Способ определения напряженного состояния горных пород

Способ определения напряженного состояния горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД,заключающийся в нагружении образца с постоянной скоростью, приеме и записи импульсов акустической эмиссии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения напряженного состояния горных пород, производят выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор, а за величину действовавшего в массиве напряжения принимают нагрузку , соответствующую начальному моменту прекращения приема импульсов акустической эмиссии от закрыту1я трещин и пор в данной плоскости нагружегния . 2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что вьщеление импульсов акустической эмиссии от закрытия jg трещин и пор производят по их форме, (Л J имеющей вид пакета гармонических синусоидальных колебаний. 10 СП 00 о оо со

ССЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗСЮ а 01 V 1 00

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .. "

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21 ) 3415340/18-25 (22 ) 25.03. 82 (46 ) 07. 11. 83. Бюл. 9 41 (72) С.Я. Жихарев (72) Пермский политехнический институт (53) 550.83(088.8) (56) 1. Ардашев К.А. и др. Методы и приборы для исследований проявлений горного давления. М., "Недра", 1981, с. 47-51.

2. Авторское свидетельство СССР

9 548712, кл. G 01 ч 1/00, 1975.

3. Турчанинов Н. Л., Панин В. И.

Геофизические методы определения и контроля напряжений в массиве. Л., "Недра", 1976, с. 78-92 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД,заключающийся в нагружении образца с пос„„su„„>os 0 A оянной скоростью, приеме и записи импульсов акустической эмиссии, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения напряженного состояния горных пород, производят выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор, а за величину действовавшего в массиве напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту прекращения приема импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор s данной плоскости нагруже-. ния.

2. Способ поп.1, от лич аюшийся тем, что выделение импуль сов акустической эмиссии от закрытия ю трещин и пор производят по их форме, имеющей вид пакета гармонических синусоидальных колебаний.

С:

1053033

Способ относится к горной промыш-. ленности и предназначен для определения напряженного состояния горных пород (например, соляных или, калийных), в массиве вблизи контура сечения выработок.

Для измерения напряженного состояния массива горных пород известны методы разгрузки, позволящие определять абсолютные значения напряжений (1J. 10

Однако эти методы трудоемки и требуют применения сложной аппаратуры. Известны способы определения напряжений в горных породах, з аключающиеся в механическом испытании выбуренно15 го иэ массива образца. Один иэ них основан на том, что нагружение образца, снятие нагрузки и измерение деформаций производят циклично с увеличением величины нагрузки в каждом последующем цикле, а на величину действовавшего в массиве на образец напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту уменьшения модуля деформации (2 3;

Такой способ характеризуется слож- нбй глетодикой испытаний и недостаточ- ной точностью получаемых количественных значений напряжений, действовавших на образец в массиве.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ оценки напряженности массива горных пород, заключающийся в нагру>кении образца с постоянной скоростью, приеме и записи импульсов акустической эмиссии.

Способ основан на первоначальном разрушении образца горной породы, приеме акустическим преобразователем импульсов акустической эмиссии, со- 40 провождающих трещинообразование, и их регистрации. Для замера напряженного состояния массива горных пород

Этим способом производят его тарировку на основе изучения звукоактивнос- 45 ти горных пород (количества импульсов за единицу времени) при нагружении образцов различными нагрузками.

О напряженности массива горных по род судят по числу импульсов в еди- 50 ницу времени, возникаюцих в результате искусственного возмущения поля напряже ний Г 3 ).

Однако из ве ст ный способ харак теоизуется недостаточной точностью и дает приближенную оценку напряженнос-55 ти массива.

Цель изобретения — повышение точности определения напряженного состояния горных пород. укаэанная цель достигается тем, 60 что согласно способу определения напряженного состояния горных пород, заключающемуся в нагружении образца с постоянной скоростью, приеме и записи импульсов акустической эмис- 65 сии, производят выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор, а за величину действовавшего в массиве напряжения принимают нагрузку, соответствуюцую начальному моменту прекращения приема импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор в данной плоскости нагружения.

