Способ измерения коэффициента бокового распора горной породы

Способ измерения коэффициента бокового распора горной породы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистическим

Республик i„883433 (6l ) Дополнительное н авт. свяд-ву (22) Заявлено 13.03.80 (21) 2896154/22 — 03 с ярисоедянеинеи заявки,%— (23) Приоритет— (51)М. Кл.

E 21 С 39/00

9кударетввеЫ квмнтвт

СФВР во делам язеврвтвявй н втврвщй

Опубликовано 23.11.81. Бюллетень №43

Дата опубликования описания 23.11.81 (3) УДК 622.23.02 (088.8) (72) Авторы изобретения.М. П. Зборщик и В. В. Назимко

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени по институт Министерства высшего и среднего специал

Украинской ССР (74) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА БОКОВОГО

РАСПОРА F0PHOA ПОРОДЫ

Изобретение относится.к испытаниям физико-механических свойств материалов и может быть использовано, в частности,для измерения коэффициентов бокового распора горных пород в массиве.

Известен способ определения напряженного состояния горных пород, включающий бурение скважин и врезание в них комуфлектйых зарядов. По форме образовавшихся полостей судят о напряжении (1}.

Недостаток этого способа — невысокая точность измерений.

Известен также способ измерения коэффициента бокового распора горной породы, включающий бурение скважины, создание. и измерение горизонтальной и вертикальной составляющих давления в ней (2).

Основной недостаток такого способа — неточность определения коэффициента бокового распора в массиве,, чак как не полностью учитываются структурные особенности реального горного массива, поскольку испытания проводятся на образце. Если массив содержит трещины или другие неоднородности, значение коэффициента, полученное на образце, как правило завышенное, и при пересчете его для массива горных пород необходимо вводить понравочный коэффициент.А это вносит сущест- венную погрешность в действительное значение коэффициента бокового распора. Эта погрешность зависит от неопределенности информации, отражающей неоднородность массива, и составляет от 20 до 100% и более.

Цель изобретения — повышение .точности измерения коэффициента бокового распора.

Цель достигается тем, что на равных взаимно перпендикулярных расстояниях от основной скважины бурят две дополнительные

t5 скважины, прн этом давление создают во всех скважинах по величине равное гидростатнческому давлению горного массива, затем в основной скважине сбрасывают давление ступенямн и одновременно фиксируют давление в остальных скважинах и по изменению давления в них судят о степени бокового распора горной породы.

На фиг. 1 изображен пример измерения коэффициента бокового распора в толщине

883433 трешиноватого массива; на фиг. 2 и 3 — графики зависимости между. изменением давлений в центральном и боковых шпурах.

Например„в трещиноватом горном массиве

1, разбитом трещинами в среднем через

0,03 мм, бурят центральный шпур 2 и на равных взаимно перпендикулярных расстояниях от него бурят боковые шпуры 3 и 4. Все . шнуры бурят диаметром 0,042 м с помощью колонковых перфораторов (на чертеже не указаны) на глубину 1 м. Расстояние от центрального шпура 2 до боковых 3 и 4 должно составлять не менее 10 а, где а— средний размер элементарных блоков, из которых состоит трещиноватый массив. Это позволяет учесть влияние трещиноватости на значение коэффициента бокового распора. В данном случае расстояние между цщурамц 2, 3 и 2, 4 0,3 м. Для создания давления в шпурах используют скважинные гидродатчики, поскольку они передают на стенки шнура только нормальное давление. Поэтому во все шпуры вставляют гидродатчики (на чертеже не указаны) длиной 0,3 м, располагая их в средней части шнуров. При этом гидродатчики поочередно соединяют с помощью маслопроводов с насосом (маслопроводы и насОс на чертеже «е указаны). Во всех гидродатчиках создают насосом давление, равное гидростатическому. На глубине 500 м оно составляет 12,5 МПа. Затем маслопроводы герметизируют, а насос отсоединяют. После этого в центральном гидродатчике стравливаюг давление ступенями до 2 МПа. Одновременно фиксируют во всех датчиках давление с помощью манометров (на чертеже не показаны), присоединенных на маслопроводах.

Зафиксированные изменения давлений записывают в таблицу.

9 =0,6: 2,2 = 0,272

Изменение

Изменение

Изменение давления в боковом датчике 3, МПа давления в боковом датчике 4, МПа давления в центральном датчике 2, МПА

2,5

4,5

6,5

8,5

10,5

12,5

2,2

3,7

5,0

6,4

7,6

8,7 (j 6

1,0

1,5

1,9

2,2

Датчиком 3 ф>-<сируется изменение горизонтальной компоненты, датчиком 4 — вертикальной.

50 в

55

Коэффициент бокового рапора опрецеля ют как соотношение горизонтальной «ормачьной компоненты напряжений к вертикальной, действующих в массиве лри условии отсутствия горизонтальньгх его деформапий, например как соотношение изменений напряжений, взятых на первой ступени

Для устранения нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями, имеющими место в реальном горном массиве, испытание коэффициента бокового распора целесообразно вести на разгрузочной ветви. Кроме этого, условие отсутствия боковых деформаций имеет место лишь в самый начальный момент испытаний, Поэтому коэффициент бокового распора определяется по соотношению давлений на первой ступени разгрузки.

Для более точного определения коэффициента строят зависимости между давлениями пар датчиков 2:3 и 2:4. Коэффициент бокового распора 7 определяется как отношение тангенсов угла, образованных касательной к начальным участкам кривых и вертикалью

9 2 9 г) = — = — — — = 0,2бб 9 1 i 1. g Ô0

Углы, образованные этими касательными с вертикалью, пропорциональны степени изменения компонент нормальных напряжений.

Поэтому коэффициент бокового распора можно определить через их отношение.

Погрешности при измерении коэффициента с помощью стабилометра содержат погрешность измерения давления, составляюшую 1 — 2%, и погрешность перехода от свойств породы в образце к свойствам в массиве. Чем сильнее неоднородность, тем больше погрешность. В реальном горном массиве погреш«ость лерехода составляет 20 — 50% и более.

Погрешность при измерении коэффициента бокового распора предлагаемым способом состоит из погрешности измерения давления, равной 1 — 2% и погрешности определения угла наклона касательных, равной 5 — 8%. Таким образом, общая погрешность не превышает

10%.

Главное преимущество нового способа измерения коэффициента бокового распора состоит в том, что оно производится в натурных условиях, Таким образом учитываются все структурные и деформационные особенности реального горного массива, в результате чего получают истинное значение коэффициента. не требующее корректировки. Это позволит с высокой степенью надежности рассчитывать устойчивость подземных сооружений и оснований наземных конструкций.

883433

ВНИИПИ Заказ 10156/50 Тираж 630 Подписное филиал ППП * Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 формула изобретения

Способ измерения коэффициента бокового распора горной породы, включающий бурение. скважины, создание и измерение горизонтальной и вертикальной составляющих давления вней, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, на равных взаимно перпендикулярных расстояниях от основной скважины бурят две дополнительные скважины, при этом давление создают во всех скважинах по величине рав0

z s ю г е г кпа

Puz. Г ное гидростатическому давлению горного массива, затем в основной скважине сбрасывают давление ступенями и одновременно, фиксируют давление в остальных скважинах и по изменению давления в них судят о степени бокового распора горной породы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 406013, 1О кл. Е 21 С 39/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР М 581278, кл. Е 21 С 39/00, 1969 (прототии).