Способ определения удароопасностигОРНыХ пОРОд Советский патент 1981 года по МПК E21C39/00 E21F5/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРООПАСНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

1

Изобретение относится к горному делу, связано с проведением испытаний механических свойств горных пород и может быть использовано для прогнозирования поведения массива на контуре обнажения в выработках в тех случаях, когда под действием возникающих в массиве напряжений происходят динамические формы разрушения приповерхностных слоев пород типа стреляний, толчков и т. п., которые являются предвестниками более сильных горных ударов в будуш.ем по мере роста напряжений в массиве.

Известен способ для моделирования состояния порол, в массиве, при котором осуществляют искусственное отделение элементов породы, например в виде дробления керна на диски под действием создаваемых в нем. напряжений 1.

Известен также способ определения удароопасности горных пород, включающий нагружение керна равномерной радиальной нагрузкой по его цилиндрической поверхности 2.

Однако этот способ предусматривает воспроизведение стреляния путем, бурения отверстия («выработки) и нагружения его

контура силами, действующими радиально. Продольная нагрузка, прикладываемая вдоль оси, служит лищь для предотвращения разрыва керна на диски. Вместе с тем, меха1|изм стреляния на контуре склонного к таким явлениям массива в выработках более сложен и обусловливается состоянием породы от одновременного взаимодействия нормальных и касательных напряжений, соотношение которых определяется горнотехнической обстановкой и изменяется вместе с ней. Кроме того, кривизна контура пробуриваемого отверстия существенно влияет на перераспределение напряжений и не позволяет воспроизводить механизм стреляния пород в чистом виде. Соотве тственно, использование результатов моделирования для суждения о свойствах породы с точки зрения удароопасности не достаточно объективно.

Цель изобретения - повышение точности определения удароопасности путем повышения достоверности воспроизведения условий формирования стреляния массива без бурения породы.

Эта цель достигается тем, что керн предварительно удлиняют жесткими секциями с отверстиями и дополнительно нагружают его в продольном направлении по кольцевой площади, затем изменяют соотношение этих нагрузок до получения эффекта отделения элемента при поверхностного слоя, а по характеру его отделения судят об удароопасности горной породы. , На чертеже изображена схема нагружения керна. Выбуренный в массиве и обработанный по торцам керн 1 искусственно удлиняют жесткими секциями 2 с отверстиями 3, нагружают через секции в продольном направлении путем приложения по кольцевой площади равномерно распределенной нагрузки РО и тем самым создают концентрацию напряжений внутри керна по цилиндрической поверхности в соответствии с диаметром отверстия 3 в секциях 2. Независимо от нагружения в продольном направлении керн нагружают в поперечном направлении равномерно распределенной по боковой цилиндрической поверхности нагрузкой РО . В результате керн испытывает сложное напряженное состояние, при котором внутри керна действуют одновременно нормальные и касательные напряжения. Жесткие секции с отверстиями способствуют наиболее интенсивной передаче нормальных и касательных напряжений в приповерхностные слои торцов керна вследствие местной концентрации напряжений. В результате с ростом нагрузок создают концентрацию нормальных и касательных на|(ряжений на элементы породы 4, примыкающие к отверстиям в жестких секциях. Независимое нагружение в продольном и поперечном направлениях позволяет изменять соотношение этих напряжений. Значение этого соотношения, необходимое для получения эффекта отделения элемента приповерхностного слоя породы, определяют экспериментально путем неоднократного нагружения керна. Характер проявления отделения элемента породы (динамическое, спокойное) зависит от степени хрупкости породы. Сам принцип имитирования отделения элементов породы, основанный на использовании непосредственно горных пород, обусловлен тем, что создание подобия механических характеристик на искусственных материалах трудновыполнимо. В случае динамической формы отделения элемента приповерхностного слоя -порода способна к проявлению стреляний с контура выработок и является удароопасной при возникновении в массиве соответствующих напряжений. При плавном спокойном выдавливании элемента приповерхностного слоя стреляния в выработках, пройденных в породах такого типа, не происходит, порода является неудароопасной. Пример. Для нагружения керна в продольном и поперечном направлениях использованы гидравлические установки. Испытываемый керн имеет диаметр 70-120мм при длине, равной 2 дм. Диапазон создаваемых в породе нагрузок вдоль оси керна (Рв ) и перпендикулярно к ней (Р) находится в пределах О-1500 кгс/см. Установлено, что массивные разновидности свинцовых руд при нагружении дают бурный динамический эффект отделения элемента породы в форме стреляния с сильным звуком и выбросом, а мрамор при нагружении пластически выдавливается и отеление элемента происходит плавно, спокойно.. Испытания свидетельствуют об удароопасности массивной свинцовой руды при возникновении соответствующих напряжений и неудароопасности мрамора. В результате использования изобретения воспроизводится механизм отделения элементов пород с контура выработки при совместном одновременном действии нормальных и касательных напряжений, что позволяет давать объективную оценку склонности пород к динамическим явлениям в виде стреляний (в начальной стадии) и разрущительных горных ударов (в будущем) и определять возможность их проявления в выработках. При этом способ позволяет определять соотнощение предельных значений напряжений, при котором наступает отделение элемента породы от контура массива. Изобретение также позволяет повысить безопасность ведения горных работ путем использования его при прогнозировании возможности возникновения динамических разрушений массива в выработках. При этом возможно наиболее эффективное прогнозирование еще на стадии проектных изысканий, когда имеется только керн, извлекаемый из скважин в процессе геологоразведочного бурения. Такое прогнозирование обеспечивает наибольшую безопасность, так как позволяет принять профилактические меры предотвращения горных ударов задолго до начала ведения горных работ путем заложения в проекты безопасных схем вскрытия и систем разработки и тем самым практически исключить проявление горных ударов. Формула изобретения Способ определения удароопасносди горных пород, включающий нагружение керна равномерной радиальной нагрузкой по его цилиндрической поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения удароопасности путем повышения достоверности воспроизведения условий формирования стреляния массива без бурения породы, керн предварительно удлиняют жесткими секциями с отверстиями и. дополнительно нагружают его в продольном направлении по кольцевой плошади, затем