Способ контроля напряжённо-деформированного состояния массива горных пород

Авторы патента:

Барышников Василий Дмитриевич (RU)

Барышников Дмитрий Васильевич (RU)

Чаадаев Александр Сергеевич (RU)

Федянин Алексей Сергеевич (RU)

E21C39/00 - Устройства для определения на месте разработки твердости или других свойств полезных ископаемых, например с целью выбора соответствующих инструментов для добычи

Владельцы патента RU 2613229:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) (RU)
Акционерная Компания "АЛРОСА" (публичное акционерное общество) (АК "АЛРОСА" (ПАО)) (RU)

Изобретение относится к горному делу, предназначено для осуществления контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород, в том числе имеющего блочную структуру, и может быть использовано для оценки и прогноза устойчивости горных выработок при производстве добычных работ. Технический результат - повышение точности определения местоположения зон локализации деформаций. Предложен способ, при котором на контролируемом участке бурят скважину из подземной горной выработки в направлении контура отрабатываемого пространства. Отбирают керн, по анализу которого определяют размеры, местоположение естественных блоков в массиве горных пород и границы между ними. Проводят испытания отобранного керна для каждого типа горной породы по глубине скважины и определяют величину предельно допустимой упругой деформации данного типа горной породы. Устанавливают реперы вдоль продольной оси скважины в пределах естественных блоков. Места установки реперов выбирают в непосредственной близости к границам естественных блоков, а при отсутствии последних - через определенный интервал по глубине скважины. Дальний репер закрепляют вблизи контура отрабатываемого пространства. Измеряют величины смещений между смежными реперами вдоль продольной оси скважины. Дополнительно измеряют величины смещений каждого репера вдоль продольной оси скважины относительно кондуктора, которые используют при вычислении величин деформаций массива горных пород, жестко закрепленного на устье скважины, для чего каждый из реперов оснащен автономной гибкой связью, например струной из нержавеющей стали, один конец которой закреплен на репере, а другой конец выведен через установленный на кондукторе измерительный блок и соединен с натяжным устройством для создания постоянного натяжения гибкой связи с возможностью перемещения натяжного устройства вдоль нее. После измерения смещений вычисляют по ним величины деформаций массива горных пород, а по деформациям - параметры упругих или неупругих деформаций, по которым оценивают изменения НДС массива горных пород на контролируемом участке. Причем параметры упругих или неупругих деформаций естественных блоков массива горных пород определяют путем сравнения полученных величин деформаций массива горных пород с предельно допустимой величиной упругой деформации данного типа горных пород. Далее фиксируют зоны их локализации, определяют параметры этих зон. Наступление активной стадии деформирования горной породы в зоне неупругих деформаций и ее продолжительность, вплоть до обрушения приконтурного массива в отработанное пространство, устанавливают по тем реперам, на которых регистрируют величины смещений относительно кондуктора с незатухающей скоростью. Величину предельно допустимых смещений реперов, при которой происходит обрушение приконтурного массива, определяют в момент обрыва гибкой связи любого из реперов и используют ее для прогноза дальнейших обрушений прилегающего к отработанному пространству массива горных пород при последующем контроле его НДС по сохранившимся в работоспособном состоянии реперам. 1 ил.

Известен способ определения напряженного состояния массива горных пород по авт. св. СССР №877003, кл. Е21С 39/00, опубл. 30.10.1981 г. в БИ №40, включающий бурение в массиве горных пород скважины, установку в ней измерительных приборов, измерение деформаций и оценку по ним НДС массива с фиксированием перехода горных пород из упругой в неупругую область деформаций, при этом скважину проходят под определенным углом (с учетом коэффициента Пуассона) к направлению главного напряжения, измеряют продольные деформации скважины и по знакам приращения деформаций судят о напряженном состоянии массива горных пород и о переходе от упругих деформаций к неупругим.

Недостатком данного способа является невозможность его применения в массиве горных пород блочной структуры при оценке напряженного состояния горных пород, окружающих отработанное пространство, так как отличие блочных структур от сплошных состоит в неоднородности распределения свойств и напряжений в блоках, а переход от упругого состояния к неупругому возникает при достижении предельных напряжений, сопровождающихся относительными смещениями блоков в направлении минимального напряжения. В таких средах коэффициент Пуассона, характеризующий сплошное тело, не применим.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ контроля напряженного состояния массива горных пород по авт. св. СССР №1745927, кл. Е21С 39/00, опубл. 07.07.1992 г. в БИ №25, взятый в качестве прототипа.