При этом выделение импульсов акустической эмиссии от закрытия трецин и пор производят по их форме, имеюцей вид пакета гармонических синусоидальных колебаний.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства, с помощью которого реализуется способ; на фиг. 2 — формы импульсов акустической эмиссии от закрытия трещин и пор и импульсов от микроразрушений; на фиг. 3 — пример разрушения образца.

Способ определения напряженного состояния горных пород осуществляется следуюцим образом.

Образец 1, выбранный из массива не более, чем неделю назад, помещают под пресс 2, предварительно приклеив к одной из его сторон преобразователь 3 акустических сигналов, нагружают с постоянной скоростью до разрушающей нагрузки. Преобразователь 3 соединен через предварительный усилитель 4 с магнитофоном 5, который подсоединен к шлейфовому осциллографу 6. Кроме того, на фиг. 1 показаны шаровая пята

7, ийдикатор 8 продольных деформаций, индикатор 9 поперечных деформаций, прокладки 10.

Одновременно с нагружением образ. — . ца производят запись на фотобумагу шлейфового осциллографа импульсов акустической эмиссии и по их форме осуществляют разделение на импульсы акустической эмиссии от закрытия трещин и пор .11 и импульсы от микроразрушенйй 12. Осциллограммы записи разрушения образцов расшифровываются, а после этого осуществляется построение графика для определения действующего в массиве на образец напряжения. Пример разрушения образца пласта представлен на фиг. 3, где обозначены 13 — действуюцая на образец нагрузка (кг/clvF); 1 4 — количество импульсов от микроразрушений; 15 количество импульсов от закрытия пор и трецин.

Нагрузка, при которОй прекрацается прием иглпульсов от закрытия пор и трещин, соответствует нагрузке, действовавшей на образец в массиве в данной плоскости нагружения. Это явле-. ние объясняется тем, что если образец находился в массиве под определен ной нагрузкой,.то в нем происходит разрыв связей между кристаллами, которые не выдерживают данной нагрузки.

После отделения, образца из массива в

1053033. нем происходит релаксация напряжений и образец разуплотняется. При повторном нагружении образца под прессом трещины и поры начинают закрываться до нагрузки, не превышанщей -ту, которая действовала на образец в массиве. 5

Закрытие трещин и пор сопровождается импульсами акустической эмиссии.

При записи процесса разрушения на .фотобумагу шлейфового осциллограФа эти импульсы будут наблюдаться в ° 30 виде пакетов гармонических синусоидальных колебайий. т.е. это явление ха,рактеризует "память" горных пород на .действие на них нагрузки.

Для повышение точности определе- 15 ния напряженного состояния необходимо производить запись всего процесса разрушения на фотобумагу шлейфового осциллографа, так как электронные осциллографы не позволяют делать это. 20

Разделение импульсов акустической эмиссии на импульсы от закрытия пор и трещин и импульсы акустической эмиссии от микроразрушений производят по Форме сигналов на.осциллограмме, воспризводящей процесс разрушения.

При расшифровке осциллограмм отмечают ,нагрузку, при которой прекратился прием акустических сигналов, соответствовавших импульсам акустической эмиссии от закрытия трещин и пор (гармоннческая форма сигналов).

Испытывая образцы в различных плоскостях, можно узнать величину действоваших на них напряжений в данных направлениях. Полученные напряжения сравниваются с напряжениями, полученными с помощью базового способа — метода разгрузки. Базовый способ очень трудоемок (в 4-6 раз ) и не позволяет получать оперативную нформацию об абсолютных напряжениях, а для соляных пород мало пригоден.

По сравнению с базовым объектом при использовании предлагаемого crioсоба уменьшается трудоемкость в 4 раза, так как исключаются операции по выбуриванию кернов с помощью скважин различного диаметра, наклеиванию тензодатчиков и вычислению напряжений по формулам теории упругости; не требуется применение сложной, дорогостоящей аппаратуры.

Кроме этого, надежность определения напряжений по методу разгрузки в значительной степени зависит от обоснованности принятых значений модуля упругости и коэффициента Пуассона,которые определяются на тех же кернах, на которых определяются деформации упругого восстановления..1053033 к, см

h, ими

Т, сел

$0 7У

Фиг. Я

Составитель Н. Жура вл ев а

Редактор М. Ткач Техред М.надь Корректор Г. Решетник

Закаэ 886 5/4 3 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 м

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4