Способ определения напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1981 года по МПК E21C39/00 

ного напряжения, и.напряжением G . На диаграмме отложены характерные точки: предел упругости горных поро GVM г предел прочности горных пород : (jf,p. и соответствующая этому пределу :наперед установленная даедельная деформация скважины Из анализа диаграммы видно что скважина.пройденная под углом arcctg. -if/A к оси нагружения, поста лена в такой режим деформирования, при кбтором до достижения предела упругости ( скважина вообще не испытывает: продольных, деформаций (дСк-ВзгО) , а после превышения предела упругости СГ С5уп продольные деформации скважины становятся отличными от нуля ( 0) . Следовательно, возможность не производя разгрузки скважины, пройденной под углом iarcctg ifju к направлению главного напряжения, по появлению в ней продольных деформаций зафиксировать начальное состоян массива пород в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций. После этого, измеряя продольные деформаций скважины и сравнивая их с наперед установленной предельной деформацией , определяют напряженное состоя ние массива пород с большей точност чем если бы начальное напряженное состояние не было известно. На фиг. 2 показаны массив 2 горных пород (плоский разрез), направление 3 главного напряжения, сква-. жина 4, пройденная под произвольным углом oi к направлению главного напряжения при одноосном напряженном состоянии, характеризуемом параметр ми СЗ , g , |, , где 6- напряжение, действующее в массиве; с - по перечная компонента деформирования массива; осевая компонента деформирования массива. Скважина, пройденная под угломр на произвольной базе имеет длину То /Х У, где УО - осевая проекция базового отрезка на направление оси нагружения, совпадающей с У; Хо поперечная проекция базо .вого отрезка OR. После действия пригрузкидб ,например, вследствие ведения горных работ, скважина занимает позицию 5 , а точки О и R - положения 0 и Н соответственно. При этом отрезок О. R. имеет Длину Го А г, а проекци этого отрезка на оси координат /Хо + и /Уо - ду/.. Анализ показывает, что приращен АГ, Дх, -лу связаны между собой ; соотношением ,(1111. К4. в упругой области деформаций массива при одноосном напряженном состоянии и приращения компоненты еформирования массива связаны с омпонентами деформирования скважины оотношениями « -| | |-Ч-/Ш причем t g /1 - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива. Поэтому относительная продольная деформация скважины равна --(6j(siKiV- co5 a(j. чскв М1.Приравнивая Д нулю, получают уравнение, которое имеет решение относительно угла oi-, Таким образом, существуют углы проходки скважины, для которых даже при дб О до тех пор, пока массив работает в упругой области деформаций, величина продольной деформации скважины дСКВ равняется нулю. Значения этих углов находятся из решения уравнения и они равны I oL/j- arcctg-V/ , 0 Т- агссЪд-1Й Если не конкретизировать выбор направлений отсчета угла (по часовой стрелке или против нее), то второе решение можно отбросить. Предлагаемый способ реализуется в схеме продольного деформометра (фиг. 3). . Схема содержит скважину б, которую проходят в массиве 2 под угломО - arcctg {JJi к оси 3 нагружения. В скважине установлены элементы 7-11 продольного деформометра. Штанга 7 с одной стороны жестко связана с верхним репером 8, ас другой - с подвижным, штоком 9 радиодатчика 10, жестко связанного с нижний, репером 11.Кроме того,-схема содержит антенну 12радиодатчика, беспроводную линию 13связи, и пункт 14 сбора информа- . ции.- , Схема работает следующим образом. Пока массив 2 находится в области упругих деформаций, продольные деформации скважины отсутствуют и расстояние между реперами 8 и 11 не изменяется. Радиодатчик 10 поставлен в ждущий , т.е. выключен. По появлению продольных деформаций скважины д радиодатчик 10 автоматически включается. Эта информация по беспроводной линии 13 связи поступает на пункт 14 сбора информации, где фиксируется начальное состояние массива пород в момент перехода горных пород из упругой области деформаций в неупругую. После этого измеряют радиодатчиком 10 продольны деформации скважины , сравнива их с наперед установленной предельной деформацией и по разнице этих деформаций судят о напряженном состоянии массива горных пород. Формула изобретения Способ определения напряженного состояния массива горных пород путе измерения продольных деформаций скважины, пройденной в исследуемом массиве, отличающийся тем, что, с целью повышения точност определения одноосного.напряженного состояния массива пород, скважину проходят под углом - Arcctgnl к направлению главного напряжения, где /t( - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и по СКВ

:

W/ ///////////////////i(//////////////////////

(риг. i появлению продольной деформации сква жины фиксируют начальное состояние массива в момент перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций, после чего, измеряя продольные деформации скважины и сравнивая их с наперед установленной предельной деформацией, судят о напряженном состоянии массива горных пород. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Анцыферов М.С., Анцыферова Н.Г., Каган Л.я. Сейсмические исследования и проблема прогноза динамических явлений. М., Наука, 1971, с. 7-23. 2.Кораблев А.А. Современные методы и приборы для изучения напряженного состояния массива горных пород. М., Наука, 1969, с. 66-89 (прототип).

:tS

y////////////////////////////////////////////////////////

иг.З

г