Способ определения напряжений в нарушенном массиве горных пород Советский патент 1982 года по МПК G01V1/00 G01V9/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В НАРУШЕННОМ МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

1

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для исследований статистических напряжений в нарушенном трешинами массиве горных пород.

Известен ультразвуковой способ определения зависимости скорости прохождения волны от напряжения, включаюш.ий отбор образцов из исследуемого массива, прозвучивание образцов ультразвуковыми импульсами, нагружение образцов и определение зависимости скорости прохождения импульсов от напряжения 1.

Известен также способ определения на.пряжений в нарушенном массиве горных пород, включающий прозвучивание нарушенного участка массива ультразвуковыми импульсами, измерение в нескольких точках времени прохождения импульсов через нарушенный участок массива, тарировку и выбор базы измерения 2.

Недостатком этого способа являются низкие чувствительность и точность измерений, обусловленные большой погрешностью измерений скорости ультразвуковой волны на небольших расстояниях и малым относительным изменением величины с увеличением наПряжений вплоть до разрушающих (обычно изменение скорости упругой волны не превышает , что не выходит за пределы погрешности измерений).

Цель изобретени-я - повышение точности определения напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что определяют время прохождения импульсов через ненарушенный участок массива, а базу измерения выбирают в месте, где изменение времени задержки прохождения импульсов не превышает 5%, при этом время задержки

10 определяется как разность между временами прохождения импульсов через нарушенный и ненарушенный участки массива, причем тарировку проводят по зависимости времени задержки от напряжения.

IS На фиг. 1 представлен график тарировочной зависимости; на фиг. 2 - схема получения тарировочной зависимости.

Некоторый участок массива определенной толщины, нарушенный трещинами, прозвучивают ультразвуковыми импульсами

20 и измеряют после каждого прозвучивания время прохождения импульсов через нару-, щенный участок.

Прозвучивают ультразвуковыми импуль :мм участок массива, ненарушенный тре U:i;:«viH, толщина которого соответствует толщине нарушенного участка массива. Определяют время задержки прохождения импульсов на трещинах как разность времени прохождения через нарушенный и ненарушенный участки массива.

Определяют участок, где время задержки не превышает 5%, и принимают его за базу измерения. Для определения напряжений по времени задержки прохождения импульсов проводят тарировку, т. е. получают тариро-. вечные зависимости между напряжением и временем задержки с помощью физикомеханических методов. Полученные тарировочные зависимостииспользуют для определения напряжений при проведении ульгра-iK.vK.nfjijfx из.мерений без постановки ком: :,;м.:11;,1х наблюдений. Время задержки про :;ж;:;е;;ия импульсов через трещины более I чгтпительно к напряжениям, чем время про.::,.):дени 1 импульсов в ненарущенном масепвс. Его величина зависит от характера и .:ч-1о:ян 1я контактов по трещинам (ширины сщины, акустического сопротивления ее ::;,-ч олнителя, отношение ширины трещины к /п1ас импульса и др.). Под действием на, ::узок соприкосновение по контактам улучд.чнегся к величина времени задержки па::: ст. Изменение времени задержки в зависиiovnii от напряжений составляет до 50% Г-; 6j,,;ee.

Способ опробован в лабораторных и щахт; ;:Х VC/iOHUHX.

Сгособ осуществляется следующим обраПрозвучивают нарушенный участок гор; массива ультразвуковыми импульсами и ч.: сделя от участок, где время задержки про: .;;дсния импульсов не превышает 5% от j;c; i;ero значения при измерении на разных :ii; тках горного массива, находящихся под , г:;./гвнем одинаковых нагрузок.

Fibioop базы измерения производится :; :v;y;oiiu-iM образом.

время прохождения импульса Т

1а-;родс складывается из времени прохож,1о::ия его по монолиту То (ненарушенной

:i.;i();u н Времени задержки на трещинах

Г., iCf: больше время задержки, тем боль:: :; .ЧИ Т ОТЛИЧЗеТСЯ ОТ То. ПрИ бОЛЬШОМ

hLje Т.нпп.ин в массиве значительная : СТг,. Т-, достигается на малых базах, при ,: ;.;iic-i; нарушенности необходимо выби - п(1,,м,|;1яе базы.

