Способ определения главных напряжений в массиве Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для контроля напряженного состояния массива горных пород.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг.1 представлена конструкция устройства для реализации способа и размещение устройства в скважине; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит жесткий разъем- t ный корпус 1 с подвижной частью 2, цилиндрическими выточками 3, каналом 4 нагружения с отверстиями 5, силовыми плунжерами 6 с уплотнением 7, каналом 8 возврата и датчиком акустической эмиссии (не показан).

Способ осуществляют следующим образом.

В направлении одного из главных напряжений бурят скважину. Устройство размещается в скважине таким образом, чтобы плоскость разьема между корпусом 1 и его

подвижной частью 2 совпала с плоскостью действия определяемого напряжения. Подают жидкость (масло) под давлением, под силовой плунжер б по каналу 4 нагружения и производят направленный разрыв поверхности скважины. Момент разрыва поверхности скважины фиксируется методом акустической эмиссии (A3) при помощи датчика АЭ закрепленного в корпусе устройства. После первого разрыва поверхности скважины, сняв нагрузку в устройстве, его поворачивают на определенный угол и производят аналогичным образом еще два разрыва. При этом для упрощения расчетов два направления разрыва должны быть взаимно перпендикулярными. Каждый раз в момент разрыва поверхности скважины фиксируют величину давления р в устройстве , а затем определяют величину разрывающей нагрузки

P p-S-n,

где S - площадь плунжера устройства; п - количество плунжеров.

(Л

С

о

Ч

Јь 00 Ч)

:4

Напряжение, при котором происходит разрыв стенки скважины, определяется из выражения

о)

где I - рабочая длина устройства;

h - глубина трещины разрыва.

Глубину h определяют на основании связи между энергией (длительностью) акустических сигналов, эмитируемых при возникновении и развитии трещин, и их линейным размером, или по извлекаемому впоследствии трубчатому керну,

Вычисляемые напряжения (1) состоят из суммы двух напряжений, одно из которых является пределом прочности породы i на разрыв ар при отсутствии нагрузки на ее поверхности, а второе - напряжением Осж, действующим в измеряемом месте массива в заданном направлении:

(У сгр + асж ,(2)

Напряжение ар определяют путем испытания кернов горной породы на одноосное растяжение. Тогда напряжение, действующее на поверхность скважины, перпендикулярно к плоскости проведенного разрыва, определяется как

7сж О1 - 0р .(3)

В результате проведения трех направленных разрывов получаем три значения Ос в одной скважине: Ox.tfy соответствен- но s направлении, перпендикулярном осям X и Y,(Jy B плоскости, направленной под углом р к одной из осей.

Вычисления величин и направления главных напряжений сводится к решению задачи о плоском напряженном состоянии в точке, для которой уравнения равновесия имеют вид:

гь 7Х cos2 р + Оу sin2f/ + тх 2 ip ; (4)

i т -тЈ (ok - Оу) sin - тх cos 2 р .(5)

Подставив полученные в эксперименте величины о х, о у, оу и р в (4), определяют

значение касательного напряжения гх. Подставив значение тх в уравнение (5) и приравняв его к нулю, получают направление главных напряжений 2гх

(6)

Величина главных напряжений гл и О2 на внутренней стенке скважины определяется по формуле (4), заменяя угол р на я

р0 И (fa + -Tjr

Поскольку скважина, на поверхности которой определяются а и oj , явля ется концентратором напряжений, то напряжения в массиве едва раза меньше, чем вычисленные.

Для определения главных напряжений в массиве при объемном напряженном состоянии необходимо пробурить 3 ортогональных скважины и для каждой скважины произвести по 3 разрыва. Полученные при этом парные значения определяемых напряжений а х, о у, о z повышают достоверность полученных значений напряжений,

что особенно важно при определении напряжений в элементах систем разработок, имеющих конечные размеры, совпадающие по порядку с/областью проведения измерений.

Преимущество способа состоит в его простоте, точности и оперативности.

Формула изобретения Способ определения главных напряжений в массиве, включающий приложение нагрузки на поверхность скважины вплоть до ее разрыва, определение величины рёзры- вающей нагрузки и последующее вычисление главных напряжений, f т л и ч а ющи й0 с я тем, что, с целью повышения точности, осуществляют направленный разрыв участка поверхности скважины по нескольким направлениям, два из которых взаимно перпендикулярны.

&3

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение точности. В измерительную скважину (ИС) устанавливают нагрузочное устройство (НУ), позволяющее проводить направленный разрыв поверхности ИС. Повышают давление в НУ до образования разрыва ИС и фиксируют его значение. Изменяя ориентацию НУ, осуществляют направленный разрыв поверхности ИС в нескольких направлениях, два из которых взаимно перпендикулярны. По полученным значениям давления разрыва определяют величину и направление главных напряжений. 2 ил.

Составитель К, Лыков Редактор Л. Пчолинская Техред М.Моргентал

Фиа.1

Корректор М. Кучерявая