Способ изучения напряженногосостояния горных пород
Патент 831970
Авторы
Классы МПК
Способ изучения напряженногосостояния горных пород
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
831970 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 190974 (21) 2061080/22-03 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет
Опубликовано 23.05.81. Бюллетень Мо 19 (51)М. Кл З
Е 21 С 39/00
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 622.35 (088. 8) Дата опубликования описания 230581 (72) Авторы изобретения
В.Н. Пономарев, A.Ë. Алейников и Н.И. Халевин
Ордена Трудового Красного Знамени инстйтут геофизики
Уральского научного центра АН СС4Р (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗУЧЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
ГОРНЫХ ПОРОД
Изобретение относится .к технике исследования упругих напряжений горных пород при проектировании и проходке шахт, туннелей, разработке рациональных схем и методов подземной добычи полезных ископаемых, строительстве крупных гидротехнических сооружений, исследовании напряженного состояния земной коры в сейсмически опасных районах и т.д.
Известен способ исследования напряженного состояния пород, основанный на измерении деформаций, происходящих в результате упругого восстановления элемента объема полного или частичного освобождения его от действующих нагрузок (1), Недостатками известного способа являются сложность и черезвычайная трудоемкость процесса измерений, обусловленная необходимостью шлифовки забоя скважины или проходки в забое ее другой специальной скважины меньшего диаметра, сложностью установки измерительного устройства на забое, взятие начального отсчета и,последующего выбуривания керна породы с укрепленным на нем или внутри его датчиком деформаций (измерительным устройством). Иэмервн Ж напряжений в трещиноватых породах часто оказываются невозможным вследствие разрушения керна.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ изучения напряженного состояния горных пород, включающий бурение скважин и размещение в них дат10 чиков (2), Однако известный способ дает лишь возможность следить за некоторым интегральным изменением во времени напряженного состояния )5.массива и Ае может быть использован для определения существующих в нем величины и направления главных компонент тензора напряжений, Цель изобретения — повышение до20 стоверности результатов измерения.
Поставленная цель достигается тем, что датчики размещают по контуру скважины, причем частью из них определяют напряжения, действую25 щие параллельно оси скважины, а другой — перпендикулярно ей, затем, по найденным на контуре скважины значениям, вычисляют величину и определяют направление главных
30 напряжений в массиве.
831970
Формула изобретения
СоставителЬ Л. Березкина
Редактор Н. Рогулич Техред Ж. Кастелевич а чае
Заказ 3025/19 Тираж 627 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
КбрректорЮ. Макаренко
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Распределение напряжений на стенках скважины по ее контуру опи-. сывается уравнением
5 — " + " созЯ (a) где b - напряжение на стенке скваО жины, действующее по ее контуру в плоскости, перпендикулярной оси;
6,5< - главные нормальные напряжения, действующие в массиве горной породы в той же плоскости; — угол, отсчитываемый от направления алгебраически максимального главного напряжения (6„) против часовой стрелки.
Из решения уравнения (1) распределения напряжений на контуре .сква.жины (60) переходят к напряжениям з нетронутом массиве пород
36 +6
8 дх тйи
1 И
Ь +з68 б
8 где6 ибо — максимальное и минимальное напряжения на контуре скважины, Направления б„ и 6 связаны с положением максимальных и минимальных напряжений на контуре скважины следующим образом: о вЂ,(наибольшее растягивающее
1 напряжение или наименьшее сжимающее) совпадает с ди- аметром, соединяющим точки контура, где контурные напряжения имеют алгебраически минимальные величины; х — перпендикулярно g„„
Величина составляющей напряжения вдоль оси скважины в массиве породы выражается через напряжения на стенках скважины уравнением
6 +6 . -Д(6 +60, )
Z. ma zw n 8 тих @ rn n
6 2. где6 и6 - значения компонент на тин 1 пряжений вдоль оси скважины на ее стенках в точках с экстремальными величинами контурных напряжений (6о) 1 коэффициент Пуанссона горной породы.Процесс измерений осуществляют следующим образом.
В скважину на заданную глубину
5 опускают устройство с датчиками для измерения физических свойств горных пород, зависящих от давления (например„ скоростей распространейия .упругих волн) и исследуют распределение этих свойств по контуру скважины. При этом датчики располагаются таким образом, чтобы частью их измерялись компоненты, направленные-параллельно оси скважины, а другой — перпендикулярные к ней, направленные по касательной к контуру.
На основе графика зависимости измеренного параметра горной породы (например, скорости распространения
20 упругих волн) от давления, который получают при испытаниях образцов пород, находят величины напряжений на контуре скважины (9g и 6 ).
По найденным значениям напряжений на контуре скважины определяют направление главных напряжений в массиве и по формулам (2) и (3) вычисляют их величины.
Способ изучения напряженного состояния горных пород, включающий бурение-скважин и размещение в них датчиков,отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерений, датчики размещают по контуру сиважи40 ны, причем частью иэ них определяют напряжения, дейстВующие параллельно оси скважины,а другой — перпендикулярно ей, затем, по найденным на контуре скважины значениям, вычисляют величину и определяют направление главных напряжений в массиве.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
50 1 Leeman E . R,3 ог
soutk Africa Institute of Minand
Met, Ч-67 Р 7 1969 р 305 339 °
2. Ржевский В.В. и др. Магнитные методы контроля напряженного состояния горных пород. Сб. 55, М., МГИ, 1964, с. 68-75 (прототип).