Способ определения напряжений в нарушенном массиве горных пород

Способ определения напряжений в нарушенном массиве горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.06.74 (21) 2039433/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М Кл °

Е 21 С 39/00

G 01 V 1/40

Государственный комнтет

СССР

1 (53) УДК 622.235. (088.8) по делам нзооретеннй н открытий

Опубликовано 23.01.82. Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 28.01.82

К. А. Ардашев, В. И. Ахматов, Ю. Д, Орлов, Б. В. алиткжн, Б. Н. Севастьянов и В. Н. Дудник (72) Авторы изобретения

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знам на .чно-., :,.:, исследовательский институт горной геомеханики и маркшеи еаза» дела ВНИМИ (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИИ В НАРУШЕННОМ

МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для исследований статистических напряжений в нарушенном трешинами массиве горных пород.

Известен ультразвуковой способ определения зависимости скорости прохождения волны от напряжения, включающий отбор образцов из исследуемого массива, прозвучивание образцов ультразвуковыми импульсами, нагружение образцов и определение зависимости скорости прохождения импульсов от напряжения (1) .

Известен также способ определения на,пряжений в нарушенном массиве горных пород, включающий прозвучивание нарушенного участка массива ультразвуковыми импульсами, измерение в нескольких точках времени прохождения импульсов через нарушенный участок массива, тарировку и выбор базы измерения (2).

Недостатком этого способа являются низкие чувствительность и точность измерений, обусловленные большой погрешностью измерений скорости ультразвуковой волны на небольших расстояниях и малым относительным изменением величины с увеличением напряжений вплоть до разрушаюших (обычно изменение скорости упругой волны не превышает 5 — 10%, что не выходит за пределы погрешности измерений) .

Цель изобретения — повышение точности определения напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что определяют время прохождения импульсов через ненарушенный участок массива, а базу измерения выбирают в месте, где изменение времени задержки прохождения импульсов т0 не превышает 5%, при этом время задержки определяется как разность между временами прохождения импульсов через нарушенный и ненарушенный участки массива, причем тарировку проводят по зависимости времени задержки от напряжения.

На фиг. 1 представлен график тарировочной зависимости; на фиг. 2 — схема получения тарировочной зависимости.

Некоторый участок массива определенной толщины, нарушенный трещинами, про20 звучивают ультразвуковыми импульсами и измеряют после каждого прозвучивания время прохождения импульсов через нару-, шенный участок.

899941

Про"-вучивают ультразвуковыми импуль",:(àñò0ê массива, ненарушенный тре, («з,(((, толщина которого соответствует то„. ине нарушенного участка массива. Опре,,,елякп время задержки прохождения импульсов на трещинах как разность времени прохождения через нарушенный и ненарушени(лй(,:(астки массива.

Определяют участок, где время задержки не превышает 5%, и принимают его за базу измерения. Для определения напряжений по времени задержки прохождения импульсов проводят тарировку, т. е. получают тарировочные зависимости между напряжением и временем задержки с помощью физикомеханических методов. Полученные тарировочные зависимости используют для определения (-апряжений при проведении ультра, .он(,, измерений без nocTBHQBKH ком,i: наблюдений. Время задержки про—:.:::!I5i импульсов через трещины более ," .чте.<ьио к напряжениям, чем время про . ::.не(..:» импульсов в ненарушенном мас(.(((<с-. !=<го величина зависит от характера и

:: я н» контактов по трещинам (ширины .. ;((нь., а кустического сопротивления ее ::-!!(! "нителя, отношение ширины трещины к и. импульса и др.). Под действием на;"îê соприкосновение по контактам улуч:.(.(((.. ся к величина времени задержки на.-г. 1f ы:.еиеиие времени задержки в зависи«. (от напряжений составляет до 50%

С,.:о< об опробован в лабораторных и шахт".<, rgвиях.

::..(ос<и осуществляется следующим обраI,,ро:;вучивают нарушенный участок гор,. < .»а««ива ультразвуковыми импульсами и

:.. <ели<от участок, где время задержки про:, <сини и((4пульсов не превышает 5% от

".„.: (nå(о значения при измерении на разных, (:. т::.а:-, ".,îðèîãо массива, находящихся под

-нпем одинаковых нагрузок. : (,(:р базы измерения производится

„..>н(н(.,i образом. ::б ге(.. время прохождения импульса Т

: «р(, .< складывается из времени прохож.:;(и г «по монолиту Тр (ненарушенной ,, (1 „ . l! времени задержки на трещинах г". больше время задержки, тем боль-(Т отличается от Тр. При большом :, ле ((.<(цин в массиве значительная ,чостигается на малых базах, при

,а рушенности необходимо выби;::.:.(»Hc базы.

