Способ определения деформационных характеристик массива горных пород

Способ определения деформационных характеристик массива горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАССИВА ТОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение скважин, размещение в них датчиков и приложение нагрузки к исследуемому массиву горных пород, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения в повышения точности исследований, на границах исследуемого массива горных пород размещают восемь датчиков напряжений , образующих призму, на прямой между центрами оснований призмы размещают датчик деформаций, на этой же прямой на расстоянии от исследуемого массива, превышающем не менее, чем в 10 раз длину ребра з призмы, размещают заряд взрывчатого (Л вещества, а приложение нагрузки осуществляют путем взрыва заряда взрывчатого вещества.

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) Е 02 0 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3461730/29-33 (22) 01.07.82

46) 23.02.84. Бил.9 7

72) С.H. Журин и Б ° А. Фомин (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (53) 624.131 ° 1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 749975, кл. Е 02 D 1/02, 1980.

2. Suggested Methods of Determining in Siti Deformability of

Rocks (Part Х). — 1nternational Jourпа1 of Rock Mechanics and, Mining

Sciences 8 с Geomechanics Abstrackts, Volume Хб, Ndmmer 3, June 1979, р. 197-202. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, включающий бурение скважин, размещение в них датчиков и приложение нагрузки к исследуемому массиву горных пород, о т л и ч а юшийся тем,,что, с целью расширения области применения в повышения точности исследований, на границах исследуемого массива гарных пород размещают восемь датчиков напряжений, образующих призму, на прямой между центрами оснований призмы размещают датчик деформаций, на этой же прямой на расстоянии от исследуемого массива, превышающем не менее, чем в 10 раз длину ребра g призмы, размещают заряд взрывчатого вещества, а приложение нагрузки осуществляют путем взрыва заряда взрывчатого вещества.

1074958

Изобретение относится к строительству, в частности к инженерной геологии °

Известен способ определения меха нических характеристик горных пород путем образования щелей с поверх- 5 ности грунта, приложения кваэистатической нагрузки на стенки щелей с последующим замером давления в щелях, деформаций горной породы при нагружении и деформаций восстановле- 10 ния после снятия нагрузки fi) .

Однако способ не дает достоверных результатов при определении деформируемости горных пород в условиях естественного залегания, так как при выполнении щелей снимаются естественные напряжения массива, что может вызвать необратимые изменения свойств породы, Наиболее близким техническим ре2О шением к изобретению является способ определения деформационных характеристик массива горных пород, включающий бурение скважин, размещение в них датчиков и приложение нагрузки к исследуемому массиву горных пород (2) .

Недостатки известного способа заключаются н том, что он имеет ограниченную область применения и не может быть использован при ис" следовании нысокопрочных скальных пород из-за малых деформаций, получаемых в глубине массива гри поверхностном нагружении домкратами.

1<роме того, деформационные харак- Ы теристики получаются недостаточно достоверными, так как измерения деформаций горных пород производят в зоне влияния горной выработки, которая проводится при использона- 49 нии известного способа.

Цель изобретения — расширение области применения и повышение точности исследований.

Цель достигается тем, чzo сагласно способу определения деформа-. ционных характеристик массива горных пород, включающему бурение скважин, размещение z них датчиков и приложение нагрузки к исследуемому массиву горных пород, на грани": цах исследуемого массина горных г1ород размещают восемь датчиков на-, пряжений, образующих призму, на прямой между центрами оснований приз!а размещают датчик деформаций, на этой же прямой на расстоянии от исследуемого массива„ превышающем че менее, чем в 10 раз длину ребра призмы, размещают заряд взрывчато- 6 -го вещества, а приложение нагрузки осуществляют путем взрыва заряда взрывчатого вещества.

На чертеже представлена схема расположения скважин, датчиков и заряда взрывчатого вещества в исследуемом массиве.

Способ осущест вляется следующим образом.

При определении, деформационных характеристик массива в окрестности выбранной точки М по- заданному направлению NK выбирают профиль КО на поверхности обнажения массива, и проекцию точки М на профиль КО принимают эа начало отсчета (точка О).

