Способ определения контактной прочности пород по керну колонкового бурения и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

венного керна 3 с зазором 4 в зоне трещины, измерительное устройство 5, роликовый подшипник 6, упорную раму 7, приводы 8 для создания усилий, нормальных к полости трещины и сдвигающих сальники 9 в отверстиях бортиков 10, съемную пружину 11 противодействующей нагрузки.

Способ определения контактной прочности пород по керну колонкового бурения осуществляется следующим образом.

Измеряют угол наклона трещины транспортиром и диаметр керна штангенциркулем. По этим данным по номограмме определяют площадь сдвига, имеющую форму эллипса (в см). В зависимости от пробы назначают величины удельных вертикальных нагрузок. Цементируют керн водостойким портландцементом (марки 500) в прямоугольных формах с фиксацией горизонтального зазора в зоне сдвига шириной до 1 см. Для свободного отделения полуформ от цемента после его схватывания последние изнутри смазываются техническим маслом. Зацементированный керн помещают в нишу 2 с бортиком 10 вокруг нее. Заполняют нишу 2 водой выше уровня верхней границы зоны сдвига по трещине или поверхности скольжения, ориентированных горизонтально. Первичный сдвиг производят с той стороны, где в сечении торца преобладает порода, с противоположной стороны укладывают противодействующую пружину. Сдвигающее усилие фиксируют по разнице показаний сдвигающей и противодействующей силы. Второй и последующие сдвиги сопровождаются перестановкой съемной пружины.

Цементации и испытанию подвергаются образцы (керны) цилиндрической формы с трещинами (залеченными и открытыми) без предварительной обработки их поверхности иторцов. Это позволяет использовать обширный керновый материал разведочного бурения по породам вскрыши, полученный при разведке месторождений полезных ископаемых с целью изучения прочности трещиноватых скальных пород в массиве.

Помещение зацементированного в прямоугольные формы керна с оставлением зазора в нишу позволяет зафиксировать неподвижную (нижнюю) часть керна при сдриге, а бортик вокруг этой ниши с отверстиями и сальниками в них для прохождения штоков в торцовых частях позволяет одновременно замочить зону сдвига и передать горизонтальное усилие на верхнюю часть образца без утечки воды. Помещение зоны сдвига в воде моделирует условия обводнения разломов и оползней.

Повторяемость сдвига достигается получением установившейся прочности, которая фиксируется на вспомогательных графиках зависимости сопротивления сдвигу от количества повторных сдвигов.

Применение съемной противодействующей пружины и сдвиги за счет разницы сдвигающей и противодействующей нагрузки позволяет более полно отражать напряженно-деформированное состояние в зоне разломов или в зоне основного деформирующегося горизонта в оползне.

Перемена направления сдвига позволяет установить влияние его на контактную

прочность по трещине, а в совокупности с повторяемостью сдвигов моделируется реальная динамика разнонаправленных и многократных подвижек на современном этапе развития разломов и на оползневых

участках.

Осуществление первого сдвига со стороны того торца керна, где выше зоны сдвига в поперечном сечении преобладает порода, обеспечивает в наименьшей степени включение в работу наиболее слабой части системы целик образца - цемент, приуроченный к их контакту при определении первичной (максимальной) контактной прочности (без нарушения естественных

структурных связей), особенно существенной при испытаниях по залеченным трещинам или по напластованию.

Определение площади сдвига по трещине на образцах цилиндрической формы

до начала эксперимента на сдвиг аналитически (по номограмме) в зависимости от диаметра образца и угла наклона трещины позволяет целенаправленно с учетом реальных условий деформиоования задавать вертикальные нагрузки

Формула изобретения 1. Способ определения контактной прочности пород по керну колонкового бурения, включающий предварительную цементацию керна и горизонтальный сдвиг при различных вертикальных нагрузках, отличающийся тем, что. с целью повышения точности определения прочности пород в массиве путем создания напряженно-деформированных условий, близких к реальным, в обводненных зонах активных разломов и оползней, вычисляют площадь сдвига частей керна, определяют величину вертикальных нагрузок, помещают керн в

воду, осуществляют сдвиг многократно и разнонаправлено с созданием горизонтальной противодействующей силы, измеряют усилия сдвигов, по которым определяют установившуюся контактную прочность.

2. Устройство для определения контактной прочности пород по керну колонкового бурения, содержащее механизмы для создания вертикальных и горизонтальных нагрузок, измерительные приборы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения прочности пород в массиве путем создания напряженно-деформированных условий, близких

к реальным, в обводненных зонах активных разломов и оползней, механизм горигон- тальных нагрузок выполнен в виде встречно направленных приводов со штоками, предназначенных для взаимодействия с торцами керна, устройство снабжено элементом, противодействующим сдвигу стен, выполненным в виде пружины, попеременно устанавливаемой на одном из штоков.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение точности определения прочности пород в массиве путем создания напряженно-деформированных условий, близких к реальным, в обводненных зонах активных разломов и оползней. Осуществляют предварительную цементацию керна и горизонтальный сдвиг при различных вертикальных нагрузках. Вычисляют площадь сдвига частей керна и определяют величину вертикальных нагрузок. Затем помещают керн в воду, осуществляют сдвиг многократно и разнонаправленно с созданием горизонтальной противодействующей силы. Измеряют усилия сдвигов, по которым определяют установившуюся контактную прочность. Устр-во для реализации способа содержит механизм для создания вертикальных и горизонтальных нагрузок, выполненный в виде встречно направленных приводов со штоками, предназначенных для взаимодействия с торцами керна, элемент, противодействующий сдвигу стен, выполненный в виде пружины попеременно установленной на одном из штоков. Определение площади сдвига по трещине на образцах цилиндрической формы до начала эксперимента на сдвиг аналитически в зависимости до диаметра образца и угла наклона трещин позволяет целенаправленно с учетом реальных условий деформирования задавать вертикальные нагрузки. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

. фиг 1

153045

Угол наклона трещин Фиг 3

Лер&ичная контактная прочность

,5хг/с

гою

S.CH

60 а, град

Ус/ланобиби/аяся кон/г ахл #0я лроумс/яь

Су -0,Ь кг/мг