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

(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к способам определения напряженного состояния массива горных пород, а также других объектов, находящихся в условиях одно осного напряженного состояния и может быть использовано в горном деле для целей определения устойчивости горных выработок. Известны звукометрические способы определения напряженного состояния горных пород, в которых используются эффекты связи параметров акустической эмиссии с напряжениями и деформациями в горных породах l. Основные недостатки г ;Х способов трудности локализации разрушающихся участков, а также низкая надежность измерений из-за влияния внешних акустических шумов. Известен также способ определения напряженного состояния массива горных пород путем измерения продольных деформаций скважины, пройденной в иссле дуемом массиве L2. Недостатком этого способа является невысокая точность измерений вследствие произвольного бурения измерительной скважины относительно направлений главных напряжений в горном массиве. Цепь изобретения - повышение томности определения одноосного напряженного состояния массива пород. Цель достигается тем, что скважину проходят в области углов полярных расстояний а rcctg irQ JC - aгcctg(д к направлению главного напряжени)ч, где rW - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и, по меньшей мере ,одну дополнительную скажи ну в наперед выбранных направлениях остальной области углов, после чего, измеряя в скважинах продольные деформации , сравнивают знаки приращений последних, в момент совпадения которых судят о напряженном состоянии массива пород. На фиг. 1 показаны области углов проходки в массиве пород скважины и 38 дополнительных скважин на фиг. 2 диаграммы напряжения-деформации скважин, пройденных под различными углами к направлению оси напряжения, на фиг. схема реализации способа. Для удобства (фиг. 1) взят массив 1 пород, имеющий цилиндрическую форму (целик, колонна). Направление главног напряжения показано стрелками 2. Пози цией 3 обозначена область углов проходки скважины, .прилегающсГя к направлению позицией j - область углов проходки дополнительных скважин Границы между областями 3 и определяются углами QU arcctg V/ и 6 - 1i - arcctg . Причем принятасферическая система координат, для которой углы (померные расстояния) определяются пределами 0 . Деление направлений проходки .скважин на две области 3 и 4 объясняется тем, что в процессе нагружения массива, скважины ставятся в качественно различные режимы деформирования. Скважина , которую проходят в области углов 3 - arcctgV(« 0 ft-arcctg frt/, в процессе нагружения не изменяет знака приращений продольных деформаций, что объясняется преобладающим влиянием на продольную деформацию скважины поперечных деформаций массива во всем диапазоне нагрузок, Дополнительные скважины (одна или ., несколько), KOTOpbte проходят в области углов arcctg .arcctg , В процессе одноосного нагружения меняют знак. Это объясняется преобладающим влиянием при малых нагрузках осевых деформаций массива б,, (d), а затем по мере роста нагрузки и увели чения коэффициента поперечных деформаций (аналога коэффициента Пуассона в неупругой области деформаций горны пород), преобладающим влиянием .поперечных деформаций массива S((6). Номерами от 5 ДО 11 (фиг. 2) показаны диаграммы напряжение-деформация скважин, пройденных пад различ ными углами -yt 0 ; rcctg УЯ«; 6дп;бп б{11/ к направлению главного напряжения, причем кривые 5-7 соответствуют области 3 углов проходки. На оси б , отложены характерные точки: буп предел упругости горны пород; ,, - предел длительной, прочности горных пород; бпц- предел проч ности горных пород; - про.мзвол ные состояния горных пород в интервале напряжений 9уп-б г чИз анализа диаграммы видно, что для кривых смена знака приращений не происходит вообще, а для кривых 8-11 - происходит в точках бк ;бдп бп ;бпч . Отсюда следует, во-первых, что для данного способа нет необходимости проходить более одной скважины в области углов аrcctg Q lt-arcctgVfU, во-вторых, в остальной области углов необходимо проходить, по крайней мере, столько дополнительных скважин, сколько состояний массива горных пород необходимо фиксировать. Любое состояние б -бупточно определяется без фиксации начального состояния массива пород в момент совпадения знаков приращения продольных деформаций скважины, пройденной в области 3 углов и, по крайней мере, одной дополнительной скважины,которую ; проходят в наперед выбранном направлении 8 области Ц углов. Значение б к устанавливается предварительным экспериментом или расчетами. Скважина 12 (фиг, 3) пройдена в массиве 1 пород под углом arcctg Bi iit- arcctg ( к направлению главного , напряжения 2 и дополнительная скважина 13 пройдена в выбранном направлении остальной области углов. Продольные деформации скважин измеряются с помощью идентичных продольных деформометров, состоящих из еле . ««rV| 4 )и1-Г1 « fj L J Ч-Ч-Ч ( ЧУЛЩПУЧ г I Ы 1 элементов: штанг U, с одной связанных с верхними реперами 15 с другой - с подвижными штоками 16 радиодатчиков 17 и нижних реперов 18 , связывающих радиодатчик со стенками скважины. Данные о продольных деформациях скван ин 12 и 13 с радиодатчиков 17 через антенны 19 поступают в беспроводную линию связи 20 и затем принимаются на пункте сбора и переработки информации 21, На этом пункте сравнивают знаки приращений деформаций скважин 12 и 13 и в момент совпадения знаков приращений судят о напряженном состоянии массива горных пород на любом этапе его напряжения, например, вследствие ведения горных пород. Формула изобретения Способ определения напряженного состояния массива горных пород путем

измерения продольных деформаций сква жины, пройденной в исследуемом массиве, отличающийся тем, мто, с целью повышения точности опре деления одноосного напряженного состояния массива пород, скважину проходят в области углов полярных расстояний arcctg r 4e41t -arcctg к направлению главного напряжения, где /tf - коэффициент Пуассона горных пород исследуемого массива, и, по меньшей мере, одну дополнительную скважину, в наперед выбранных направ лениях остальной области углов,после чего, измеряя в скважинах продольные

8813206

деформации, сравнивают знаки приращений последних, в момент совпадения которых судят о напряженном состоянии массива пород.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

%-,

X

X.

У

ё,йё

фигЛ