Данный способ включает бурение скважины на контролируемом участке массива горных пород с отбором керна, по анализу которого выделяют размеры и местоположение различных уровней естественных блоков по всей глубине скважины, установку в скважине измерительных приборов, проведение последующих наблюдений, по результатам которых вычисляют соотношение величин продольных и поперечных деформаций стенок скважины, а также соотношение величин поперечных деформаций стенок скважины и осевой деформации скважины, по их соотношениям определяют упругое состояние массива горных пород и регистрируют переход горных пород к неупругим деформациям, на основании чего контролируют напряженное состояние массива горных пород.

Недостатком данного способа является ограниченная область его применения, так как используемые соотношения продольной деформации стенок скважины и осевой деформации скважины к поперечной деформации стенок скважины справедливы только для случая равнокомпонентного изменения напряжений в плоскости, ортогональной к продольной оси скважины, при котором поперечная деформация стенок скважины не зависит от величины неравнокомпонентного изменения напряжений в массиве, что имеет место в зоне добычных работ. Величины и знак (растяжение или сжатие) поперечных деформаций стенок скважины зависят от ориентации местоположения измерительного датчика в поперечном сечении на контуре скважины. Кроме того, данный способ не позволяет осуществлять контроль устойчивости конструктивных элементов систем разработки массива горных пород (откосов карьера, целиков, потолочин и очистных камер) и возможное их разрушение при ведении горных работ в отработанном пространстве, что особенно важно с точки зрения своевременного принятия превентивных мер по обеспечению эффективной и безопасной отработки запасов.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности контроля НДС, в том числе устойчивости конструктивных элементов систем разработки массива горных пород, за счет повышения точности определения местоположения зон локализации деформаций (критических зон) в процессе постоянного мониторинга сдвижений массива горных пород и влияния на них добычных работ, который позволяет получать необходимую информацию для оперативной и достоверной оценки изменения НДС по всей длине контролируемого участка для своевременного принятия необходимых мер по обеспечению безопасности горных работ.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля НДС массива горных пород, при котором на контролируемом участке бурят скважину с отбором керна, по анализу которого определяют размеры, местоположение естественных блоков в массиве горных пород и границы между ними, устанавливают реперы вдоль продольной оси скважины в пределах естественных блоков, измеряют величины смещений между смежными реперами вдоль продольной оси скважины и вычисляют по ним величины деформаций массива горных пород, а по деформациям - параметры упругих или неупругих деформаций, по которым оценивают изменения НДС массива горных пород на контролируемом участке, согласно техническому решению скважину бурят из подземной горной выработки в направлении контура отрабатываемого пространства, проводят испытания отобранного керна для каждого типа горной породы по глубине скважины и определяют величину предельно допустимой упругой деформации данного типа горной породы. Места установки реперов выбирают в непосредственной близости к границам естественных блоков, а при отсутствии последних - через определенный интервал по глубине скважины. Дальний репер закрепляют вблизи контура отрабатываемого пространства. Дополнительно измеряют величины смещений каждого репера вдоль продольной оси скважины относительно кондуктора, которые используют при вычислении величин деформаций массива горных пород, жестко закрепленного на устье скважины, для чего каждый из реперов оснащен автономной гибкой связью, например струной из нержавеющей стали, один конец которой закреплен на репере, а другой конец выведен через установленный на кондукторе измерительный блок и соединен с натяжным устройством для создания постоянного натяжения гибкой связи с возможностью перемещения натяжного устройства вдоль нее. Параметры упругих или неупругих деформаций естественных блоков массива горных пород определяют путем сравнения полученных величин деформаций массива горных пород с предельно допустимой величиной упругой деформации данного типа горных пород. Далее фиксируют зоны их локализации и определяют параметры этих зон. Наступление активной стадии деформирования горной породы в зоне неупругих деформаций и ее продолжительность, вплоть до обрушения приконтурного массива в отработанное пространство, устанавливают по тем реперам, на которых регистрируют величины смещений относительно кондуктора с незатухающей скоростью. Величину предельно допустимых смещений реперов, при которой происходит обрушение приконтурного массива, определяют в момент обрыва гибкой связи любого из реперов и используют ее для прогноза дальнейших обрушений прилегающего к отработанному пространству массива горных пород при последующем контроле его НДС по сохранившимся в работоспособном состоянии реперам.

