Способ измерения коэффициента бокового распора горной породы Советский патент 1981 года по МПК E21C39/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА БОКОВОГО РАСПОРА ГОРНОЙ ПОРОДЫ

1

Изобретение относится к испытаниям физико-механических свойств материалов и может быть иснользовано, в частности для измерения коэффициентов бокового распора горных пород в массзше.

Известен способ определения напряженного состояния горных пород, включающий бурение скважин и врезание в них кбмуфлёктньтх зарядов. По форме образовавшихся полостей судят о напряжении 1.

Недостаток этого способа - невысокая точность измерений.

Известен также способ измерения коэффициента бокового распора горной породы, включающий бурение скважины, создание, и измерение горизонтальной и вертикальной составляющих давления в ней 12 J. Основной недостаток такого способа - неточность определения коэффициента бокового распора в массиве,. так как не полностью учитываются структурные особенности реального горного массива, поскольку испытания проводятся на образце. Если массив содержит трещины или другие неоднородности, значение

коэффициента, полученное на образце, как {фавило завыщенное, и при пересчете его для массива горных пород необходимо вводить поправоч1я.1Й коэффициент. А это вносит существенную погрепшость в действительное значение коэффициента бокового распора. Эта погрещность зависит от неопределенности информа ош, отражающей .неоднородность массива, и составляет от 20 до 100% и более.

Цель изобретешш - повьппение точности измерения коэффициента бокового распора.

Цель достигается тем, что на равных взаимно перпендикуля{жых расстояниях от основной скважины бурят две дополнительные скважины, при этом давление создают во всех скважинах по величине равное гидростатическому давлению горного массива, затем в основной скважине сбрасывают давление ступенями и одновременно фиксируют давление в остальных скважинах и по изменению давления в них судят о степени бокового распора горной породы.

На фиг. I изображен пример измерения коэффициента бокового распора в толщине

треидановатого массива; на фиг. 2 и 3 - графики зависимости между, изменением давлений в центральном и боковых шпурах.

Например, в трещиноватом горном массиве 1, разбитом трещинами в среднем через 0,03 мм, бурят центральный шпур 2 и на рапных взаимно перпендикулярных расстояниях от него бурят боковые шпуры 3 и 4. Все итуры бурят диаметром 0,042 м с помощью колонковых перфораторов (на чертеже не указаны) на глубину I М. Расстояние от центрального нтура 2 до боковых 3 и 4 должно составлять не менее Ш а, где а средний размер элементарных блоков, из которых состоит трещиноватый массив. Это позволяет учесть влияние трещиноватости на значение коэффициента бокового распора. В данном случае расстояние между щпурамн 2, 3 и 2, 4 0,3 м. Для создания давления в шпурах используют скважинные гидродатчики, поскольку они передают на стенки шпура только нормальное давление. Поэтому во все итуры вставляют гидродатчики (на чертеже не указаны) д;шной 0,3 м, располагая их в средней части 1япуров. При зтом гидродатчики поочередно соединяют с помощью маслопроводов с насосом (маслопроводы и насос на чертеже не 5т азаны). Во всех гидродатчиках создают насосом давление, равное гидростатическому. На глубине 500 м оно составляет 12,5 МПа. Затем маслопроводы герметизируют, а насос отсоединяют. После этого в центральном гидродатчике стравливают давле1ше ступенями до 2 МПа. Одновременно фиксируют во всех датчиках давление с помощью манометров (на чертеже не показаны) присоединенных на маслопроводах.

Зафиксированные изменения давлений записывают в таблицу.

Датчиком 3 фгхсируется изменение горизонтальной компоненты, датчиком 4 вертикальной.

Коэффициент бокового распора 2 определяют как соотношение горизонтальной нормальной компоненты напряжений к вертикальной, действующих в массиве при условии отсутстви горизонтальных его деформапий, например как соотношение изменений напряжений, взятых на первой ступени

Г) 0,6 : 2,2 -- 0,272

Для устранения нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями, имеющими место в реальном горном массиве, испытание коэффициента бокового распора целесообразно вести на разгрузочной ветви. Крме этого, условие отсутствия боковых деформаций имеет место лишь в самый начальный момент испытаний. Поэтому коэффициент бокового распора определяется по соотнощению давлений на первой ступени разгрузки. Для более точного определения коэффициента строят зависимости между давлениями пар датчиков 2:3 и 2:4. Коэффициент бокового распора 7 определяется как отношение тангенсов угла, образованных касательной к начальным участкам кривых и вертикалью

tgfs tg 2,5

П : - 0,266

tgf,t, 40°

Углы, образованные этими касательными с вертикалью, пропорциональны степени изменения компонент нормальных напряжений. Поэтому коэффициент бокового распора можно определить через их отношение.

Погрецшости при измерении коэффициента с помощью стабилометра содержат погрещиост измерения давления, составляющую 1-2%, и погрецшость перехода от свойств породы в образце к свойствам в массиве. Чем сильнее неоднородность, тем больше погрешность. В реальном горном массиве погрешность перехода составляет 20-50% и более.

Погрешность при измерении коэффициента бокового распора предлагаемым способом состоит из погрешности измерения давления, равной 1-2% и погрешности определения угла наклона касательных, равной 5-8%. Таким образом, общая погрешность не превыпгает 10%.

Главное преимущество нового способа измерения коэффициента бокового распора состоит в том, что оно производится в натурнь1х условиях. Таким образом учитываются все структурные и деформационные особенности реального горного массива, в результате чего получают истинное значение коэффициента, ие требующее корректировки. Это позволит с высокой степенью надежности рассчитывать устойчивость подземных сооружений и оснований наземных конструкций.

Форму ла изобретения

Способ измерения коэффициента бокового распора горной породы, включающий бурение скважины, создание и измерение горизонтальной и вертикальной составляющих давления в ней, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, на равных взаимно перпендикулярных расстояниях от основной скважины бурят две дополнительные скважины, при этом давление создают во всех скважинах по величине равное гидростатическому давлению горного массива, затем в основной скважине сбрасывают давление ступенями и одновременно. фиксируют давление в остальных скважинах и по изменению давления в них судят о степени бокового распора горной породы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР fP 581278, кл. Е 21 С 39/00, 1969 (прототии).