Способ определения величин главных напряжений в массиве пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

(Л

С

Использование: контроль напряженного состояния горных пород в массиве. Сущность изобретения: на исследуемом участке массива определяют направление действия главных напряжений, бурят скважину, и в ее стенках прорезают две трещины в направлении главных напряжений, Нагружают стенки скважины в данных направлениях. Определяют нагрузку начала разрушения породы. Величины главных напряжений определяютизвыражения ffi.a 2 Р 1,2 arcsin ( r/l )/тг - Kic/Vjrl , где Pi,2 - величины нагрузки, при которой начинается разрушение, МПа; г - радиус скважины, м; 1 - половина длины трещины, м; Kic коэффициент трещиностойкости пород, МПа . М 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения величин напряжений в массиве пород, преимущественно крепких.

Известен способ определения главных напряжений в массиве горных пород, основанный на полной или частичной разгрузке исследуемого участка массива,

Наиболее близким по технической сущности является способ определения величин главных напряжений, включающий установку в скважине нагрузочного устройства для направленного разрушения стенок, последовательное нагружение стенок скважины в двух взаимно перпендикулярных направлениях до их разрушения и определение давлений разрушения,

Недостатком известного способа является его недостаточная точность.

Это объясняется тем, что место разрушения стенок скважины может определяться не только расположением нагрузочного

устройства, но и наличием дефектов структуры горных пород на поверхности скважины.

Кроме того, определить точную длину образовавшейся трещины затруднительно, так как в процессе выбуривания керна происходит рост трещины, например, из-за вибрации. Определение же длины образовавшейся трещины по длительности акустического импульса требует тарировки в лабораторных условиях, что также снижает точность.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем установку в скважине нагрузочного устройства для наг)равлен- ного разрушения стенок скважины, последовательное нагружение стенок скважины в двух взаимно перпендикулярных направлениях до их разрушения и -определение давлений разрушения, по коXI

о ел со о

XI

торым устанавливают величины главных напряжений, предварительно определяют направления действия главных напряжений на исследуемом участке, в стенках скважины вдоль этих направлений выполняют две трещины, перпендикулярные поверхности скважины, нагружение стенок скважины производят в направлении действия определяемого главного напряжения до начала разрушения породы в вершине трещины, а величины главных напряжений определяют из выражения

2 Р 1,2 arcsin у K

(71.2 --&- (D

п

где Pi,2 - величины давлений нагрузочного устройства, при котором начинается разрушение нарезанных трещин, МПа;

г- радиус скважины, м;

I - половина длины трещины, м;

KIC - коэффициент трещиностойкости пород, МПа-v м .

На фиг.1 представлен участок исследуемого массива с использованием предлагаемого способа (на участке известны направления действия главных напряжений); на фиг.2 - расчетная схема для определения величины Ti .

Изобретение осуществляется следующим образом.

На исследуемом участке массива 1 определяют каким-либо известным способом направление действия главных напряжений (Л и О2. Бурят скважину 2, в стенках которой по диаметру нарезают трещины 3 и 4. Плоскость трещины 3 перпендикулярна направлению действия (71 , плоскость трещины 4 - (Л . В скважину 2 вставляют нагружающее устройство 5 так, чтобы в случае определения величины 01 усилия б были направлены в направлении действия о . При нагруже- нии возрастающими усилиями стенок скважины 2 до величины Pi произойдет рост

0

5

0

5

0

трещины 3, Этот момент фиксируется по появлению сейсмоакустического импульса, после чего устройство 5 разгружают, ориентируют в скважине 2 для определения величины 02 так, чтобы усилия 6 были ориентированы в направлении действия 02 , вновь нагружают до значения Р2, при котором произойдет рост трещины 4, который также фиксируется по появлению сейсмоакустического импульса.

Формула изобретения Способ определения величин главных напряжений в массиве пород, включающий установку в скважине нагрузочного устройства для направленного разрушения стенок скважины, последовательное нагружение стенок скважины в двух взаимно перпендикулярных направлениях до их разрушения и определение давлений разрушения, по которым устанавливают величины главных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно определяют направления действия главных напряжений на исследуемом участке, в стенках скважины вдоль этих направлений выполняют две трещины, перпендикулярные поверхности скважины, нагружение стенок скважины производят в направлении действия определяемого главного напряжения до начала разрушения породы в вершине трещины, а величины главных напряжений определяют из выражения

2 Р 1.2 arcsin т

35

а 1,2 -

п

где Pi,2 - величины давлений нагрузочного устройства, при которых начинается разрушение нарезанных трещин, МПа;

г - радиус скважины, м;

- половина длины трещины, м;

KIC - коэффициент трещиностойкости пород, МПа .