Такое техническое решение позволяет осуществлять постоянный контроль величин упругих или неупругих деформаций, наступление активной стадии деформирования массива горных пород вплоть до обрушения его в сторону отработанного пространства, при котором происходит обрыв гибкой связи у закрепленного натяжного устройства того репера, который установлен на участке обрушения массива горной породы, без повреждения остальных реперов, что позволяет оценить величину предельно допустимого неупругого смещения горной породы в момент обрушения приконтурного массива и использовать ее в дальнейшем для контроля устойчивости конструктивных элементов систем разработки массива горных пород (откосов карьера, целиков, потолочин и очистных камер) и возможное их разрушение при ведении горных работ в отработанном пространстве по оставшимся в работоспособном состоянии реперам. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет инструментально определять величину предельно допустимых значений (ПДЗ) смещений в момент обрушения дальнего репера, при котором происходит наступление активной стадии деформирования и обрушение массива горных пород. Такой подход является наиболее правильным, потому что ПДЗ невозможно оценить с необходимой точностью заранее, так как они зависят от конкретных горно-геологических, геомеханических (в том числе физико-механических свойств горных пород и природной нарушенности массива) и горно-технических (геометрических параметров, способов разработки запасов) условий конкретного месторождения.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность контроля процессов деформирования естественных блоков в массиве горных пород в зоне влияния добычных работ за счет обеспечения в процессе развития горных работ постоянного контроля смещений реперов по всей глубине скважины, расположенной в зоне активного сдвижения массива горных пород. Кроме того, указанная совокупность признаков обеспечивает достоверную оценку параметров зон упругого или неупругого деформирования естественных блоков в массиве горных пород за счет повышения точности обнаружения зон локализации деформаций (критических зон) - в момент обрыва гибкой связи на любом из реперов и тем самым повышает точность определения их местоположения при оценке изменения НДС массива горных пород на контролируемом участке.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа контроля НДС массива горных пород и чертежом, на котором представлена схема реализации этого способа, продольный разрез по длине скважины на контролируемом участке с местами закрепления реперов вдоль продольной оси скважины в непосредственной близости к границам естественных блоков в массиве горных пород.

Способ контроля НДС массива горных пород осуществляют следующим образом.

До начала отработки участка месторождения из подземной горной выработки 1 бурят с отбором керна скважину 2 в направлении контура 3 отрабатываемого пространства. Производят анализ керна, по которому определяют размеры, местоположение естественных блоков в массиве горных пород и границы 4 естественных блоков. Производят съемку контура 3 скважины 2 с помощью скважинного эндоскопа (не показан) и уточняют местоположение естественных блоков по глубине скважины 2. В лабораторных условиях проводят испытания отобранного керна для каждого типа горной породы по глубине скважины 2 и определяют величину предельно допустимой упругой деформации данного типа горной породы. Затем производят установку реперов 5 в непосредственной близости к границам 4 в пределах естественных блоков, а при отсутствии последних - через заданный интервал, и дальнего репера 5 вблизи контура 3 отрабатываемого пространства. Каждый репер 5 оснащен автономной гибкой связью 6 (например, струной диаметром от 0,8 до 1,2 мм из нержавеющей стали) для передачи его смещений относительно кондуктора 7, жестко закрепленного на устье скважины 2. При этом один конец гибкой связи 6 жестко закреплен на репере 5, а другой конец выведен через измерительный блок 8, размещенный на кондукторе 7, и соединен с натяжным устройством 9, которое обеспечивает постоянное натяжение гибкой связи 6 с возможностью перемещения натяжного устройства 9 вдоль последней. Натяжные устройства 9 на концах гибких связей 6, например грузы весом от 8 до 10 кг, размещают в закрепленном на почве подземной горной выработки 1 защитном кожухе с отбойником (не показаны) для защиты от повреждений кондуктора 7 с измерительными блоками 8 при значительных смещениях реперов 5. Контроль параметров упругих или неупругих деформаций, по которым оценивают изменения НДС массива горных пород, осуществляют на протяжении всего процесса ведения добычных работ. Для этого производят режимные наблюдения за смещениями между реперами 5 и дополнительно за смещениями последних относительно кондуктора 7 в направлении контура 3 отрабатываемого пространства. Затем измеряют величины смещений между смежными реперами 5 вдоль продольной оси скважины 2 и дополнительно измеряют величины смещений каждого репера 5 вдоль продольной оси скважины 2 относительно кондуктора 7, которые используют при вычислении величин деформаций массива горных пород, жестко закрепленного на устье скважины 2. Параметры упругих или неупругих деформаций естественных блоков массива горных пород определяют путем сравнения полученных величин деформаций массива горных пород с предельно допустимой величиной упругой деформации данного типа горных пород. Далее фиксируют зоны их локализации, определяют параметры этих зон. Наступление активной стадии деформирования горной породы в зоне неупругих деформаций и ее продолжительность, вплоть до обрушения приконтурного массива в отработанное пространство, устанавливают по тем реперам 5, на которых регистрируют величины смещений относительно кондуктора 7 с незатухающей скоростью. Величину предельно допустимых смещений реперов 5, при которой происходит обрушение приконтурного массива, определяют в момент обрыва гибкой связи 6 любого из реперов 5 и используют ее для прогноза дальнейших обрушений прилегающего к отработанному пространству массива горных пород при последующем контроле его НДС по сохранившимся в работоспособном состоянии реперам 5. При этом неупругое деформирование контролируемых участков массива горных пород наступает в том случае, когда вычисленные деформации превышают ПДЗ. Наибольшие величины смещений массива горных пород, вызванные выемкой запасов, будут иметь место вблизи контуров 3 отрабатываемого пространства, например, у границ уступов карьера при его доработке, контуров подземных камер и предохранительных целиков, а также других подземных сооружений длительной эксплуатации, где в первую очередь возможно образование зон неупругих деформаций. В случае появления таких зон последующий мониторинг массива горных пород по реперам 5 позволяет зарегистрировать момент наступления активной стадии развития неупругого деформирования при смещениях дальнего репера 5 в сторону контура 3 отрабатываемого пространства с постоянной или нарастающей скоростью. Момент возможного обрушения прибортового массива фиксируют по обрыву гибкой связи 6 дальнего репера 5, установленного в зоне неупругих деформаций, а измеренные при этом величины смещений будут являться предельными при проведении дальнейшего мониторинга по оставшимся в работе реперам 5 для своевременного принятия мер по обеспечению безопасности горных работ.

