Способ измерения деформаций горных пород Советский патент 1980 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к технике измерения деформаций твердых тел,например горных пород,и может быть использовано, для измерения деформаций Земли с целью прогнозирования сейсмических событий,а также горных уда ров и обвалов деформации твердых тел например горных пород, и может быть использовано для измерения деформаций Земли с целью прогнозирования сейсмических событий, а также горных ударов и обвалов. Известен способ измерения дефорг маций горных пород, при котором вводят датчики в щель горной породы под давлением, превышающим давление гор.ных пород в спокойном, неразгруженном состоянии 1 . Наиболее близким техническим реше нием к предложенному является способ измерения деформаций горных пород с. помощью регистратора, рабочего и ком пенсационного датчиков, установленных в щели горной породы.Рабочие мемБраны компенсационного датчика зак.пючены между двумя жесткими пла;стинами, упруго соединенными с рамко датчика упругими элементами, что позволяет вводить в результаты изме еиий температурную компенсация.Однако температурная компенсация ограничена объемом жестких пластин компенсационного датчика, несоизмеримым с температурными характеристиками измеряемого объекта - горной породой. Разность коэффициентов линейного расширения горной породы и материала является помехой, соизмеримой с измеряемой величиной при регистрации малых деформаций (10 -10 м) .Кроме того, деформация горной породы связана с влагонасыщенностью породы... Влагонасыщенность горной породы и материала жестких пластин(например,ста,ли)несопоставимы. Цель изобретения - расширение дна пазона измерений за счет уменьшения влияния температурных вариаций и влагонасыщенности горных пород на результаты измерений. Указанная цель достигается тем, что рабочий и компенсационны{1 датчики размещают в двух пространственно разнесенных щелях,а вокруг щели с компенсационным датчиком выполняют дополнительно четыре щели, попарно-симметричные относительно указанной щели, причем щели одной пары выолняют перпендикулярно тели с коменсационным датчиком, а щели другой ары - под острым углом к ней,. и растояние между их торцами в нижней чати не более трех толщин щели с коменсационным датчиком.

На фиг, 1 показано устройство,релизующее данный способ, и распоожение щелей, вырезанных в исследуеой горной породе, вид сверху на фиг. 2 - разрез по щелям.

В щели 1 расположен рабочий датчик

2,на некотором расстоянии от них выполняют щель 3, в которую помещают компенсационный датчик 4.щель 3 окруена разгрузочными щелями 5-8, попарно симметричными относительно щели

3,причем щели 5,б выполняют под острым углом к щели 3, а щели 7,8 перпендикулярно к щели 3. Датчики 2 и 4 соединены с регистратором 9.

Устройство работает следующим образом.

Рабочий датчик 2 деформации, установленный в щели 1, представляет собой мембранное устройство, заполненное жидкостью под давлением.Давление жидкости обеспечивает прижатие мембран к стенкам щели.Напряжения Земли ведут к деформации последней, и соответственно изменяется давление жидкости в мембранном датчике,что фиксируется регистратором.

Для расширения диапазона измерений деформаций от 1 мк,когда влияние .помех слабо заметно, до 0,001 мк необходимо отделение деформаций, вызва нных основными причинами - перераспределением напряжений в период подготовки землетрясения или в процессе очистных работ в горных выработках, ot вторичных (помех) - температурных колебаний, влагонасыщения.

С этой целью образованы разгрузочные щели 5-8, гасящие напряжения вокруг щели 3 и компенсационного датчика деформации 4, в ней установленного. Разгруженный массив между компенсационной и раз грузочнЕЛМи щелями деформируется, только от температуры и водонасыщения. Зная деформации ограниченного массива, подверженного определенным деформациям, можно экстраполировать указанные деформации в зоне регистрации рабочей щели и рабочего датчика путем использования дифференциальной .схемы.

Полная разгрузка компенсационной щели возможна, когда отсутствуют напряжения между разгрузочными щелями. С этой целью перпендикулярно компенсационной и двум разгрузочным щелям образованы щели, исключающие деформации в одном из направлений и в комплексе движение в горизонтальном направлении .

Вертикальные деформации исключаются тем, что разгрузочные щели 5,6 выполнены под острым углом (от 1 до 89°) по отношению к компенсационной,

чём сохраняется значительный объем породы в зоне компенсационной щели. ,

Размеры разгрузочных щелей, превышающие размер компенсационной, исключают возможность замыкания деформаций на компенсационную щель.

Значительный объем породы между разгрузочными и компенсационной щелями при малом расстоянии между торцами компенсационной 3 и разгрузочных щелей 5,6 может привести к обрушению

разгруженного массива. Большее расстояние между торцами указанных щелей в их нижней части приводит к тому, что.деформации в вертикальном направлении и частично в горизонтальном

замыкаются на компенсационную щель 3, вызывая тем самым ее деформацию от напряженного состояния Земли. Для исключения влияния деформаций разгрузочные щели 5,6 вырезаются на расстояНИИ между их торцами в нижней части не более трех толщин компенсационной щели 3.

Предложенный способ позволяет расширить диапазон измерений с одновременным увеличением точности.

Расширение диапазона измерений обеспечивает регистрацию процессов, характеризующих период перед землетрясением, горными ударами и обвалами .

Использованиеизобретения на горных предприятияхуменьшает затраты на укрепительныеработы не менее чем на 3%.

Формула изобретения

0 Способ измерения деформаций горных пород с помощью рабочего и компенсационного датчиков, соединенных с регистратором и установленных в горной породе, отличающий.ся jj.TeM, что, с целью расширения диапазона измерений за счет уменьшения влияния температурных вариаций и вла-. гонасыщенно.сти горных пород, рабочий и компенсационный датчики размещают в Q двух пространственно разнесенных щелях, а вокруг щели с компенсационным (датчиком выполняют дополнительно четы-.

ре щели,попарно симметричные отно;сительно указанной щели,причем.щели одной пары выполняют перпендикулярно щели с компенсационным датчиком,а щели другой пары - под острым углом к ней и расстояние между их торцами в нижней части не более трех толщин-щели с компенсационным датчиком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кораблев А. А. Современные методы и средства для изучения напряженного состояния массива горных пород. М., Наука, 1969, с. 93101.

2. Авторское свидетельство СССР пи заявке I 2687335/25, кл. G 01 V 1/16,1977(прототип),