Способ определения напряженного состояния массива горных пород

Способ определения напряженного состояния массива горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности определения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов , определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(5в E 21 С 3900

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3436418/22-03 (22) 04.05.82 (46) 07.02.84. Бюл. № 5 (72) В. С. Ямщиков, В. Л. Шкуратник, В. М. Фарафонов и К. Г. Лыков (71) Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт (53) 622.325 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 454348, кл. Е 21 С 39/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 548712, кл. Е 21. С 39/00, 1977 (прототип).

„„SU„„1071744 A (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА

ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности определения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов, определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.

1071744

Изобретение относится к горному делу, в частности к определению напряженного состояния горных пород в массиве.

Известен способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий бурение скважин, введения неполяризующихся электродов в каждую из них и проведение локальных измерений геоэлектрического тока (1).

Недостатком данного способа является низкая точность измерения напряженного состояния, связанная с влиянием ряда мешающих факторов, например влажности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий отбор образцов и их механическое нагружение.

Согласно способу нагружение образцов проводят циклично с увеличением нагрузки и измеряют возникающие при этом деформации, а за величину действовавшего в массиве на образец напряжения принимают нагрузку, соответствующую начальному моменту уменьшения модуля деформации (2) .

Недостатком известного способа является его сложность и низкая производительность, так как определение деформаций образцов горных пород связано с трудоемкими тензометрическими измерениями, а проведение нескольких циклов нагружения, в процессе которых измеряются деформации, требует значительного времени.

Целью изобретения является повышение производительности и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения напряженного состояния массива горных пород, основанному на изменении напряженного состояния образцов горных пород путем механического нагружения и его измерения, механическое нагружение образцов осуществляют с постоянной скоростью, регистрируют скорость изменения электрической проводимости образцов, определяют момент изменения скорости ее и по величине нагрузки, соответствующей этому моменту, судят о величине напряженного состояния массива горных пород.

Физические предпосылки изобретения заключаются в следующем, Известно, что электрическая проводимость горных пород, минералы которых имеют кристаллическую структуру, определяется из текстурными и структурными особенностями, а также дефектами в кристаллах. Так, например, если в кристаллах диэлектриков горных пород есть точечные дефекты в виде вакансий (незанятых узлов кристаллической решетки), то,под действием внешнего электрического поля ион может перескочить на соседнее с ним вакантное место. В образовавшуюся вакансию может

10 l5

55 перескочить следующий ион и так далее. В результате происходит движение ваканский, приводящее к переносу заряда через кристалл. Таким образом, проводимость диэлектрических горных пород пропорциональна концентрации дефектов кристаллов.

Концентрация дефектов, в свою очередь, зависит от термодинамического состояния, в котором находятся горные породы; в частности от их напряженно-деформированного состояния.

Давление P <, которому подвергаются горные породы в массиве, приводит к образованию в них некоторого количества дефектов, являющихся носителями тока. Этому количеству дефектов соответствует определенная электрическая проводимость, существенное увеличение которой (при постоянном температурном режиме) возможно только при условии P ) Р ), когда происходит активизация. новых ранее упорядоченных и закрепленных дефектов.

Были проведены эксперименты на образцах различных горных пород (мраморах, известняках, соляных горных породах и др.), которые выдерживались в течение несколь ких часов под нагрузкой Рн, а затем разгружались. Далее образцы вновь подвергались линейно возрастающему нагружению с одновременной регистрацией их электропроводности. При достижении уровня нагружения значения, равного Р„, наблюдалось резкое увеличение проводимости.

Эксперименты показали также, что «память> горных пород о воздействовавших на них давлениях сохраняется в течение нескольких (3 — 5) часов после снятия нагрузок (извлечения из массива).

На фиг. 1 представлена одна из возможных схем реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — зависимость, поясняющая сущность способа.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью пресса 1 образец 2 горной породы, извлеченный из массива, подвергается сжатию линейно увеличивающимся во времени давлением Р, уровень которого измеряется динамометром 3. Терраомметр

4 измеряет электрическую проводимость 6 образца 2 в процессе нагружения. Показания динамометра 3 и терраомметра 4 совместно регистрируются двухкоординатным самописцем 5. На фиг. 2 показано характерное изменение электрической проводимостиб образца 2 при возрастании давления P. Линейное увеличение давления P приводит сначала к практически линейному возрастанию проводимости за счет закрытия микротрещий и пор. При достиженим давлением P пресса значения Р— — 140 кг/см соответствующего давлению, действовавшему на образец в массиве, наблюдается резкое увеличение электрической проводимости.

107l744

Предлагаемый способ реализуется с помощью простой выпускаемой серийно аппаратуры, не требует трудоемких операций, f0

20 Фд бд ВО 100 128 140 f80 ЛЮ p

4г.z

Составитель И. Назаркнна

Редактор В. Данко ехред И. Верес Корректор И.Муска

Заказ !!563/26 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений н открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПНП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

СИП

10 и позволяет получать информацию о напряженном состоянии в процессе единичного цикла нагружения образца.