Таким образом, предлагаемый способ контроля НДС массива горных пород в зоне ведения добычных работ позволяет получить инструментальным путем важные для контроля и прогнозирования количественные показатели процесса деформирования массива горных пород на контролируемом участке и конструктивных элементов горной разработки, обеспечивающие:

- выделение зон упругих или неупругих деформаций на контролируемом участке;

- наступление активной стадии деформирования приконтурного массива в случае смещения дальнего репера 5 относительно кондуктора 7 с постоянной или нарастающей скоростью в сторону отрабатываемого пространства;

- оценку предельно допустимых величин смещений любого из реперов 5, при которых происходит обрушение (потеря устойчивости) массива по техногенным или естественным нарушениям (трещинам) его сплошности.

Способ контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород, при котором на контролируемом участке бурят скважину с отбором керна, по анализу которого определяют размеры, местоположение естественных блоков в массиве горных пород и границы между ними, устанавливают реперы вдоль продольной оси скважины в пределах естественных блоков, измеряют величины смещений между смежными реперами вдоль продольной оси скважины и вычисляют по ним величины деформаций массива горных пород, а по деформациям - параметры упругих или неупругих деформаций, по которым оценивают изменения НДС массива горных пород на контролируемом участке, отличающийся тем, что скважину бурят из подземной горной выработки в направлении контура отрабатываемого пространства, проводят испытания отобранного керна для каждого типа горной породы по глубине скважины и определяют величину предельно допустимой упругой деформации данного типа горной породы, причем места установки реперов выбирают в непосредственной близости к границам естественных блоков, а при отсутствии последних - через определенный интервал по глубине скважины, при этом дальний репер закрепляют вблизи контура отрабатываемого пространства, дополнительно измеряют величины смещений каждого репера вдоль продольной оси скважины относительно кондуктора, которые используют при вычислении величин деформаций массива горных пород, жестко закрепленного на устье скважины, для чего каждый из реперов оснащен автономной гибкой связью, например струной из нержавеющей стали, один конец которой закреплен на репере, а другой конец выведен через установленный на кондукторе измерительный блок и соединен с натяжным устройством для создания постоянного натяжения гибкой связи с возможностью перемещения натяжного устройства вдоль нее, причем

параметры упругих или неупругих деформаций естественных блоков массива горных пород определяют путем сравнения полученных величин деформаций массива горных пород с предельно допустимой величиной упругой деформации данного типа горных пород, фиксируют зоны их локализации, определяют параметры этих зон, причем наступление активной стадии деформирования горной породы в зоне неупругих деформаций и ее продолжительность, вплоть до обрушения приконтурного массива в отработанное пространство, устанавливают по тем реперам, на которых регистрируют величины смещений относительно кондуктора с незатухающей скоростью, а величину предельно допустимых смещений реперов, при которой происходит обрушение приконтурного массива, определяют в момент обрыва гибкой связи любого из реперов и используют ее для прогноза дальнейших обрушений прилегающего к отработанному пространству массива горных пород при последующем контроле его НДС по сохранившимся в работоспособном состоянии реперам.

