Способ определения напряженного состояния горных пород в массиве и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

ел

оо о

vj

ны пластин породы в пробах, по которым определяют значение и ориентацию действующих в массиве напряжений. В устройстве для осуществления данного способа излучатель вътолнен в виде жестко соединенных цилиндрических секций 1. Первая секция имеет излучающий элемент с максимальной т-рой излучения, не превышающей т-ру плавления породы, ю остальные секции - излучающие элементы с переменной по длине секций т-рой. Устр-во имеет также емкости 2 для сбора проб, которые установлены между секциями 1 и выполнены с внутренними 15

радиальными перегородками. Перегородки соседних секций 1 сдвинуты одна относительно другой на угол, определяемый кол-вом перегородок и емкостей 2. Поверхности емкостей со стороны излучателей вьтолнены из отражающего материала с теплоизолированной обратной поверхностью. Наличие этого материала исключает электрометрическое разрушение участков скважин, расположенных на уровне емкостей для сбора породы. Это устраняет погрешность замеров объема отбитой породы и заклинивание сттх-ва. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение оперативности и достоверности определения напряженного для этого состояния. Бурят скважины и отбирают пробы в сечениях, перпендикулярных оси скважины. Раздельно по периметру скважины осуществляют воздействия на стенки ее потоком инфракрасного излучения различной интенсивности. При анализе измеряют толщины пластин породы в пробах, по которым определяют значение и ориентацию действующих в массиве напряжений. В устройстве для осуществления данного способа излучатель выполнен в виде жестко соединенных цилиндрических секций 1. Первая секция имеет излучающий элемент с максимальной т-рой излучения, не превышающей т-ру плавления породы, остальные секции - излучающие элементы с переменной по длине секций т-рой. Устр-во имеет также емкости 2 для сбора проб, которые установлены между секциями 1 и выполнены с внутренними радиальными перегородками. Перегородку соседних секций 1 сдвинуты одна относительно другой на угол, определяемый кол-вом перегородок и емкостей 2. Поверхностей со стороны излучателей выполнены из отражающего материала с теплоизолированной обратной поверхностью. Наличие этого материала исключает электрометрическое разрушение участков скважин, расположенных на уровне емкостей для сбора породы. Это устраняет погрешность замеров объема отбитой породы и заклинивание стр-ва. 2 с.п. ф-лы. 6 ил.

Изобребретение относится к горному делу, в частности к методам исследования состояния горных пород в массиве путем отбора проб из стенок скважин.

Цель изобретения - повьппение оперативности и достоверности определения напряженного состояния.

На фиг. 1 показано устройство для определения напряженного состояния горных пород в массивеj на фиг.2 - разрез А-А на фиг. фиг.З - скважина,рат- рез; на фиг. 4 - зависимость времени С откола пластин от плотности g потока инфракрасного излученияj на фиг. 5 - зависимость толщцны h отбиваемых пластин от g; на фиг. 6 - зависимость относительного объема , отбиваемой породы, от g.

Устройство содержит инфракрасный излучатель, состоящий из цилиндрических секций 1 различной мощности излу- чения, и установленных между ними цилиндрических емкостей 2 для сбора отбитой породы. Секции 1 и емкости 2 жестко закреплены на подаюп;ей штанге

7, делящими емкости 2 на несколько ра ных по объекту отсеков 8, при этом перегородки 7 соседних емкостей 2 сдвинуты одна относительно другой на У1 ол d, определяемый выражением

Лп21Г

п

m

n(m-ir

количество отсеков 8 в каждой емкости 2;

количество секций 1 излучателя.

Количество секций 1 и отсеков 8 в емкостях 2 для сбора породы в конечно итоге определяется необходимой точностью в определении направлений действия главных напряжений. При этом следует учитывать, что линейные размеры отсеков 8 должны быть таковы, чтобы обеспечить пропуск отбитых пластин максимальной, характерной для данного процесса, крупности.