.намерим базы определяется и методи:: 11(к-гученная тарировочных зависимос ii ме-кду напряжением и временем задерж . Ирм малыхбазах измерения (0,5-1 м) , i i глхмучояия тарировочных зависимостей ;:;л1меняться методика искусственного ;; гружсния массива. Для ее осуществленля ..;о;кег б)МЬ использован комплект оборудо;. ВГШМИ, в который входит щелеобразователь, гидравлическая давильная установка и насос.

Щелеобразователем в массиве прорезываются щели, оконтуривающие породную призму с трех сторон. Верхнюю щель дополнительно расширяют с тем, чтобы а образовавшуюся нишу поместить гидродомкраты установки. Количество гидродомкратов за,висит от размеров грани призмы и обычно не превышает 6-9 штук.

0 Гидродомкраты при нагружении призмы питаются от ручного двухплунжерного насоса.

Перед нагружением призмы проводят измерения времени прохождения ультразвуковых импульсов между ее боковыми граня5 ми вдоль направления трещиноватости, т. е. определяк)т время То.

В процессе нагружения (ступенями через 20 кг/см 2) определяют величину нагрузки и время прохождения Т импульсов в призQ Мб для каждой ступени.

По результатам определения величин нагрузок и времени Tj Т-То строится график тарировочной зависимости Tj f(6), где -напряжение.

На схеме получения тарировочной зависимости (фиг. 2) обозначены ультразвуковой преобразователь 1, генератор 2 импульсов, приемный ультразвуковой преобразователь 3, усилитель 4,. измеритель 5 времени задержки прохождения ультразвукового импульса.

При больших базах измерения (свыше 1 для получения тарировочной зависимости (6) можно применить методику естественного нагружения массива за счет проводимых горных (например при приближении очистного забоя к опорным целикам). С этой целью в целиках проводят ультразвуковое прозвучивание между двумя парами скважин, пробуренных во взаимно перпендикулярнь1х плоскостях. Для определения напряжений используют метод разгрузки.

Напряжение 6 и время задержки Т о определяют одновременно в процессе изменения нагрузки на целики. В результате получают тарировочную зависимость Тз f(6), аналогичную- представленной на фиг. 1.

Для определения на основе полученных j тарировочных зависимостей напряжений в горном масиве бурят две пары скважин на расстоянии выбранной базы измерений во взаимно перпендикулярных плоскостях. Затем производят ультразвуковое прозвучивание межскважинного пространства с щагом 0 0,5 м. По результатам измерений определяют среднюю величину времени задержки Тз для зоны, расположенной за трещинами, образовавшимися от взрывных работ (0,2- 0,5 м), и по тарировочному графику находят величину напряжения, соответствующую данному времени-задержки.

Изобретение позволяет повысить точность измерений величины напряжений в нарушенном массиве горных пород.

Формула изобретения

Способ определения напряжений в нарушенном массиве горных пород, включающий прозву,чивание нарушенного участка массива ультразвуковыми импульсами, измерение в нескольких точках времени прохождения импульсов через нарушенный участок массива, тарировку и выбор базы измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения напряжений, определяют время прохождения импульсов через ненарушенный участок массива, а базу измерения выбирают в месте, где изменение времени задержки прохождения импульсов не превышает 5%, при этом время задержки (MIIHMC ляется как разность между времеп;мп ирсхождения импульсов через нарушеппыГ i; ненарушенный участки массива, причем тир;:ровку проводят по зависимости времени задержки от напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Исследование горного давления геофизическими методами. М., «Наука, 1968, с. 61-67.

2.Ржевский В. В. и Ямш,иков В. С. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М., «Наука, 1973. с. 184-193 (прототип).

50

too б, /r/-/ r/v

иг.1

/////////

fpuz.Z