Способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород

Способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик м 949594 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) ЗаЯвлено 040381 (21) 3255801/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет 16. 06. 80

Опубликовано 07. 08.82. Бюллетень bio 29

Дата опубликования описания 070882

Р М g+ з

G 01 Ч 1/40

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33) УДК5 50 83 (088.8) I(:юфеВЕИф.

Е.A.Ïoïîâ, Л.Н.Солодилов, Л.A.Ïåâçíåð и k.Ñ.Ппи ке

13, Ордена Ленина институт физики Земли им.О.ID,MèèäTàö . - - . яФикв и Казахский филиал Всесоюзного научно1 исследовательского института разведочной геофизики (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) СПОСОВ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к способам контроля напряженного состояния в массиве горных пород и может быть использовано в горном деле и при изучении особенностей геологического строения, например, для целей предскаэывания землетрясений, а также оползней.

Широко известен способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на бурении скважин (шпуров), отборе из них керна и исследовании его в лабораторных условиях.

Однако этот способ не только трудоемок и дорог, но и не обладает достаточной точностью определения напряженного состояния, поскольку после взятия керна из массива его состояние необратимо меняется.

Известен способ изучения напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на излучении и регистрации колебаний сейсмического диапазона частот 1 ).

При данном способе источник упругих волн и приемник сейсмических волн располагают на дневной поверхности. Поэтому удаленность источника и приемника сейсмических волн от изучаемого о6ъекта горных пород, ис.. пользование при этом отраженных достаточно длинных волн не позволяют с необходимой точностьв следить за изменением упругих свойств горных пород под действием раэвиваищихся в них напряжений, что, в свою оче- . редь, не позволяет уверенно прогно10, зировать возникновение горных ударов или землетрясений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на размещении раздельно звукоиэлучающего и эвукоприемных снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах, излучении и регистрации упругих колебаний звуковой частоты f23

Известный способ не предназначен для контроля напряженного состояния в массиве горных пород, но по аналогии со способом (13 возможно оценить в процессе пересчета абсолютные значения напряжений в их массиве.

Однако известный способ не позволяет определить момент наступления критических напряжений, после кото949594 рых исследуемый участок массива горных пород-переходит в пластическое состояние.

Цель изобретения — контроЛь напряженного состояния во времени и выявление момента наступления крити- 5 ческого (пластического) состояния в массиве горных пород при прогнозе стихийных бедствий — оползней, горных ударов и землетрясений.

Поставленная цель достигается 10 тем, что согласно способу контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанному на размещении раздельно звукоизлучающего и звукоприемного снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах, излучении и регистрации упругих колебаний звуковой частоты, осуществляют непрерывный режим излучения стабильных по амплитуде монохроматических гармонических сигналов одновременно не менее чем на двух частотах звукового диапазона, напряженное состояние в массиве горных пород в каждый момент времени определяют по соотношению напряжений на разрыв 6 и бр по выражению l

I бр% %1 Lof -lf -10е

n- —— 1 б (., (, ос где и - отношение напряжений на раз ?. рыв 6 и

Х и f< — частоты излучения;

L „ .HL0f — исходные уровни сигнаОд., лав на этих частотах; и L f — регистрируемые одновре- . 40

Ф менно уровни сигналов; расстояние между звукоизлучающим и звукоприемным снарядами, а начало критического состояния 45 в массиве горных пород определяют по моменту, когда и перестает быть постоянной величиной.

Способ осуществляют следующим образом.

В группу существующих (или специально пробуренных ) скважин, например в две скважины, помещают раздельно звукоизлучающий и звукоприемный,снаряды.

При изучении оползней и горных ударов глубину погружения снарядов вы%?рают равной глубине залегания напряженного массива. Подобным образом выбирают глубину погружения снарядов при исследовании напряжений в районе очага мелкафокусного земле- трясения. В случае исследования напряженного состояния гарных пород очага землетрясений с большей глубиной снаряды размен на максималь- б5 но .возможной глубине, соответствующей реально достижимым скважинам при существующей технологии их проходки. Таким образом, в последнем случае напряженное состояние очага исследуют косвенным путем — по напряженному состоянию вышележащих горных пород.

Звукоизлучающий и звукоприемный снаряды разносят друг от друга на заданное расстояние r. С помощью звукоизлучающего снаряда упругие колебания звукового диапазона частот излучают непрерывно в горные породы при постоянном уровне исходного сигнала, не менее чем на двух фиксированных частотах

Уровни сигналов, проходящих через горные породы, регистрируют звукоприемным снарядом.

Уровень сигнала Lf на расстоянии

r от звукоизлучающего снаряда определяется выражением

Е=(о О г-8,68d

Отсюда коэффициент эвукопоглощения среды д.к на определенной фиксированной частоте fy равен, 0 - L<-9o 0g r

8,ЬЕ и по нему устанавливают напряжение на разрыв бр „и бр например, на частотах Г и" ГХ соответственно

f„- 8,Ь8 б

И„= L < — (,< -eoegr (з)

Е, - 8,Ь8г

6 A . с(4)

Lof

1 1 где A — коэффициент пропорциональности °

В пределах упругих деформаций отношение e g и áð, определенное из соотношенйй (3) и (4), постоянно и равно б у„(-4E -ЯОД%Р)

, f< Lof-Lf " "

При переходе к пластическим деформациям, которые предшествуют необрати?м?м деформациям †. оползням, горным ударам и землетрясениям, это соотношение перестает быть постоянным изэа наступившей: в этот момент нелинейности среды.

Предлагаемый способ намного более достоверен, чем способ прогноза по исследованию керна, так как позволяет точно выявить момент наступления необратимого .изменения в массиве горных пород.

949594

Формула изобретения

Составитель Н.Журавлева

Техред С.Мигунова Корректор М.Шароши

Редактор Л.Филь

Заказ 5744/36 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д.4/5

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

Способ контроля напряженного состояния в массиве горных пород, основанный на размещении раздельно 5 звукоизлучающего и звукоприемного снарядов в разных пробуренных в исследуемых горных породах скважинах, излучении и регистрации упругих колебаний звуковой частоты, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью контроля напряженного состояния во времени и выявления момента наступ.ления критического (пластического) состояния в массиве горных пород при прогнозе стихийных бедствий и оползней, горных ударов и землетря. сений, осуществляют непрерывный режим излучения стабильных по амплитуде монохроматических гармонических сигналов одновременно не менее чем на двух частотах звукового диапазона, напряженное состояние в массиве горных пород в каждый момент времени определяют по соотношению напряжений на разрыв по выражению бр f,(L, -Ь - ОЕ1 )

Я Я l ü, -ц „-гое где n - отношение напряжений на разрыв 6р „и 6Р, „ и9 1 частоты иэлучениЪ;

"64" о

«4 - исходные уровни сигналов на этих частотах

Lg и4 - регистрируемые одновремен» но уровни сигналовf — расстояние между звукоизлучающим и эвукоприемным снарядами, а начало критического состояния в массиве горных пород определяют по моменту, когда и перестает быть постоянной величиной.

Источники информации, принятые зо внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3898610, кл.340-15.5, опублик;1973.

2. Прицкер Л.С. Некоторые методические особенности межскважинного проэвучивания на тональном сигнале. - "Разведка и охрана недр", 1977, Ю 8, с.21 (прототип).