Эксперименты показывают, что даже для минимальных плотностей потока излучения (Т ) размеры пластин не превьппают радиуса скважины. Таким образом, оптимальное п 6, оптимальное число 1 составляет три- пять.

Теплоизоляция 6 исключает электротермическое (ЭТ) разрушение участков скважин, расположенных на уровне емкостей 2 для сбора породы, что устраняет погрешность замеров объема отбитой породы и заклинивание устройства.

Выполнение внутренних частей воронок 4 и колец 5 из отражающего материала позволяет сосредоточить мощ- ность излучающих секций 1 на разру- участках и исключить перегрев емкостей 2. Излучающие элементы первой из секций 1 имеют максимально возможную температуру, но не превышающую температуру плавления породы (для апатито нефелинов Т„ 950-980°С). Излучающие элементы остальных секций

имеют переменную по высоте температу- ,ру. Это достигается, например, изменением сечения нихромовой проволрки, являющейся излучающим элементом, или из-, менением шага навивки проволоки на цилиндрический изолирующий каркас.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью механизма подачи (не по-ю казан) устройство подается в скважину, устанавливается на заданной высоте и включаются излучающие сепцин 1. Поток электромагнитного излучения, попадающий на стенки скважины, нагрева-15 ет породу, вызьшая в ней термонапряледней. Отбирая порода попадает в отсеки 8 цилиндрических емкостей 2.

Первая секция 1 имеет максимальную температуру излучения, т.е. плотность потока на скважине составляет 50-80 кВт/м. В этом случае напряженное состояние массива не сказывается на процесс ЭТ-разрушения, и его продукты представляют собой мельчайшие частицы размером порядка 1 мм (фиг. 4 и 5).

Последующие секции 1 имеют переменную по высоте температуру (температурная характеристика одинакова для всех секций, кроме секции 1) и во всех емкостях, собранная порода имеет разную крупность. Если напряженное состояние массива незначительно, то крупность и толщина hj изменяются в соответствии с кривой 1 на фиг. 5., Для действующих в массиве напряжений порядка нескольких сотен кг/см картина будет иной.Большая часть объема отбитой породы будет пред;ставлена пластинами толощны h,., в несколько раз большей h. Причем h ho для любых g g (, (кривая 2, фиг. 5) и эти пластины легко отделяются от остальной породы после ситового анализа. Как видно из графика на фиг. 6, объем отбиваемый в единицу време1т со скважины при g g также возрастает (кривая 2) по Сравнению с чисто ЭТ- воздействием (кривая 1).

В случае изотропных напряжений

толщина hjj пластин

Пример 1. При расширении скважин 0105 мм (такие скважины по

массива 6, 6

и отбиваемый объем V не зависят от УГ-55 наибольшее распространение на

ла

ны

в

, определяющего участок скважи- 1, с которого взята проба.

При этом по характерной для значения g -i go толщине пластин h ho

подъемных рудниках) устройством, с тоящим из m 3 секций, получают тр пробы породы. Пробы с второй и тре тьей секций имеют одинаковый объем

определяются значения действующих в массиве напряжений:

. (1+у) лГз EKRo,,ч

с.,з (Т)у

где у

ho. L

Rg- радиус скважины;

V - коэффициент Пуассона;

К - коэффициент постели упругого основания;

Е - модуль Юнга, Па. В случае анизотропных напряжений, например 6, 63 , начиная с g g, толщина пластин и объем породы,отбиваемой с разных участков по периметру скважины, изменяются в зависимости от угла в для каждой секции.

Направление действия 6 и б опр-еде- ляется следующим образом. 0 0°и 180 соответствуют отсеки с наименьшими толщиной пластины h, и объемом V, . 9 90° и 270° соответствуют отсеки с наибольшими h и V.