"-i::.!<ð..ì базы определяется и методи;:.;;.,-<с(ная тарировочных зависимос:-.;, .;(е:(<,у напряжением и временем задерж :р((.,;лыv базах измерения (0,5 — м)

«л. I;íèÿ тарировочных зависимостей

:! (å!(:-(òhcÿ методика искусственного

",:: они-! массива. Для ее осуществления

:з., е ° 6,((ь ис(1ользован комплект оборудо., "я H(<ИМИ, в который входит щелеобразователь, гидравлическая давильная установка и насос.

Шелеобразователем в массиве прорезываются щели, оконтуривающие породную призму с трех сторон. Верхнюю щель дополнительно расширяют с тем, чтобы в образовавшуюся нишу поместить гидродомкраты установки. Количество гидродомкратов зависит от размеров грани призмы и обычно не превышает 6 — 9 штук.

Гидродомкраты при нагружении призмы питаются от ручного двухплунжерного насоса.

Перед нагружением призмы проводят измерения времени прохождения ультразвуковых импульсов между ее боковыми гранями вдоль направления трещиноватости, т.е. определяют время Тр.

В процессе нагружения (ступенями через 20 кг/см ) определяют величину нагрузки и время прохождения Т импульсов в призме для каждой ступени, По результатам определения величин нагрузок и времени Т вЂ” — Т вЂ” Т, строится график тарировочной зависимости Т = f(6), где 6 — напряжение.

На схеме получения тарировочной зависи-

25 мости (фиг. 2) обозначены ультразвуковой преобразователь 1, генератор 2 импульсов, приемный ультразвуковой преобразователь 3, усилитель 4„измеритель 5 времени задержки прохождения ультразвуковогр импульса.

При больших базах измерения (свыше 1 для получения тарировочной зависимости

Т = f(<р) можно применить методику естественного нагружения массива за счет проводимых горных работ (например при приближении очистного забоя к опорным целикам) . С этой целью в целиках проводят ультразвуковое прозвучивание между двумя парами скважин, пробуренных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Для определения напряжений используют метод разгрузки.

Напряжение 6 и время задержки Т>

4о определяют одновременно в процессе изменения нагрузки иа целики. В результате получают тарировочную зависимость Т = f(6), аналогичную представленной на фиг. 1.

Для определения на основе полученных тарировочных зависимостей напряжений в горном масиве бурят две пары скважин на расстоянии выбранной базы измерений во взаимно перпендикулярных плоскостях. Затем производят ультразвуковое прозвучивание межскважинного пространства с шагом

0,5:м. По результатам измерений определяют среднюю величину времени задержки

Тз для зоны, расположенной за трещинами, образовавшимися от взрывных работ (0,2—

0,5 м), и по тарировочному графику находят величину напряжения, соответствующую данному времени задержки.

Изобретение позволяет повысить точность измерений величины напряжений в нарушенном массиве горных пород.

899941

Формула изобретения ет 5%, и и этом в е

Способ определения напряжений в нарушенном массиве горных пород, включающий прозвучивание нарушенного участка массива ультразвуковыми импульсами, измерение в нескольких точках времени прохождения импульсов через нарушенный участок массива, тарировку и выбор базы измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения напряжений, определяют время прохождения импульсов через ненарушенный участок массива, а базу измерения выбирают в месте, где изменение времени задержки прохождения импульсов не превышар р я задержки i èðñ д ляется как разность между времен; мн llf>!— хождения импульсов через нарушен н ы н !! ннарушенный участки массива, нрич< тнрнровку проводят по зависимости времени задержки от напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Исследование горного давления геофизическими методами. М., «Наука», 1968, с. 61 — 67.

2. Ржевский В. В. и Ямщиков В. С. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М., «Наука», !973. с. 184 — 193 (прототип).

899941

Составитель Л. Прошина

Редактор В. Лазаренко Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Заказ 12134/49 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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