Способ заключается в том, что управляюще-регистрирующий сервер регистрирует измерительные сигналы колебаний из установленных в прилегающих к лаве штреках трехмерных геофонных измерительных зондов, синхронно пространственно ориентированных во всех измерительных каналах и в синхронизированном временном интервале, а также в тесной корреляции с сигналами, информирующими о режиме работы и местоположении очистного комбайна в выработке лавы и на этой основе, при взаимодействии с преобразующим сервером, локализует сейсмические явления.

Способ и устройство для генерирования сейсмических импульсов при картировании подземных трещин // 2604104

Изобретение относится к определению области распространения, размеров и геометрии трещин и систем трещин, образовавшихся в результате гидроразрыва пласта, конкретно относится к способу и устройству для создания микросейсмических событий внутри трещин и систем трещин.

Способ комплексного освоения карбонатных месторождений // 2602636

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке карбонатных месторождений с целью комплексной подготовки для переработки минерального сырья.

Внутрискважинный способ определения направления действия и значений главных напряжений // 2598009

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения направления действия и значений главных напряжений в горном массиве, оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Способ контроля качества железорудного материала в ковше горного погрузочного средства и устройство для его осуществления // 2595018

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для оценки качества железорудного материала при добыче с помощью горных погрузочных средств, преимущественно экскаваторов и фронтальных погрузчиков.

Стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород // 2593412

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности, горных пород при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Способ оценки напряженного состояния горных пород и устройство для его осуществления // 2591708

Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве и различных сооружений, например плотин.

Устройство для определения энергоемкости разрушения горных пород // 2587391

Изобретение относится к исследованию механических свойств горных пород. Технический результат заключается в упрощении процесса проведения измерения энергоемкости за счет возможности удаления фракций разрушенной горной породы посредством вращения перфорированного стакана.

Стенд для исследования энергообмена в блочном массиве горных пород // 2584262

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для исследования энергообмена при деформировании и разрушении блочного горного массива. Стенд содержит опорную раму, размещенные в ней захват для образца и захват для контробразца, гидравлический механизм взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для образца, гидравлический механизм взаимного перемещения образцов, связанный с захватом для контробразца, гидравлические аккумуляторы энергии, связанные с механизмами поджатия и перемещения, источники давления, связанные с соответствующими аккумуляторами, пульсаторы давления, соединенные с соответствующими аккумуляторами и выполненные в виде гидроцилиндров со штоками, подпоршневая полость которых соединена с соответствующими аккумуляторами, эксцентриков, кинематически связанных со штоками гидроцилиндров, валов вращения эксцентриков и приводов вращения валов.

Внутрискважинный способ определения зон повреждения горных пород // 2583032

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выявления местоположения зон повреждения пород и характера их распространения для обеспечения устойчивости обнажений горных выработок и очистного пространства при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Стабилометр // 2616946

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к механическим испытаниям горных пород при объемном сжатии в режиме жесткого нагружения, обеспечивающем контроль процесса деформирования образцов за пределом прочности. Стабилометр для испытания образцов горных пород содержит камеру для образца, нагрузочный цилиндр с поршнем, источники давления, соединенные с камерой и цилиндром, и золотник стабилизации нагрузки, установленный в поршне и закрепленный посредством резьбовой втулки в основании цилиндра. В поршне выполнена полость, в которой размещена опорная втулка, соединенная с золотником и контактирующая с заплечиками поршня. В нагрузочном цилиндре выполнено сливное отверстие, в которое установлен запорно-регулировочный клапан с электроприводом, электрически связанным с электронным экстензометром, корпус экстензометра закреплен внутри нагрузочного цилиндра на заплечиках, а измерительный стержень экстензометра выведен через отверстие в заплечиках в полость поршня и контактирует с опорной втулкой. Технический результат изобретения заключается в повышении точности объемных испытаний скальных горных пород путем исключения погрешностей, связанных с потенциальной упругой энергией рабочей жидкости при ее сжатии, и уменьшения отрицательного влияния облитерации цилиндра, поршня и плунжера устройства. 1 ил.