По значениям h, и hj значений действующих в массиве напряжений 6, и 6, определяются из выражений

6г6з

1 241(Т

3EKe Ulli:2Ai Hlziii

JZi

(2)

(1+у,) Ti+уГР

35

/ f - ЗЕККо ,6,- -f- 1. 40

б(6,) (Т+УэУ

(3)

5

0

где у, --УЗ

hL RO

hi

RO

В случае трещиноватости массива, сказывающейся на показателях электро- TepMmiecKoro разрушения, необходимо учесть ее влияние, приняв в приведенных выражениях скорректированное по известным зависимостям значение мо дуля Юнга.

Пример 1. При расширении скважин 0105 мм (такие скважины полу

наибольшее распространение на

подъемных рудниках) устройством, состоящим из m 3 секций, получают три пробы породы. Пробы с второй и третьей секций имеют одинаковый объем

V, причем отбитая порода равномерно распределена по объемам емкостей, т.е. 6, бд.

После ситового анализа определяют г максимальную толщину пластин h 1,5 см, т.е. у 0,3. Известно, что -10 кг/см. Рассчитывают действующие в массиве напряжения по форму- , ле (1):10

6 435 кг/см

Для данного случая определено значение плотности потока ,6 Вт/см, при котором на параметрах ЭТ-разрушеh 1 CMj 6, 465 кг/см,

h 2 см;

450 кг/см.

Формула изобретения

ния начинает сказьшаться горное дайле-15 сечениях, перпендикулярных оси сква- ние, Дпя данного случая зависимости параметров ЭТ-разрушения ( (, h, V) от плотности потока g показаны на фиг. 4-6.

Пример 2. Емкости 2 для сбо- 20 Р анализе измеряют толщины плас- ра породы устройства разбиты внутрен- тин породы в пробах, по которым опре-- ними перегородками 7 на отсеков. Вторая и третья емкости сдвинуты друг относительно друга на угол

30°.25

На фиг. 2 сплошными линиями показаны внутренние перегородки емкости 2, а штриховыми - емкости, которые сдвинуты друг относительно друга на угол

жины, осуществляют раздельно по периметру скважины путем воздействия на стенки скважин потоком инфракрасного излучения различной инстенсивности,.

деляют значение и ориентацию действующих в массиве напряжений,

Проба и емкости 2 распределена .следующим образом. Максимальный объем сосредоточен в tf, а минимальный в Ь (нумерация отсеков идет в алфавитном порядке от 0). В емкости 2 соот- 35 ° температурой излуг1ения, не превышающей температуру плавления породы, а остальные имеют излучающие элементы с переменной по длине секций температурой, емкости для сбора проб усветственно получают: V отсеки а; V - отсеки g . Таким образом, наМИН

правление действия 6,находится в растворе, образуемом пересечением секторов 5 и о( , а направление действия 40тановлены между секциями и выполнены

6, в растворе, образуемом пересечени-с внутренними радиальными перегородем В и 8.ками, при этом перегородки соседних

Таким образом, направление действияемкостей сдвинуты одна относительно

6, от точки 0-165, 6j- 75. Точностьдругой на угол, определяемый количеств определении направления при этом 45вом перегородок и емкостей, а поверхсоставляет t15.ности емкостей со стороны излучателей

Далее по выражениям (2) и (3) опре-выполнены из отражающего материала с

деляются 6,и (дз , исходя из измерен-теплоизолированной обратной поверхных толщин пластин:ностью.

h 1 CMj 6, 465 кг/см,

h 2 см;

450 кг/см.

Формула изобретения

сечениях, перпендикулярных оси сква-

жины, осуществляют раздельно по периметру скважины путем воздействия на стенки скважин потоком инфракрасного излучения различной инстенсивности,.

Р анализе измеряют толщины плас- тин породы в пробах, по которым опре--

деляют значение и ориентацию действующих в массиве напряжений,

Г,сек

W

О г до д,вт/см фиг.

f

.Ъ

h,CH

g.BmlcM

Фце.5

Фиг. 6