Способ оценки склонности горных пород к динамическому разрушению Советский патент 1993 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам оценки напряженно-деформированного состояния породного массива, и может быть использовано для обеспечения безопасн-ых условий труда. Изобретение предназначено для оп- ределения потенциальной удароопасности горных пород с удельным электросопротивлением не менее 1,0 мм.

Цель изобретения - повышение точности оценки склонности горных пород к динамическому разрушению и снижение трудоемкости ее определения.

На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство для оценки склонности горных пород к динамическому разрушению состоит из емкостной антенны 1, между обкладками которой помещают исследуемый или эталонный образец горной породы 2, и последовательно включенных в цепь с антенной усилителя импульсов 3, фильтров

/ низких частот 4, частотомера 5 для выделения и счета импульсов, осциллографа б, за- писывающего пачки импульсов с максимальной амплитудой, а также нагружающего устройства 7 и устройства для измерения площади 8.

Способ оценки склонности горных пород к динамическому разрушению заключается в следующем. 1

Эталонный и исследуемый образцы 2 поочередно помещаются между обкладками емкостной антенны 1, выводы которой через усилитель 3 и фильтры 4 подключают к частотомеру 5 и осциллографу 6 в единую измерительную сеть и производят испытание образца, нагружая посредством пресса 7 вплоть до разрушения. В процессе нагруже- ния образцов происходит излучение электромагнитных волн с возрастающей амплитудой. В субкритической области на- гружения образцов амплитуды волн эмиссии резко возрастают по сравнению с

(Л

00

о

Ю

8

Ю

предшествующим периодом нагружения и имеют максимальные значения, что отображается на экране осциллографа 6. После разрушения образца амплитуды электромагнитной эмиссии i резко уменьшаются вплоть до нуля. Пачка импульсов электромагнитной эмиссии, ограниченная слева ветвью с резко возросшей амплитудой, а справа - ветвью с уменьшающейся до нуля амплитудой эмиссии, характеризует энергию электромагнитного излучения, происходящего при образовании магистральной трещины резрушения образца. Энергия этой пачки импульсов определяется известными способами: как сумма дискретных значений энергий отдельных импульсов или как произведение среднего значения амплитуд в этой пачке импульсов на ее длительность. В предлагаемом способе величину энергии пачки импульсов определяют по показаниям количества импульсов на частотомере 5 и значениям их амплитуд на осциллографе 6, за субкритический период нагружения образца. Таким образом, энергия пачки импульсов равна:

W,

4 е с р TI $

Зя

где е - абсолютная диэлектрическая проницаемость гррной породы, Ф/м;

с - скорость распространения электромагнитной волны в данном материале, км/сек,

р- расстояние от источника эмиссии до точки приема сигналов, м,

h - высота образца, м.

р - амплитуда сигнала, мВ.

TI - время длительности импульса, с.

Величина энергии пачки импульсов W численно равна также произведению площади, магистральной поверхности разрушения S на величину удельной энергии электромагнитного излучения при разрушении Л W, Именно величина удельной энергии электромагнитного излучения при разрушении образца, определяемая физическими свойствами, составом и строением самой горной породы, является точной характеристикой ее склонности к динамическому разрушению. А соотношение удельных энергий излучения при разрушении горных пород позволяет с высокой точностью и уменьшенной трудоемкостью оценивать склонность горных пород к динамическому разрушению независимо от формы образца.

По разрушению образца, снимают нагрузку 7 и вынимают образец из обкладок

антенны 1 и при помощи линейного измерительного узла 8 замеряют геометрию поверхности магистрального разрушения, затем подсчитывают площадь образованной магистральной поверхности разрушения в исследуемом и эталонном образцах и соотносят с этой величиной величину энергии электромагнитного излучения, выявленной при ее образовании, определяя таким образомудельную энергию излучения на образование единицы площади поверхности магистрального разрушения. Соотнося значения удельных энергий электромагнитного излучения исследуемого и эталонного образцов, находят их отношение - коэффициент К - являющийся , показателем оценки склонности горной породы к динамическому разрушению.

Для реализации предложенного способа испытаны роговики Константиновского месторождения. При исследовании электромагнитной эмиссии образца роговика толщиной м в момент распространения магистральной трещины был зарегистрирован импульс длительностью сек и амплитудой около 500 мВ, Площадь вновь образованной поверхности магистрального разрушения оказалась равной кв.м. При табличных данных породы Ф/м, /о м и с 2x10 м/с, значение приведенной удельной энергии излучения при разрушении по формуле равно 1,9x10 Дж/кв,м. В качестве эталонного пластического материала использован мраморизованный известняк, для которого аналогичным образом было получено значение удельной энергии излучения при разрушении равное 1,2x10 Дж/кв,м. Отношение этих величин

составляет 159.

Экспериментально установлено, что все породы, у которых удельная энергия излучения при разрушении более чем в 100 раз выше, чем у мраморизованного известняка,

являются удароопасными. Таким образом, роговик следует считать породой, склонной к динамическому разрушению, т.е. потенциально удароопасной породой.

Формула из-обретения

Способ оценки склонности горных пород к динамическому разрушению, включающий нагружение исследуемого и эталонного образцов до их разрушения, регистрацию импульсов электромагнитной

эмиссии в процессе нагружения и определение энергий регистрируемых импульсов, по соотношению между которыми оценивают склонность исследуемой породы к динамическому разрушению, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности оценки, дополнительно измеряют площади поверхностей разрушения образцов, регистрацию импульсов осуществляют в момент их разрушения и определяют удельные энергии импульсов электромагнитной

эмиссии для исследуемого и эталонного образцов, а оценку склонности пород к динамическому разрушению проводят по определенной удельной энергии импульсов электромагнитной эмиссии для исследуемого и эталонного образцов.

СПОСОБ ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД К ДИНАМИЧЕСКОМУ РАЗРУШЕНИЮ

Использование: определение потенциальной удароопасности горных пород. Сущность изобретения: эталонный и исследуемый образцы поочередно помещают между обкладками емкостной антенны и нагружают до разрушения. В момент разрушения образцов определяют энергию регистрируемой электромагнитной эмиссии (ЭМЭ). Для разрушившихся образцов измеряют площади образовавшихся поверхностей разрушения; Определяют удельные энергии импульсов ЭМЭ по отношению энергии ЭМЭ к площади поверхностей разрушения, Породы для которых удельная ЭМЭ превышает удельную ЭМЭ эталонного материала считают потенциально удэроо- пасными. 1 ил.