Способ контроля напряженного состояния массива горных пород в окрестности выработки // 2618778

Способ контроля напряженного состояния массива горных пород предназначен для определения пространственного распределения напряжений в окрестности горной выработки и глубины максимума зоны опорного давления. Для этого осуществляют прозвучивание ультразвуковыми стационарными шумовыми сигналами со средним равным нулю участков массива, расположенных между параллельными скважинами по их глубине. Прием ультразвуковых сигналов осуществляют двумя акустическими преобразователями, которые на каждом из прозвучиваемых участков располагают симметрично относительно оси основного лепестка диаграммы направленности излучаемого акустического преобразователя. Измеряют интервалы корреляции и коэффициент взаимной корреляции сигналов с выходов приемных преобразователей, увеличивая силу их прижима к стенке скважины до момента прекращения возрастания измеренных интервалов корреляции. Фиксируют значения измеренного коэффициента взаимной корреляции после достижения указанного момента на каждом участке и строят график зависимости этого коэффициента от глубины. Глубину, начиная с которой коэффициент взаимной корреляции приобретает постоянное значение, принимают за границы зоны опорного давления, а глубину, начиная с которой коэффициент взаимной корреляции меньше указанного значения, принимают за границу зоны разгрузки напряжений. Глубина, на которой имеет место максимальное значение коэффициента взаимной корреляции, соответствует максимуму напряжений в зоне опорного давления. 3 ил.

Погружной измеритель энергоёмкости разрушения горных пород // 2624064

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения энергоемкости разрушения горных пород в скважинах, пробуренных из подземных горных выработок. Технический результат заключается в повышении точности определения энергоемкости разрушения горных пород, а также упрощении работы оператора при проведении исследований. Погружной измеритель энергоемкости разрушения горных пород включает гидроцилиндр, нагрузочный поршень со штоком, оснащенным индентором. При этом гидроцилиндр содержит промежуточный шток, соединенный с двумя поршнями: внешним и внутренним, которые разделяют гидроцилиндр на четыре полости: входную, среднюю, напорную и силовую. При этом средняя полость имеет выход в атмосферу через окно, в котором размещен толкатель, взаимодействующий с упором, расположенным на промежуточном штоке гидроцилиндра, и соединенный с подвижным клином, который имеет связь с корпусом гидроцилиндра посредством распорной пружины. Между напорной и силовой полостями обеспечена гидравлическая связь посредством канала. 1 ил.

Способ определения динамики процессов деформирования породы горного массива и устройство для его реализации // 2624746

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для измерения раскрытия трещин при проведении геомеханического мониторинга. Способ включает бурение скважин и шпуров в подземных горных выработках. В скважину вводят измерительную наборную штангу с закрепленными на ее конце видеоэндоскопом и перспективной линейкой, укрепленной на расстоянии широкоугольного визуального угла захвата видеозрения видеоэндоскопа. Производят точную видеофиксацию положения трещин по глубине скважины и приблизительную ее ширину, местоположение обнаруженных в скважине трещин фиксируют по длине штанги, а видеоэндоскопом и перспективной линейкой определяют их приблизительную ширину, фиксируют их в журнале наблюдений, трещины классифицируют по ширине. Для каждого класса подбирают измерительный конус-щуп с определенным шагом измерительных нарезных ступеней и их диаметром. Конус-щуп, закрепленный на штанге, вводят в устье измеряемой трещины и по диаметру ступеней и их количеству, по глубине поместившихся в трещине, определяют ширину и глубину ее раскрытия. Проводят повторные циклы измерений по классификации ранее измеренных трещин и по изменениям ширины раскрытия трещин определяют динамику процессов деформирования породы горного массива. Устройство содержит измерительный щуп, выполненный в виде съемного конус-щупа, в котором выполнены монтажное отверстие для крепления к наборной измерительной штанге, а по образующей конуса нарезаны измерительные ступени, штанга выполнена в виде набора штанг с элементами сочленения друг с другом. Измерительные нарезные ступени конус-щупа выполнены с шагом по его оси по возрастанию от h=0.5 мм и с диаметрами ступеней от d=1 мм по ширине измеряемых трещин. На конце наборной штанги установлен видеоэндоскоп, а на расстоянии широкоугольного визуального угла захвата видеоэндоскопа прикреплена перспективная линейка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Метод оценки напряженного состояния материалов // 2625360