Скважинами 1 и 2 оконтуривают исследуемый объем 3 ABCDEFGH, ориентируя их попарно н двух параллельных плоскостях ABCD u EFGH.

Характерный размер исследуемого объема 3 должен не менее, чем н

10 раз превышать характерный размер структурного блока массива. Для этого одну пару оконтуринающих скважин 1 бурят из точки, расположенной на профиле КО, на расстоянии от начала отсчета О где 4 — Расстояние от точки Yi до профиля КО; угол между профилем KO и плоскостью, образованной парой оконтуривающих скважин;

d- — расстояние между плоскостями оконтуринающих скнажин. угол 11, выбирается так, чтобы нормаль 4 к параллельным плоскостям

AHCD u EFGH совпадала с направлением NK, по которому необходимо определить деформационные характеристики, Вторую пару оконтуривающих скважин 2 бурят иэ точки, Расположенной на профиле КО на Расстоянии ! от начала отсчета О„

Напранления окон»урн нающнx 1 н 2 з ада o= ся у гл ами

3 - 6 Л ".

4. 1 (3 = - 11 С41 —.— =

Г1!Vбина ОKОнTJjPнвэшшнх olКBажнн 11Еp"" вой пары должна быть не менее

2 Б лк соь (3 / и гл,j би!.. . .cl Око!!тури Б 810!Цих ск Б а жи н второйй пары должна быть не менее (2.LO> J(COSа-S n a)1

2В1 1 К OОЭ !З

Затем бурят измерительную скважину с .1 через выбранную точку И н направлении нормали 4 из точки,- расположенной на расстоянии 5 40 if .

1074958 от начала отсчета О, до глубины не менее

2 L,--д(costi isina) (,—

2sine.. cos Р

2 Ьo.d(cosKtsinм) (, = 2s nи со Р и в каждой оконтуривающей скважине второй пары на глубинах

2Lоtд(cosс а Мис )

2 эмад сов Р

40

2Lp> d(cosa.- s ng,) 1

2 noL cos p

45 помещают датчики 8 напряжения, образующие призму, регйстрирующие изменение напряженного состояния в двух направлениях (в плоскости пар оконтуривающих скважин и перпейдикулярно этой плоскости), например по два однокомпонентных спаренных электрогидравлических датчика напряжений, повернутых на 90о относительно друг друга.

Размещают в измерительной скважине датчик 9 деформаций с базой, равной о, так, чтобы датчик 9 весь находился в исследуемом объеме 3 и регистрировал изменение расстояния ° между точками измерительной скважи-.. 0 ны 5, расположенными кз глубинах

2L 4d соби, ! !

2 сов g, 2Lo< d cosK о

6=. 2cosa

Из точки, расположенной на профиле ОК на расстоянии L от начала отсчета, бурят нагрузочную скважину б в одной плоскости с измерительной скважиной 5 на глубину не менее !

2L +d cosa

4= т 2slna. cpsg под углом $ = g, + g где

2 х stag 35 !

6 2.1, фД,cos < ) R Расстояние От точки пересечения геометрической оси нагрузочной скважины б с геометричео-кой осью измерительной скважины 5 до наиболее удаленной от поверхнос- 20 ти обнажения массива 7 плоскости оконтуривающих скважин EFGH i R выбирается из условия нагружения исследуемого объема 3 плоской волной напряжения в пределах (200-500) Йо, 25 где о — радиус сосредоточенного заряда взрывчатого вещества, но не менее, чем 10 d . .В каждой оконтуривающей скважине первой пары на глубинах 30

2Lî d cosa и (а, 2 cosa например, тензометрическую штангу.

Размещают в нагрузочной скважине б в точке Р сосредоточенный заряд взрывчатого вещества 10, взрывая который, создают в массиве волну напряжения, и нагружают последней исследуемый объем 3. Замеряют в исследуемом объеме 3 с помощью датчиков 8 напряжения составляющие напряжений в направлении распространения волны би и перпендикулярно на» правлению распространения волны 6,, а с помощью датчика деформаций из" меряют деформацию Е исследуемого объема в направлении распространения волны. Деформационные характеристики рассчитывают по известным формулам теорни упругости: коэффициент !.

Ламе h= — ; коэффициент Пуассона ..

