполняют анализ состояния всег о извлеченного керна, представляющсг О толщу одной разнонидиости с регистрацией интенсивности и (ориентации трешлн, измеряют усреднен1П; н объемный вес пород

у , а рр:)ул1. анализа трещино- натос1и р.1Т ччных разновидностей по

93782

род усредняют для единицы длины к ер- на по мощности толщи пород и опре- Д Утяют коэффициент структурного ос лаблени я породы К, в массиве Проводят анализ наличия крупных геологических нарушений и предполагаемых технологических схем, вызывающих образование зон повышенного горного дав10 Ленин и устанавливают коэффициент

концентрации напряжений К, от влияния этих зон на нетронутый проведением выработок массив. При отсутствии зон повышенного горного давления коэф15 фициент концентрации напряжений К, обуславливаемый проведением выработки, принимают равным 2. Устанавливают по структурным особенностям месторождения и предполагаемым тех20 нологкческим схемам вид напряженного состояния массива и определяют критическую глубину горных работ, при которой, наступает удароопасное состояние в краевой зоне вблизи выра2S Соток по формуле

К 6с, К

-7-кГ-

Н 7,

где К - коэффициент, зависящий от вида напряженного состояния массива, и равньй 80 для гидростатического напряженного состояния и 65 для неравнокомцонентного; предел прочности породы на

одноосное сжатие; К о - коэффициент структурного ослабления пород в массиве; у - плотность пород;

л коэффициент концентрации напряжений в зонах повышенного горного давления. Прогноз цотенциальной удароопасности пород на стадии геологоразведочных работ базируется на экспериментально установленной зависимости их деформационных характеристик от вида напряженного состояния массива, определяемого соотношением между радиальными (J),, и осевыми б„ напря

жениями. Соотношение между моделируемыми в керне радиальными (зр и осевыми 6о напряжениями в интервале от 10 до 5 принято, -исходя из необходимости определения потенциальной

удароопасности пород при тех же видах напряженного состояния, которые имеют место в краевой зоне массива вблизи выработок и зоне максимума

опорного давления. Начиная с десятикратного соотношея 1Я ip/ 6, способность породы к упругому деформированию и разрушению в динамической форме снижается, чтп обусловливает иные значения критериев удароопаг- ности. При моделировании напряжен)о го состояния в зоне максимума давления обеспечипается уточнение факти- ческих деформационных характеристик различных разновидностей пород и сопоставление их с критериальными значениями удароопасного состояния,Критериальное значение потенциальной удароопасности массива, определяемое соотношением между упругими U у и су мерными упругими и неупругими U интегральными деформациями отверстия в керне и / J у +U 70,5, установпено экспериментально при исследовании процесса упругого и неупругого деформирования ударсопас- ных и неудароопасных горных пород пр доведении напряжений до разрушения породы.

Прогноз критич2ск..й глубины во-з- никнонения удароопасного состояния пород вблизи контура выработок при различном напряженном состоянии ь-е- тронутого массива основывается на эксперименталыю установленных коли чественных зависимостях начала процесса неупругот о деформирования сте- liOK моделей скважин разного диамет- ра от соотношения между радиальными ( „ и осевыми 6р напряжениями, т.е. от вида напряженного состояния. Данные зависш- ости обусловливают вв-ще- пие эмпирических коэффициентов в оп- ределение критической глубины Н удароопасного состояния по фактической прочности пород в массиве с учетом его трещиноватости и коэффициента концентрации напряжений.

Таким o6pa3ON, использование предлагаемого способа обеспечивает испытание пород при объемном напряжен- ffOM состоянии с соотношением радиальной и осевой наг рузок, соответствую- nuijvi виду напряженного состояния в окрестности горных выработок в зоне максимума опорного давления. При этом моделируются условия формирования удароопасного состояния пород в глубине краегюй зоны массива с измерением определяюшег о признака потенциальной удароопасности пород от- ношения упругих и полных деформаций.

IQ 15 20 25

937826

Кроме того, предлагаемьв способ позволяет определить критические минимальные глубины проявления горных t ударов в зависимости от вида напряженного состояния пород в массиве.

Формула изобретения

К

где К

- коэффициент, зависящий от врща напряжеиног о состояния

7 149378

массива, и равный 80 дляК„ - коэффи;;иеит структурного огидростатического напряженлабления пород в массиве;

ного состояния и 65 дляУ - плЬтность пород;

неравнокомпонентного; К - коэффициент концентрации

6 - предел прочности породы на напряжений в зонах повышен одноосное сжатие;ного горного давления.