Способ оценки напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, предназначено для оценки напряженно-деформированного состояния массива осадочных горных пород и является усовершенствованием изобретения по авт.св, № 1208241.

Известен способ оценки напряженного состояния массива горных пород, заключающийся в возбуждении упругих колебаний в массиве, одновременной регистрации сейсмических и сейсмоэлектрических колебаний в точках заданного профиля, измерения величины электрической напряженности сейсмоэлектрических колебаний и механического напряжения сейсмических колебаний, определении по полученным данным относительной величины модуля сейс- моэлектрической чувствительности.

Однако известный способ работоспособен только в области упругих деформаций и не обеспечивает контроль напряженно-деформированного состояния пород в области малых напряжений, а также вблизи и за пределом прочности, поскольку предполагает прямо пропорциональную связь между напряжением (а) и объемной деформа- цией пород. Известно, также, что полные кривые напряжение-деформации имеют вид, представленный на чертеже, где введены обозначения: еА - поперечные, Ј„.х|

ел го чэ ел

hO

дольные деформации. На начальной стадии роста напряжения (область I) происходит уменьшение объемной деформации, т.е. уплотнение пород. В области упругих деформаций (область II) действует закономерность, положенная в основу известного способа В запредельной области напряжений (область 111) рост объемной деформации происходит при одновременном уменьшении напряжения С учетом этих закономерностей, а также того факта, что в реальном массиве горные породы подвержены воздействию объемного напряжения, приводящего к частичному запрещению поперечных деформаций и, следовательно, увеличению размеров области за счет области II, можно сделать вывод об узком диапазоне работоспособности известного способа.

Цель изобретения - расширение области контроля на все стадии изменения напряженно-деформированного состояния за счет определения знака объемной деформации пород.

Поставленная цель достигается тем, что в способе оценки напряженного состояния массива горных пород, включающем возбуждение упругих колебаний в массиве, регистрацию сейсмических и сейсмоэлект- рических колебаний в точках заданного профиля, измерение величины электрической напряженности сейсмоэлектрических колебаний и механического напряжения сейсми- ческих колебаний, определение по полученным значениям относительной величины модуля сейсмоэлектрической чувствительности, дополнительно в точке возбуждения упругих колебаний регистрируют сейсмические колебания, измеряют частоты максимумов их спектральной плотности и сейсмоэлектрических сигналов в точках заданного профиля, определяют величину отношения этих частот и по изменению величины отношения частот судят о знаке объемной деформации пород.

В основу предлагаемого способа положены следующие физические закономерности С ростом количества трещин и их раскрытием, т.е. объемной деформации пород, происходит пропорциональное смещение в область более низких частот максимума спектральной плотности сейс- моэлектрического сигнала в точке приема относительно сейсмического в точке излучения упругих колебаний. Спектральные характеристики первичных сейсмических и сейсмоэлектрических колебаний в зоне возникновения сейсмоэлектрического эффекта совпадают.

Способ осуществляется следующим образом

На исследуемом участке массива горных пород размещают измерительный профиль с фиксированными точками наблюдения, в которых устанавливают приемники

сейсмических и сейсмоэлектрических колебаний, подключаемые к многоканальной аппаратуре. Причем приемники сейсмоэлектрических сигналов подключают через блок полосовых, например третьоктавных,

фильтров со средними частотами fi,f2,...,fn. Осуществляют возбуждение упругих колебаний источников взрывного типа, вблизи которого предварительно устанавливают дополнительный приемник сейсмических

колебаний, подключаемый к аппаратуре аналогично приемникам сейсмоэлектрических сигналов. Измеряют амплитуды электрической напряженности (Е) сейсмоэлектрического эффекта и механического напряжения (Р) сейсмической волны, а также частоты с максимальным значением амплитуды сейсмического сигнала (от приемника, установленного в пункте возбуждения упругой волны) fie и сейсмоэлектрического сигнала

fi3 в точке профиля. Определяют величину сейсмоэлектрической чувствительности и параметр 6 , вычисляют отношения текущих к начальным значениям s/s0 и д/6о. По изменению s/s0 судят об

изменении механического напряжения, а по изменению величины д/д0- о характере деформации пород. Причем комбинация и указывает на увеличение напряженного состояния пород в области

малых напряжений (область I), комбинация и б/( - в области упругих деформаций (область II), а комбинация и ( указывает на уменьшение напряженного состояния пород за пределом прочности (область III).

В сравнении с известным предлагаемый способ расширяет область применимости на все стадии изменения напряженно-деформированного состояния.

Формула изобретения

Способ оценки напряженного состояния массива горных пород по авт.св, №

1208241, отличающийся тем, что, с целью расширения области контроля на все стадии измерения напряженно-деформированного состояния за счет определения знака объемной деформации пород, в точке

возбуждения упругих колебаний дополнительно регистрируют сейсмические колебания, измеряют частоты максимумов их спектральной плотности и сейсмоэлектрических сигналов в точках заданного профиля, определяют величину отношения этих частот и по изменению величины отношения частот судят о знаке объемной деформации пород.

Способ оценки напряженного состояния массива горных пород. Сущность: на исследуемом участке массива возбуждают упругие коле&ания, регистрируют сейсмические и сейсмоэлектрические колебания в точках заданного профиля и вблизи источника упругих колебаний, измеряют величины электрической напряженности сейсмоэлектрических колебаний и механического напряжения сейсмических колебаний, определяют по полученным данным относительную величину модуля сейсмоэ- Лектрической чувствительности, измеряют частоты максимумов спектральной плотности сейсмического сигнала в точке возбуждения других колебаний и в точках заданного профиля, определяют величину отношения этих частот и по изменению величины отношения частот судят о знаке объемной деформации пород. 1 ил. (Л С