Способ определения напряжений в массиве горных соляных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам определения напряжений в массиве горных соляных пород,

Известен способ определения напряжений в массиве горных пород, включающий бурение скважин, установку скважинных деформометров или наклейку измерительных деформометров на забой скважины и последующее керновое бурение с обуриванием части пород вокруг деформометров (см. Техника экспериментального определения напряжений в осадочных породах, под ред. д.т.н. Е.И.Шемякина, Наука, Новосибирск, 1975, 150с).

Для обуривания части пород вокруг деформометров необходимо применять специальные буровые станки, использование которых в действующих забоях горных выработок усложняется из-за работы забойного оборудования. Недостатком способа является сложность его выполнения.

Известен способ, принятый в качестве прототипа, определения напряжений в массиве горных соляных пород, включающий

растворение породы в камере в определенном объеме растворителя, измерение объема усадки, сравнение его с этаюнными значениями и определение напряжений в массиве по тарировочным зависимостям (авт.св. № 972094, кл. Е 21 С 39/00, 1982)

К недостаткам этого способа необходимо отнести сложность его осуществления и низкую точность определения напряжений. Сложность его осуществления заключается в том, что он предусматривает изготовление образцов заданного объема. Операция эта сложная и в шахтных условиях практически неосуществима. Второй недостаточ проис ходит из того, что в процессе изготовления образца нарушается плотность соляного компонента, и усадка в этом случае не будет соответствовать плотности исследуемого массива. Анализ плотности показывает, что погрешность определения напряжений в этом случае может достигать 20%.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса определения напряжений в массиве.

VI

О

VI

VJ ел

Поставленная цель достигается тем, что камеру выполняют в массиве горных соляных пород, а в качестве растворяемой породы берут породу стенок камеры.

Осуществление способа поясняется чертежом.

На чертеже изображены камера 1, пробка 2 с отверстием, в которое вставлена стеклянная трубка 3 с градуировкой, растворитель 4, мешалка 5 и горная порода 6.

Способ осуществляют следующим образом.

На исследуемом участке соляной горной породы 6 делают камеру 1, объем которой заранее известен и постоянен. Для этого бурят шпур или скважину заданных длины и диаметра. Затем устье камеры перекрывают герметично пробкой 2 с вставленной в ее отверстие стеклянной трубкой 3 с градуировкой. Через трубку 3 камеру 1 заполняют растворителем, объем которого постоянен, и уровень раствора контролируют по делениям трубки 3. По мере растворения стенок камеры 1, вследствие усадки породы при растворении, уровень раствора в трубке 3 изменяется, пока не наступит его насыщение исследуемой породой. К моменту насыщения уровень раствора в трубке 3 равен h. Этот уровень меньше начального уровня 10, соответствующего началу растворения, объем усадки Vy при этом определяют по известной формуле

Ai(lo-li)

ясг

где d - внутренний диаметр стеклянной трубки.

Полученное значение А1 сравнивают с известным эталонным значениемА 0 и по калибровочной характеристике определяют значение напряжения, действующего в массиве.

Сущность способа заключается в том, что соляные породы относятся к упруго-пластическим, и увеличение напряжений в породе вызывает увеличение пластической деформации, которая трансформируется в увеличение плотности соляного компонента породы, Зависимость усадки соляного компонента от его напряженности и плотности удовлетворительно описывается уравнением

oj 1 t ( Ai - Ар ) PQ Е

Ob

3 m оь

где сп и оь - напряжение в породе исследуемого и калибровочного массива, н/м2;

Д1 и АО - объем усадки породы исследуемого и калибровочного массивов, м3;

5m - масса растворенной породы, кг;

Е - модуль упругости соляного компонента породы,н/м ;

РО -плотностьсоляного компонента породы калибровочного массива, н/м3.

10 Далее, при заполнении камеры, выполненной в исследуемой породе, известным и постоянным объемом растворителя на момент полного насыщения раствора, мы будем иметь всегда постоянную и известную

15 массу раствора и его плотность, поскольку в известном объеме растворителя может раствориться при заданных условиях известная масса породы. Таким образом, контролируя объем породы посредством контроля изме20 нения объема раствора через трубку 3 с делениями (разницу между начальным и конечным уровнями раствора, мы получаем характеристику, отражающую объэм растворенной породы, находящейся в опреде25 ленном напряженном состоянии, Очевидно, что при этом исключается влияние нерастворимого остатка.

Осуществление способа покажем на примере определения напряжений в породе

30 межкамерного целика калийного пласта Кр.П Верхнекамского месторождения на расстоянии 1,5 м от обнажения.

Предварительно в лабораторных условиях в соответствии с формулой (2) былр

35 построена калибровочная характеристика способа в координатах напряжение-усадка для этих пород. При этом были приняты следующие постоянные величины: объем растворителя 3 м3; объем камеры 1 был

40 меньше на величину объема стеклянной трубки 3, объем которой составлял 2,84 (28,4 см3). Это предопределило объем камеры 4, который составляет 2,716 (271,6 см3), Затем в целике

45 бурили шпур диаметром 42 мм с небольшим технологическим наклоном к горизонту (для исключения пролива растворителя в наших опытах угол наклона составлял 10°). В шпур вводились латунная трубка 3 внутренним

50 диаметром 5 мм с градуированным стеклянным наконечником, которую устанавливали герметично с помощью пробки 2 (резиновая пробка с пластилиновой замазкой). Предварительно в камеру 4 ввели мешалку 5 в виде

55 латунной крыльчатки на тонкой проволоке, конец которой через стеклянную трубку вывели наружу. Через трубку 3 в камеру 1 заливали растворитель 4 ( водопроводная вода при температуре шахтной окружающей среды 18°С). Поскольку растворение соляного компонента происходит сразу же после контакта с растворителем, нулевое положение уровня растворителя определяли предварительно на модели из нерастворимой породы (мраморный блок), в котором изготавливали аналогичную камеру. В процессе растворения породы стенок камеры 1 раствор перемешивали мешалкой для исключения преждевременной стабилизации. Растворение до полного насыщения, как правило, продолжается не менее 1,2 с. Измеренная по градуированной трубке усадка составила AI 1,38 м3, чему по калибровочной характеристике соответствует напряжение а 75 МПа. В нетронутом

0

5

массиве и в массиве вне зоны влияния очистных работ напряжение оъ 38 МПа. Формула изобретения Способ определения напряжений в массиве горных соляных пород, включающий растворение породы в камере в определенном объеме растворителя, измерение объема усадки, сравнение его с эталонными значениями и определение напряжений в массиве по тарировочным зависимостям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса определения напряжений в массиве, камеру выполняют в массиве горных соляных пород, а в качестве растворяемой породы берут породу стенок камеры.

Способ определения напряжений в массиве горных соляных пород. Использование: в горном деле. Сущность изобретения камеру для растворения выполняют в массиве горных соляных пород, а в качестве растворяемой породы используют породу стенок камеры . 1 ил.