Способ определения состояния горных пород в массиве

 

СОЮЗ СОВЕТОНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А!1 4 F 21 С 39/00

Й

4 I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2l) 3874587/22-03 (22) 25.03.85 (46) 23.09.86. Бюл. !1 35 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) 10.ß.Ìèíèí (53) 622.831 (n88.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 594333, кл. F. 21 С 39/00, 1975.

Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.!!1. Предотвращение горных ударов на рудниках. N.: Недра, 1984, с.144. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ГОРНИХ ПОРОД В МАССИВЕ, осно. ванный на поинтервальном вдавливании штампа в забой скважины, определении

„„SU „„1259005 глубины вдавливания штампа до р азрушения h< и после разрушения h;, по которым судят о состоянии породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, выделяют точки измерений с максимальной h и минимальной

1 3ъ1О Х

h„,„ãëóáèHoé вдавливания до разрушения, в этих точках дополнительно определяют глубину вдавливания штампа с момента начала разрушения, соответственно h и Ь и определяют состояние пород в интерва ле между указанными точками измерений по соотношению величин и и h при этом в случае Ь

> h „ породы находятся в стадии увеличения упругости и дробимости, а при h, h „ — в стадии снижения упругости.

1259005

1 скважиной 5 а при равенстве1 .нулю только в точке минимума — это состояние оценивают иа участках

30 массива, имеющем точки 7 с величиной Ь, равной нулю. Эти точки. 7 ,устанавливают дополнительным опреде» лением величины 1 в каждой из них.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для оценки состояния горных пород в массиве с целью прогнозирования устойчивости выработок и буримости скважин.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 показано вдавливание штампа в породу до разрушения и после разрушения, на фиг.2 — измерение по скважине глубины вдавливания штампа до разрушения и после разрушения.

На фиг. 1 и 2 обозначено: h,„

h, h - глубина вдавливания штампа Ф в породу соответственно до разрушения, после разрушения и с момента начала разрушения; P — - прилагаемое к штампу, усилие для вдавливания в породу, 1 — штамп; 2 — прогиб шлифованного йриповерхностного слоя породы под штампом до момента нача- . ла разрушения; 3 — лунка никола под штампом; 4 - стенка выработки", 5— скважина; 6 - постоянные интервалы бурения скважины для измерения глубины вдавливания штампа; 7 — точки измерения глубины вдавливания штампае

Способ осуществляют . следующим образом.

В стенке горной выработки 4 бурят скважину 5. Бурение проводят постоянными интервалами 6, и в точках 7, соответствующих концу интервала 6, шлифуют забой скважины и вдавливают в него штамп 1, который нагружают усилием Р. Штамп 1 вдавли" вают до разрушения породы. Измеряют в каждой точке 7 глубину вдавлива-. ния до разрушения породы Ь,, соответствующую прогибу 2 порода под штампом 1 и глубину вдавливания после разрушения h равную глубине лунки 3. Глубину вдавливания до разрушения породы b, принимают за относительный критерий степени напряженности породы в массиве. участки массива, на которых по скважине 5 получают различную глубину вдавливания Ь,, характеризуются неравномерным распределением напряжения.

Точки,. имеющие меньшие значения глубины вдавливания Ь,, характеризуются повышенными значениями напряжений. Выделяют точки максимума и минимума значений 4, . В этих точках дополнительно определяют глубину

"0

1ф

2 вдавливания штампа 1 с момента.начала разрушения h соответственно

h „ и Ь „., которая равна глубине лунки 3 за вычетом прогиба породы 2. При превышении значений глубины вдавливания h в точке минимума относительно точки максимума или равенстве Ь в этих точках (h,„„„, > h ) состояние породы на всем

За ах участке массива, пересекаемого скважиной 5, определяют как находящейся в стадии нарастания напряжений„ .упругости и дробимости во всех точках 7 относительно других точек, имеющих повышенные значения ", . При

h .

