Способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород Советский патент 1982 года по МПК G01V9/00 G01V1/42 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к способам контроля напряженного состояния в массиве горных пород и может быть использовано в горном деле и при изучении особенностей ге элогического строения, например, для целей предсказывания землетрясений, а также оползней.

Широко известен способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на бурении скважин (шпуров), отборе из них керна и исследовании его в лабораторных условиях.

Однако этот способ не только трудоемок и дорог, но и не обладает достаточной точностью определения напряженного состояния, поскольку после взятия керна из массива его состояние необратимо меняется.

Известен способ изучения напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на излучении и регистрации колебаний сейсмического диапазона частот С1.

При данном способе источник упругих волн и приемник сейсмических волн располагают на дневной поверхности. Поэтому удаленность источника и приемника сейсмических волн от

изучаемого объекта горных пород, йог пользование при этом отраженных достаточно длинных волн не позволяют с необходимой точностью следить за изменением упругих свойств горных пород под действием развивакхкихся в них напряжений, что, .в свою очередь, не позволяет уверенно прогно, зировать возникновение горных уда10ров или землетрясений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, осно15ванный на размещении раздельно звукоизлучакхцего и звукоприемных снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах, излучении и регистрации упругих ко20лебаний звуковой частоты С21.

Известный способ не предназначен для контроля напряженного состояния в массиве горных пород, но по аналогии со спвсобом Ql возможно оце25нить в процессе пересчета абсолютные значения напряжений в их массиве.

Однако известный способ не позволяет определить момент наступления

30 критических напряжений, после которых исследуемый участок массива го ных породпереходит в пластическое состояние. Цель изобретения - контроль нап ряженного состояния во времени и выявление момента наступления крит ческого (пластического) состояния в массиве горных пород при прогноз стихийных бедствий - оползней, гор ных ударов и землетрясений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанному на размещении раздельно звукоизлучающего и звукоприемного снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах, излучении и регистрации упругих колебаний звуково частоты, осуСцествляют непрерывный режим излучения стабильных по амплитуде монохроматических гармоничес ких сигналов одновременно не менее чем на двух частотах звукового диапазона, напряженное состояние в мас сиве горных пород в каждый момент времени определяют по соотношению напряжений на разрыв 6р и (ор по выражению .oeяs) РЦ ) где п - отношение напряжений на раз рыв pf, -1 и fij - частоты излучения; исходные уровни сигналов на этих частотах; fi fn регистрируемые однрвре менно уровни сигналов ; г - расстояние между звукои лучающим и звукоприем: ным снарядами, а начало критического, состояния в массиве горных пород определяют по моменту, когда п перестает быть постоянной величиной. Способ осуществляют следующим образом. В группу существующих (или специально пробуренных) скважин, например в две скважины, помещают раздельно Звукоизлучающий и звукоприе ный, снаряды. При изучении оползней и горных удаЬов глубину погружения снарядов выбирают равной глубине залегания напряженного массива. Подобным обра зом выбирают глубину погружения сна рядов при исследовании напряжений в районе очага мелкофокусного земле трясения. В случае исследования нап ряженного состояния горных пород очага землетряс(иий с большей глуби ной снаряды раямешяют на максимально возможной глубине, соответствующей реально достижикым скважинам при существующей технологии их проходкн. Таким образом, в последнем случае напряженное состояние очага исследуют косвенным путем - по напряженному состоянию вышележащих горных пород. Звукоизлучающий и звукоприемный снаряды разносят друг от друга на заданное, расстояние г, С помощью звукоизлучакяцего снаряда упругие колебания звукового диапазона частот излучают непрерывно в горные породы при постоянном уровне Lp исходного сигнала, не менее чем на двух фиксированных частотах f 1 f7. Уровни сигналов, проходящих через горные породы, регистрируют звукоприемным снарядом. Уровень сигнала L на расстоянии г от звукоизлучающего снаряда определяется выражением L Uo-Meqrr-8,fe8dL,r, (я где d - коэффициент звукопоглощения среды на частоте f. Отсюда коэффициент звукопоглощения среды ctj, на определенной фиксированной частоте f равен Up- f-IOgci r 9, Ь8 г и по нему устанавливают напряжение на разрыв (эр и 6pf например, на частотах f, и f,j соответственно .,-в,Ьвг Pf, bof -tf -Weqir „ в,Ь8 г V -.4 где А - коэффициент пропорциональности . В пределах упругих деформаций отношение pf и pfА, определенное из соотношений (3) и (4), постоянно и равно авно 4/44-V°° l,s, (of,, ТГри переходе к пластическим деформациям, которые предшествуют необратимым деформациям -; оползням, горным ударам и землетрясениям, это соотношение перестает быть постоянным иза наступившей; в этот момент нелинейности сред&1. Предлагаемый способ намного более достоверен, чем способ прогноза по исследованию керна, так как позволяет точно выявить момент наступления необратимого изменения в массиве горных пород.

Формула изобретения

Способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на размещении раздельно звукоизлучаювдего и звукоприемного снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах излучении и регистрации упругих колебаний звуковой частоты, о т л и чающийся тем, что, с целью контроля напряженного состояния во времени и выявления момента наступления критического (пластического) состояния в массиве горных пород при прогнозе стихийных бедствий и оползней, горных ударов и землетрясений, осуществляют непрерывный режим излучения стабильных по а тлитуде монохроматических гармонических сигналов одновременно не менее чем на двух частотах звукового диапазона, напряженное состояние в массиве горных пород в Кс1ждый момент времени определяют по соотнесению напряжений на разрыв по выражению

Pf,

Us fi(bo{ -U -ioecvrJ

где n - .отношение напряжений нА

разрыв 6pf и ( - частоты излучения, LrtjiL - исходные уровни сигналов на этих частотах Ц и1 - регистрируемые одновремеи но уровни сигналов}

0

г - расстояние между звукоизлучгиощим и звукоприемным снарядами,

а начало критического состояния в массиве горных пород определяют

5 по моменту, когда n перестает быть постоянной величиной.

Источники информации, принятые во внимание при ак пертизе

0 кл.340-15.5, опубл к.1973.

5 1977, 8, с.21 (прототип).