Способ определения главных напряжений в массиве

 

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение точности. В измерительную скважину (ИС) устанавливают нагрузочное устройство (НУ), позволяющее проводить направленный разрыв поверхности ИС. Повышают давление в НУ до образования разрыва ИС и фиксируют его значение. Изменяя ориентацию НУ, осуществляют направленный разрыв поверхности ИС в нескольких направлениях, два из которых взаимно перпендикулярны. По полученным значениям давления разрыва определяют величину и направление главных напряжений. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s )» Е 21 С 39/ОО

ЕНИЯ

ОПИСАНИЕ ИЗСБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (57) Изобретение относится к горному делу, Цель изобретения — повышение точности. В измерительную скважину (ИС) устанавливают нагруэочное устройство (НУ), позволяющее проводить направленный разрыв поверхности ИС. Повышают давление в НУ до образования разрыва ИС и фиксируют его значение. Изменяя ориентацию НУ, осуществляют направленный разрыв поверхности ИС в нескдльких направлениях, два из которых взаимно перпендикулярны. По полученным значениям давления разрыва определяют величину и направление главных напряжений. 2 ил. подвижной частью 2 совпала с плоскостью действия определяемого напряжения. Подают жидкость (масло) под давлением под силовой плунжер 6 по каналу 4 нагружения и производят направленный разрыв поверхности скважины. Момент разрыва поверх-: д ности скважины фиксируется методом О акустической эмиссии (АЭ) и ри помощи датчика АЭ закрепленного в корпусе устроиствэ. После первого разрыва поверхности скважины, сняв нагрузку в устроистве. его 00 поворачивают на определенный угол и про-, О .изводят аналогичным образом еще два раз-; ф рыва. При этом для упрощения расчетов два ,направления разрыва должны быть взаимно перпендикулярными, Каждый раз в момент разрыва поверхности скважины фиксируют величину давления р в устройстве, а затем определяют величину разрывающей нагрузки

P = р.s.ï, где S — площадь плунжера устройства;

n — количество плунжеров.

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4723729/03 (22) 30.05.89 (46) 30.11.91, Бюл, N 44 (71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР (72) В.А.Мансуров и К.Т.Тилегенов (53) 622.831(088.8) (56) Ямщиков В.С, Контроль процессов горного производства. — М.: Недра, 1989, с.85 — 87.

Турчанинов И.А. и др. Основы техники горных пород. — Л.: Недра, 1989, с,107-108. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛАВНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ

Изобретение относится к горному делу и предназначено для контроля напряженного состояния массива горных пород, Цель изобретения — повышение точности.

На фиг,1 представлена конструкция устройства для реализации способа и размещение устройства в скважине; на фиг.2— разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит жесткий разъем, ный корпус 1 с подвижной частью 2, цилиндрическими выточками 3. каналом 4 нагружения с отверстиями 5, силовыми плунжерами 6 с.уплотнением 7, каналом 8 возврата и датчиком акустической эмиссии (не показан).

Способ осуществляют следующим образом.

В направлении одного из главных напряжений бурят скважину. Устройство раз, мещается в скважине таким образом, чтобы плоскость разъема между корпусом 1 и его Ы „, 1694894 А1

1694894

Напряжение, при котором происходит разрыв стенки скважины, определяется из выражения

o — -à — - ;-, (1) где — рабочая длина устройства;

h — глубина трещины разрыва.

Глубину h определяют на основании связи между энергией (длительностью) акустических сигналов, эмитируемых при .. возникновении и развитии трещин, и их линейным размером, или по извлекаемому впоследствии трубчатому керну.

Вычисляемые напряжения (1) состоят из суммы двух напряжений, одно из которых является пределом прочности породы на разрыв ор при отсутствии нагрузки на ее поверхности, а второе — напряжением осж, действующим в измеряемом месте массива в заданном направлении:

О = op + Осж, (2)

Напряжение ор определяют путем испытания кернов горной породы на одноосное растяжение. Тогда напряжение; действующее на поверхность скважины, перпендикулярно к плоскости проведенного разрыва, определяется как

0 сж = 0 0 р . (3)

В результате проведения трех направленных разрывов получаем три значения о в одной скважине, ox.oy содтветственно в направлении, перпендикулярном осям Х и Y,v — в плоскости, направленной под углом р к одной из осей.

Вычисления величин и направления главных напряжений сводится к решению задачи о плоском напряженном состоянии в точке, для которой уравнения равновесия имеют вид:

+ = и, cos p+ oy sin

< 2 rp; (4) т =-у (сгх — оу ) sin 2 р — т х cos 2 р .(5)

Подставив полученные в эксперименте величины о х, о у, оу и <р в (4), определяют значение касательного напряжения г,. Подставив значение т в уравнение (5) и приравняв его к нулю, получают направление главных напряжений

5 . tg2p,—

2 гх (6)

Величина главных напряжений д1 и

az на внутренней стенке скважины определяется по формуле (4), заменяя угол рна

Л фоиpo+ у °

Поскольку скважина, на поверхности которой определяются о1 и с, явля ется концентратором напряжений, то напряжения в массиве в два раза меньше, чем вычисленные.

Для определения главных напряжений в массиве при объемном напряженном состоянии необходимо пробурить 3 ортогональных скважины и для каждой скважины произвести по 3 разрыва. Полученные при этом парные значения определяемых напряжений ox, ау, o z повышают достоверность полученных значений напряжений,,25 что особенно важно при определении напряжений в элементах систем разработок, имеющих конечные размеры, совпадающие по порядку с областью проведения измерений.

Преимущество способа состоит в его простоте, точности и оперативности.

Формула изобретения

Способ определения главных напряжений в массиве, включающий приложение нагрузки на поверхность скважины вплоть до ее разрыва, определение величины разрывающей нагрузки и последующее вычисление главных напряжений, о т л и ч а ю щ и й4О с я тем, что, с целью повышения точности, осуществляют направленный разрыв участка поверхности скважины по нескольким направлениям, два из которых взаимно перпендикулярны.

1694894 иг.7

А-4

7 б

Составитель К. Лыков

Редактор Л. Пчолинская Техред M.Moðãåíòçë Корректор М. Кучерявая

Заказ 4142 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101