Контроль состояния породы в глубине массива базируется на экспериментально полученном стабильном снижении глубины вдавливания штампа до разрушения породы с увеличением напряжений и приближении ее к глубине вдавливания после разрушения при напряжениях за пределом упругости породы. При нарастании нацряжений до предела упругости породы происходит нарастание ее упругости и дробиьюсти под штампом, а при нарастании напряжения за пределом упругости порода приобретает пластические свойства со снижением упругости и дробимости под штампом и в дальнейшем переходит в состояние полной пластичности без дробимости.и образования отпечатка, соответствующего форме штампа. При этом глубина вдавливания штампа до разрушения породы стабильно снижается при увеличении напряжений до предела упругости и за пределом упругости, глубина вдавливания после разру1259005

3 шения снижается или возрастает в зависимости от дробимости и микротре" щиноватости породы. Определяя линейные геометрические параметры разрушения породы под штампом в точках максимума и минимума глубины вдавливания до разрушения, судят об относительном состоянии породы в промежуточных точках на всей глубине массива, пересекаемого скважи- 10 ной.

Пример . Из горной выработки, пройденной по кварцевым песчаникам Кизела, имеющим прочность при одноосном сжатии 250 МПа и равный 15 ей предел упругости, по напластованию породы перфоратором бурят сквакину диаметром 42 мм и длиной 5 м.

Бурение проводят интервалами длиной

0,2 м. После бурения каждого интер- 20 вала специальной коронкой шлифуют забой. 1Плифовку проводят с чистотой, на порядок меньшей минимальной глубины вдавливания штампа и шероховатостей забоя скважины. Чистоту шли- 25 фовки контролируют по величине подачи буровой штанги, которую задают, исходя иэ снятия максимальных шероховатостей и обеспечения полного контакта породы со штампом. 30

С помощью гидравлического сква1 жинного прибора, развивающего усилия до 200 кН, достаточного для разрушения пород любой прочности, в шлифованный забой скважины на каж35 дом интервале вдавливают штамп в виде усеченного конуса с диаметром сечения 5 мм. Вдавливание проводят до разрушения породы и образования лунки выкола. Связанным со штампом посредством тягового механизма индикатором часового типа измеряют глубичу вдавливания до разрушения породы и после разрушения. Разрушение породы фиксируют по индикатору часового типа, снабженному контрольной стрелкой. В момент разрушения наблюдают резкий скачок в погружении штампа, который отмечают по скачку основной стрелки.

Глубина вдавливания до разрушения изменялась по длине скважины от долей мм до целых мм, свидетельствуя о неравномерности распределения напряжений в массиве. Максимальное значение глубины вдавлива": ния до разрушения составляет

2,40 мм, минимальное 0,53 мм. Соответственно глубина вдавливания после разрушения в этих точках составляла 5,17 мм и 3,36 мм, Глубина вдавливания штампа с момента начала разрушения в точке максимума равна

5,17-2,40 2,77 мм, в точке минимум

3,36-0,53 2,83 мм.

Разницей 0,06 мм пренебрегают с учетом коэффициента вариации данных, составляющего до 15Ж за счет влияния естественных условий залегания и проявления динамики хрупкого выкола, и считают глубины вдавливания с момента начала разрушения в точках максимума и минимума равными.

В соответствии с условием h

3 is

= h кварцевый песчаник по глубине скважины считают находящимся в стадии нарастания упругости и дробимости во всех соседних точках, имеющих относительное уменьшение величины вдавливания до разрушения.

По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить точность контроля состояния породы в глубине массива, так как базируется на измерении стабильно связанной .с уровнем напряжений глубины вдавливания штампа в шлифованную поверхность забоя скважины до разрушения породы и на определении зависящей от упруго-пластических свойств напряженной породы глубины вдавливания штампа в процессе разрушения беэ вычисления работы разрушения, искажающей результаты контроля вследствие неоднозначного учета изменения механических свойств породы под действием напряжений до и после предела упругости.

Составитель К.Назаркина

Редактор В.Иванова Техред А.Кравчук Корректор О.Луговая

Заказ 5103/34 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Рауновская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4