Е - ! б, модуль Юнга, Е = — (1+a)(<-2. р) °

6,+оц

Е модуль сдвига Й=(, = (и- ii)

11И1) 2 Е !

Деформационные характеристики вычисляются при однородном напряженном состоянии исследуемого объема, что контролируется равенством показаний датчиков напряжений, расположенных .в дальней и ближней от заряда взрывчатого вещества параллельных плоскостях.

П р и и е р. При проведении исследований на шахте, отрабатывающей месторождение желеэистых кварцитов, массив которых разбит трещинами на структурные блоки размерами 5

0,2-0,3 м, определены следующие параметры эксперимента по определению деформационных характеристик окрестности "î÷êè М, расположенной в вертикальной плоскости ниже оси вентиляционного штрека на глубине 25 м направлении, задаваемом углом 60 осью вентиляционного штрекаг характерный размер структурного блока

5 = 0,25 м; характерный размер исследуемого объема 3 = 2,5 = 105 > угол наклона плоскостей оконтуривающих скважин g = 30о; угол между оконтуривающими скважинами 2 Д I

d.sin> а с1 — —, 2,6 угол наклона измерительной скважины 90о

- М =. 60, угол наклона йагрузочной скважины

2R sana

R=!n!!»y=!!!!! —;

2 а 3 соек ! расстояние от исследуемого объема до заряда взрываемого вещества Й

10 Д = 25 м, сосредоточенный заряд взрывчатого вещества с характерным размером, равным диаметру скважины при проведении ее станком

НКР, - 100 м, Йв = 0,1 м, Таким образом, к = 250 Ро,т.е. измерения будут произведены в,дальней зоне взрыва, и исследуемый объем 5 будет нагружен плоской волной напряжений.

55, 35

Глубина измерительной скважины не менее 40 = 29,98 м. Глубина нагруэочной скважины не менее 4

57,90 M.

Глубина оконтуривающих скважин 35 первой пары не менее q = 49,10 м второй пары - не менее I "- 53,42 м, Датчик деформаций (тензометрическая штанга) должен регистрировать изменение расстояния между точками измерительной скважины, распо" ложенными на глубинах = 29,98 м и:l g = 27,48 м.

Датчикй напряжений (спаренные электрогидравлические) помещаются в оконтуривающих скважинах на глубине: в скважинах первой пары 4 g

--- 49,10 м и (,„ = 4б,бО,м, в сква. жинах второй пары L> = 53,42 м и Ьц = 50,92 м.

ЗО

Заряд взрывчатого вещества помещается в нагрузочной скважине на глубине 4 =- 57 90 м.

Датчики деформаций и напряжений подсоединяются через тензоусилитель к осциллографу типа H-700 по одному датчику на каждый канал и на один канал сигнал генератора звуковой частоты для получения меток времени на осциллограмме. Осуществляют взрыв заряда взрывчатого вещества, регистрируя изменения напряжений в деформации исследуемого объема, и после обработки осциллограмм по приведенным формулам определяют деформационные характеристики, Предлагаемый способ определения деформационных характеристик горных пород обладает по сравнению с известным большей достоверностью результатов измерения, так как благодаря предлагаемому расположению скважин и заряда взрывчатого вещества измерения могут проводиться на эначительном удалении от обнаженной поверхности массива, ограниченном только возможностям современного бурового оборудования, что позволяет исключить влияние обнаженных поверхностей массива и ведущихся горных работ и позволяет проводить изь ерения при естественном напряженном состоянии горных пород. Нспользование изобретения позволяет определить деформационные характеристики объемов массива, соизмеримых или превышающих размеры предлагаемого инженерного сооружения.

Кроме того, изобретение позволяет измерять деформационные характеристики весьма. крепких скальных пород. В известных способах нагружение скальных пород с помощью применяемых в настоящее время средств, например механических, гидравличе<"ких и т.п., не может обеспечить деформаций, которые могут быть точно измерены существующими приборами.

1074958

Со став и тель В . Малыае в

Редактор А. Шишкина Техред A. Бабинец

Корректор А. Ференц

Заказ 470/27 Тираж 644

ВНЛИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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