Способ определения упругих свойств массива горных пород

Способ определения упругих свойств массива горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцнапнстнческнк

Республик >872757 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) 3am sa©но 05. 12. 79 (2! ) 284? 995/22-03 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15. 10.81. Бюллетень ря 38.(51)М. Кл.

Е 21 С 39/00

ГооударотеанныИ коинтет

СССР аа делан нэобретеннй и открытнй (5З) УДК 622.35 (088. 8) Дата опубликования описания 1 7 . 1 О. 81 (72) Автор. изобретения

В. Я. Анцибор

Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ МАССИВА

ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится. к горной промьппленности, в частности к измерительной технике, а именно к измерению величин деформаций массива пород, происшедших вследствие нагружения его распорным давлением через скважину, пробуренную в массиве.

Известен способ определения упругих свойств горных пород, реализуемый с помощью устройства для определения механических свойств горных .пород (прессиометра ПМ-46), путем регистрации перемещений стенок скважины этим прибором посредством замерных щупов, пропущенных через отверстия в корпусе и упирающихся в породу. Перемещения стенок скважины через замерные щупы преобразуются в электрические сигналы, передаваемые по кабелю на электроизмерительную аппаратуру D7 °

Известен также способ определения упругих свойств массива горных пород, включающий нагружение стенок скважины распорным фиксированным давлением и измерение смещений точек поверхности массива при его нагружении с последующей обработкой данных (2).

Недостатком укаэанного способа и устройства для его реализации является невысокая точность измерения перемещений, конструктивная сложность устройств, трудоемкость процесса измерений, ограниченное количество информации, получаемой в результате из«I мерений, невозможность измерения перемещения точек массива в других направлениях относительно направления приложения сил.

Цель изобретения — определение перемещений точек поверхности массива во всех направлениях относительно направления сил и повьппение точности измерения.

Цель достигается тем, что поверхность нагруженного массива освещают когерентным светом и экспонируют ее на регистрирующую среду, при этом

872757

4 воздействиям и должна быть защищена от попадания на нее воды, влаги, пыли.

В результате на фотопластинке об5 разуется негативное изображение освещенного когерентным светом участка массива пород (например вокруг устья скважины — "спекл"-интерферограмма, которая содержит большое коли1 честно информации о смещениях точек освещенного участка массива горных пород). При расшифровке "спекл"-интерферограммы известным способом по известным формулам находится смеще15 ние в любой точке освещенного массива, а по ним — относительные деформации; как продольные, так и попереч ;ные.

Значение смещения объекта в каждой точке определяется по формуле ц

m - э1п где в — коэффициент уменьшения иэобра жения;

)с — длина волны излучения; ф — угловое расхождение интерференционных полос.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема получения "спекл -интерферограмм при двух состояниях объекта;. на фиг. 2 — схема определения абсолют ных деформаций в любой точке поверхности массива.

Способ измерения деформаций и определения .упругих свойств массива за ключается в следующем.

В массиве 1 горных пород (фиг. I) бурится скважина 2. В устье 3 скважи ны 2 -вводят нагружающее устройство 4 (нагружающее устройство представляет собой трубчатую резиновую оболочку, зажатую на торцах и соединенную посредством трубопровода высокого давления 5 с нагнетательным насосом 6) .

На,расстоянии 1-2 м от устья скважи" ны 2 устанавливают лазер 7, пучок

1 света 8 которого освещает поверхность нагружного массива 9 (на фиг. 1 — поверхность вокруг устья скважины 2) .

Для расширения пучка используют коллимирующую систему 10, выполненную соосно с лазером 7, позволяющую освещать площадь массива диаметром 3

Изображение освещенной части массива 9 формируется объективом 11 фотокамеры 12, в фокусе которой помещают регистрирующую среду, например светочувствительную пластину 13.

Посредством подачи воздуха или масла под высоким давлением в нагружающее устройство нагружают стенки скважины 2 распорным давлением, вслед ствие чего происходит радиальное смещение точек массива вокруг устья скважины. После этого экспонируют изображение освещенного участка массива 1 на регистрирующую среду 13 при фиксированной величине нагружения. Далее разгружают стенки скважины 2 путем снятия распорного давления и производят вторую экспозицию изображения освещенной части объекта на ту же регистрирующую среду 13, причем регистрирующая среда между первой и второй экспозицией не должна иметь смещений, а освещенная часть поверхности объекта подвергаться механическим

11.

111 ° 5454 смещение точек массива определяют по формуле

1 где m — - коэффициент уменьшения изоб25 раж ения; ,1 - длина волны излучения; — угловое расхождение интерференционных полос.

Компоненты смещения U и 0 опре У зо деляются по формуле

U< = UcosaL; Uy = U 51ПА,, где aL — угол между осью Х негативного изображения образца на, голограмме и направлением полного смещения рассматриваемой точки образца, совпадающим с нормалью к интерференционным полосам на экране.

Используя формулу (см. фиг. 2) где Р— нагрузка на стенки скважины, кгс/см ;

r — радиус скважины, см;

45 а — расстояние от центра скважины до точки на поверхности массива, перемещение которой измеряют, см;

Е .- модуль упругости, кг/см, so можно па измеренным значениям U u значениям о. (определенным другим известным способом определить модуль упругости массива в любой точке освещенной части поверхности массива.

Относительные продольные деформами цин между точками 11 и 31 и относительные поперечные деформации между

2757

u, -u,, 10

Формула изобретения

5 87 точками 21 и 4 определяются по формулам

А х "и -"х ь где Ь вЂ” расстояние между точками измерений в продольном направлении;

c — расстояние между точками из- мерений в поперечном направлении.

Если направление оси Х выбрать строго по направлению оси Х (центр скважины — точка измерения)., а ось

У перпендикулярно ей, то величину Е11 можно считать продольной деформацией, а P.> - поперечной. В этом случае можно определять составляющие главных напряжений.

Точность измерения смещений предлагаемым способом — порядка 0,040,015 мкм.

Внедрение данного изобретения в практику исследований механических свойств горных пород повысит надеж-. ность натурных испытаний.

Способ определения упругих свойств массива горных пород, включающий на гружение стенок скважины распорным фиксированным давлением и измерение смещений точек поверхности массива при его.нагружении с последующей обработкой данных, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью определения перемещений точек поверхности массива во всех направлениях относительно направления приложения сил и повышения точности измерений, поверхность нагруженного массива освещают когерентным светом и экспонируют ее на ре гистрирующую среду, при этом смещение точек массива определяют по фор15 муле где 1П вЂ” коэффициент уменьшения изображения;

Х вЂ” длина волны излучения;

М вЂ” угловое расхождение интерференционных полос.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ. Л., ВНИМИ, 1966i с. 156-164.

2. Методические указания о проведению натурных испытаний и механических свойств угля и пород с помощью давильной установки. Л., ВНИМИ, 1966 (прототип).

872757

Составитель Е. Борисова

Редактор M. Погориляк Техред М,Голинка Корректор Г. ОгаР

Заказ 8973 51 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035 Москва Ж-35 Раушская.наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул. Проектная,