Изобретение относится к способу определения напряженного состояния материалов, например горных пород. Технический результат заключается в повышении точности оценки напряженного состояния материалов, из которых состоит сооружение, и, соответственно, повышении надежности его эксплуатации. Способ включает испытание образцов до разрушения, при этом осуществляют изготовление образцов из монолитов исследуемого материала, проводят испытание их на одноосное растяжение, сжатие и в условиях объемного напряженного состояния. По этим данным строят паспорт прочности с огибающей предельных кругов напряжений Мора. Производят измерение величины шероховатости поверхности Rz магистральной трещины для каждого вида напряженного состояния породы, по которым строят номограмму изменения шероховатости Rz поверхности магистральной трещины разрушения материалов в зависимости от величины главных нормальных напряжений σн в зоне трещины разрушения. Затем отбирают образец из зоны магистральной трещины разрушения исследуемого элемента конструкции сооружения и в нем измеряют величину шероховатости Rz1 поверхности магистральной трещины разрушения, по которой, используя полученную номограмму, определяют величины максимальных нормальных напряжений σн.p. Определяют точку предельного состояния исследуемого материала, для чего на оси ординат паспорта прочности материала откладывают значение максимального нормального напряжения, действующего в зоне разрушения материала σн.р, и из этой точки проводят перпендикуляр до огибающей кругов напряжений Мора. Используя точку предельного состояния исследуемого материала, строят круг напряжений Мора для исследуемого образца разрушенного элемента конструкции и по нему определяют значения главных нормальных напряжений σ2p и σ1p и вид напряженного состояния материала, при котором произошло разрушение элемента сооружения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для измерения деформаций земной поверхности // 2625616

Устройство для измерения деформаций земной поверхности относится к области измерительной техники, в частности к методу измерения относительных перемещений двух точек на земной поверхности или отдельных участков инженерных и строительных сооружений, разнесенных на значительные расстояния, происходящих из-за воздействия природных и экзогенных процессов. Устройство для измерения деформаций земной поверхности состоит из троса 1, закрепленного за анкер 2, который, пройдя искривления трассы, через подвижный блок 3 попадает на вал 4 электродвигателя 5 с большим коэффициентом редукции и датчиком угла поворота вала. Двигатель закреплен на основании корпуса системы измерения 5 прибора. На вале двигателя 4 все время остается несколько витков троса, что обеспечивается приторможенной буферной катушкой 6 с достаточным запасом троса, обеспечивающим возможность измерений даже при значительных подвижках анкера. В систему введено приспособление для измерения силы натяжения троса 7, с помощью которого измеряется сила натяжения троса. Напряжение с приспособления для измерения силы натяжения троса 7 поступает на вход блока обработки сигнала 8, выход которого соединен с входом блока управления двигателем 9, где формируется сигнал разности между цифровым сигналом с приспособления для измерения силы натяжения троса и введенным в его память значением, отвечающим определенной пороговой величине силы F0 - заранее заданной небольшой силе натяжения. Выходы с блока 9 соединены соответственно с двигателем 5 и блоком 10 преобразования сигнала с блока управления двигателем в величину подвижек анкера. Вычисление значения подвижек анкера происходит в блоке 10 преобразования выходного сигнала с блока 9 в величину подвижек анкера. Для получения независимой информации о перемещениях анкера в измерительный тракт введен энкодер 11, соединенный с входом блока 12 преобразования сигнала с энкодера в величину подвижек анкера. Выходы блоков 10 и 12 соединены с входом блока сравнения сигналов 13, в котором на основе анализа данных о величинах деформаций и с учетом геологических особенностей объекта наблюдений делается заключение о степени опасности развивающихся процессов. Технический результат – повышение точности результатов измерений. 1 ил.

Устройство и способ мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки в горной разработке // 2627051

Изобретение относится к устройству для мониторинга и способу мониторинга отдельного слоя кровли в горной разработке на основе волоконной решетки. Технический результат заключается в повышении безопасности за счет более высокой эффективности мониторинга и точности измерений. Устройство для мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки содержит перпендикулярный измерительный ствол (1), установленный в пробуренном в кровле отверстии, и компоновочный кожух (19) компоновки оборудования, присоединенный снизу к перпендикулярному измерительному стволу (1). Установочные кронштейны (6) направляющего ролика и установочные кронштейны (7) ролика со стальной лентой симметрично установлены на верхнем участке компоновочного кожуха (19), и консольные балки (15) постоянной прочности симметрично установлены на нижнем участке. Натяжные пружины (16) установлены на противоположных концах консольных балок (15) постоянной прочности. Другие концы двух натяжных пружин (16) соединены со стальным проволочным канатом (3). Стальной проволочный канат (3) проходит через ролики (17) со стальной лентой и направляющие ролики (18), и проходит наружу из выводного отверстия (2) стального проволочного каната на вершине перпендикулярного измерительного ствола (1). Концевая головка стального проволочного каната (3) соединена с анкерной головкой (5). Волоконные решетки А (8) и волоконная решетка В (9) симметрично установлены на левых сторонах и правых сторонах консольных балок (15) постоянной прочности. Волоконные решетки А (8) и волоконные решетки В (9) выходят наружу из выводного отверстия (10) волокна, через одинаковое волокно (12) и соединены с соединителем (14) волокна. Также раскрыт способ мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки при производстве горных работ с применением устройства для мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки при производстве горных работ. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Извлекаемая глубинная реперная станция // 2627503

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при контроле состояния пород кровли горных выработок. Технический результат заключается в упрощении измерений и конструкции реперной станции и возможности повторного ее использования. Извлекаемая глубинная реперная станция включает устьевую трубку, базовый и замковые реперы, связанные с индикаторами стальными тросиками. При этом устьевая трубка выполняется из оцинкованного пружинистого материала по диаметру шпура, имеет прорезь для удобства ввода ее в шпур, выступает на 50-70 мм из шпура на уровень крепления выработанного пространства в свету и является точкой отсчета смещения кровли для базового и замковых индикаторов. Базовый и замковые реперы выполняются из пружинной проволоки, свернутой в виде спиралей диаметром D=8-10 мм с разведенными концами длиной L=12-14 мм под углом α=145-155°, направленным в глубь шпура. При этом за нижнюю часть спиралей шарнирно крепятся несущие стальные тросики индикаторов смещения, удерживающих их на весу; а за верхнюю часть шарнирно закрепляются тросики для извлечения репера из шпура, нижние концы которых крепятся на соответствующих индикаторах смещения диаметрально противоположно несущим тросикам и имеют различную окраску. Индикаторы смещения выполняются из трубок, входящих друг в друга в последовательности расположения пластов, имеют мерные шкалы и на концах отверстия для выпуска и закрепления концов тросиков и регулирования положения индикатора относительно устьевой трубки. 2 ил.

Способ определения расположения нижней границы консолидированного слоя торосов и стамух при электротермобурении // 2630017

Изобретение относится к ледоведению и ледотехнике и может быть использовано в ледовых исследованиях, в частности в районах добычи углеводородов на шельфе замерзающих морей. Технический результат заключается в определении глубины расположения нижней границы консолидированного слоя при бескерновом бурении. Согласно способу осуществляют тепловое электрическое бурение скважин во льду с записью на компьютер или логгер скорости бурения, одновременно с бурением производят отсос с края рабочей части нагревательной коронки талой воды, которая по шлангу подается на поверхность льда к месту нахождения оператора бурения. Оператор визуально контролирует наличие и интенсивность потока жидкости, фиксируя переход от воздушно-водяной смеси к постоянному потоку жидкости отметкой на компьютерной записи скорости бурения нажатием специальной кнопки. Сопоставляют зависимость скорости бурения с отметкой оператора о наличии постоянного потока воды с учетом времени прохода воды из скважины по шлангу до выхода из насоса, изменение скорости бурения, соответствующее переходу бура из плотного льда в рыхлый лед или пустоту, ближайшее к метке, определяют как выход бура из консолидированного слоя и фиксируют глубину расположения нижней границы консолидированного слоя. 1 з.п. ф-лы.

Устройство для определения коэффициентов пуассона и поперечных деформаций фрагментов массива раздробленных скальных пород и оценки их сжимаемости в массиве // 2634312

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для прогноза устойчивости и деформируемости массивов раздробленных скальных пород. Технический результат заключается в повышении эффективности и достоверности определения коэффициентов Пуассона и поперечной деформации фрагментов массива раздробленных скальных пород, а также сжимаемости пород в массиве. Устройство содержит каркас из боковых стенок, балок и стоек, соединенных в замкнутый контур, балку, установленную в центре каркаса, и нагрузочные механизмы. При этом нагрузочные механизмы выполнены в виде вертикальных и горизонтальных гидродомкратов с динамометрами, установленных с упором в балку, установленную в центре каркаса и стойку каркаса, соответственно, также оно снабжено пластиной, устанавливаемой горизонтально на поверхность массива раздробленных скальных пород и соединенной струнами с приборами регистрации вертикальных деформаций массива, тележкой, устанавливаемой на пластине с возможностью ее горизонтального перемещения, внутри которой закреплено компрессионное кольцо, со штампом. На штамп компрессионного кольца последовательно устанавливаются вторая горизонтальная пластина, вторая тележка на шарикоподшипниках, гидродомкрат и динамометр, соединенные с центральной балкой каркаса, при этом штамп соединен с приборами для регистрации его перемещений. 2 ил.