Спосіб дослідження напруженого стану масиву гірських порід

 

Винахід відноситься до гірничої справи і призначене для визначення напряму максимальної напруги на конструктивних елементах систем розробки щодо пробурених в них контрольних свердловин.

Відомий спосіб визначення напруженого стану масиву гірських порід, що включає прозвучивание ультразвуковими імпульсами ділянок масиву, розташованих між паралельними щілинами на різній їх глибині, вимір тривалості переднього фронту кожного з прийнятих ультразвукових імпульсів, по відносній зміні якої з глибиною судять про розподіл напруги в околицях гірничої виробки, при цьому глибина, на якій відзначено мінімум тривалості переднього фронту ультразвукового імпульсу, що відповідає максимуму зони опорного тиску [1] (Авторське свідоцтво СРСР №1149010, кл. E21C 39/00, опубл. у БІ №13 від 07.04.85 р.).

Недоліком відомого способу є низька точність визначення глибини зони опорного тиску. Це пов'язано з тим, що вимірювана тривалість переднього фронту ультразвукового імпульсного сигналу в масиві істотно залежить від контактних умов акустичних перетворювачів зі стінками контрольної свердловини. За умови �вих умов на тривалість переднього фронту ультразвукового імпульсу може перевищити вплив безпосередньо напруженого стану.

Спосіб дослідження напруженого стану масиву гірських порід, що включає розміщення в вимірювальної свердловині стрижневого звукопровода, на якому жорстко закріплено контактує зі стінками свердловини кільце, і реєстрації акустичної емісії на виступаючому з свердловини кінці звукопровода [2] (Спосіб визначення зміни напруженого стану гірничого масиву: заявка 2011147713/03 (071550), Рос. Федерація: МПК E21C 39/00 / Шкуратник Ст. Л., Ніколенко П. В., Корчак А. В. (Рос. Федерація) заявник ФГБОУ ВПО МДГУ; заявл. 24.11.2011; пріоритет 24.11.2011 (Рішення про видачу патенту на винахід від 04.02.2013)).

В зазначеному способі кожне з текстолітових кілець піддають попередньому механічному навантаженню в однаковому і співпадаючому з діаметром напрямку, а про зміну напруженого стану приконтурного масиву судять за стрибкоподібним збільшенням крутості наростання сумарного рахунку приймаються акустичним перетворювачем сигналів акустичної емісії.

Недоліком відомого способу є неможливість з його використанням визначити напряму максимальної напруги, діючого в ортогональній площині осі вимірювальної свердловини.

У цій заявці вирішується завдань�ного ортогонально вимірювальної свердловині.

Для рішення поставленої задачі в способі дослідження напруженого стану масиву гірських порід, що включає розміщення в вимірювальної свердловині стрижневого звукопровода, на якому жорстко закріплено контактує зі стінками свердловини кільце і реєстрації акустичної емісії на виступаючому з свердловини кінці звукопровода, у масиві в одній горизонтальній площині з випробувальної свердловиною і паралельно їй додатково бурять не менше трьох свердловин, у кожній з яких розміщують такий же, як у першій випробувальної свердловині, звукопровід з кільцем, причому всі кільця виготовляють з шаруватого композиційного матеріалу, що має анізотропну структуру в площині кільця, а кут орієнтації шарів кільця в кожній наступній свердловині збільшують на 15° в порівнянні з попередньою, зареєстрованим на кожному звукопроводе сигналами акустичної емісії визначають відповідні їм залежності сумарного рахунку від часу, виявляють той звукопровід, якому відповідає спад сумарного рахунку АЕ в часі і по напрямку шарів у кільці на цьому звукопроводе судять про напрямі максимальної напруги, діючого в масиві в ортогональній площині осі вимірювача кута α між напрямком прикладання навантаження і напрямком шарів в анізотропних композиційних матеріалах на характер залежності сумарного рахунку N акустичної емісії (АЕ) від часу t. Ця закономірність проявляється в тому, що залежність N(t) зростає при всіх кутах α крім 90°, при якому N(t) характеризується спадом, що обумовлено значною міцністю шаруватих композитів на розтяг вздовж шарів.

Спосіб дослідження напруженого стану масиву гірських порід в околицях вироблення ілюструється фіг. 1 і фіг. 2, де на фіг. 1 представлена схема проведення акустико-емісійних вимірювань у контрольних свердловинах, а на фіг. 2 - залежності сумарного рахунку акустичної емісії від часу N(t), що реєструються у процесі проведення контролю.

Схема, представлена на фіг. 1, включає паралельні вимірювальні свердловини 1-4, в яких розміщені металеві звукопроводи 5-8, на яких жорстко закріплені кільця 9-12, виготовлені з анізотропного шаруватого композиційного матеріалу. На виступаючих з свердловин 1-4 торцях звукопроводов 5-8 розміщені приймальні акустичні перетворювачі 13-16, які з допомогою відповідних електричних кабелів 17-20 пов'язані з апаратурою вимірювання параметрів акустичної емісії 21.

На фіг. 2 представлені графіки 22-25 залежностей сумарного рахунку N акустичної емісії від часу t, зареєстровані в кільцях 9-12 відпо�м. З шаруватого анізотропного композиційного матеріалу виготовляють кільця 9-12, внутрішній діаметр яких дорівнює діаметру металевих звукопроводов 5-8 відповідно. При виготовленні кілець дотримуються орієнтацію шарів у композиті ортогонально площини кільця. Кожне кільце з допомогою клейового з'єднання жорстко закріплюють на відповідному звукопроводе.

В підземних умовах на обраному ділянці масиву бурять вимірювальні свердловини 1-4, лежать в одній горизонтальній площині і мають діаметри, рівні зовнішньому діаметру кілець 9-12. При цьому для виключення взаємовпливу свердловин відстань між ними не повинно бути менше п'яти діаметрів свердловин. В свердловині 1 на заданій глибині розміщують звукопровід 5 з жорстко закріпленим на ньому кільцем 9 так, щоб напрямок шарів композиту становило кут γ=0° з горизонтальною лінією, обабіч якої пробурені свердловини. Аналогічним чином розміщують звукопроводи 6-8 з кільцями 10-12 в свердловинах 2-4, при цьому для кільця 10 кут γ=45°, для кільця 11 γ=90° і для кільця 12 γ=135°.

На виступаючих з свердловин 1-4 торцях звукопроводов 5-8 із застосуванням контактної рідини закріплюють приймальні акустичні перетворювачі 13-16, кожен з яких з'єднаний посредс>p>Під дією напруг породи в околицях свердловин 1-4 починають деформуватися, причому найбільшою мірою в напрямку максимального напруження в масиві. При цьому стінки свердловин починають чинити тиск на кільця 9-12, в яких відбувається активне дефектоутворення, що супроводжується генерацією імпульсів акустичної емісії.

З допомогою апаратури вимірювання параметрів АЕ 21 отримують залежності 22-25 сумарного рахунку N акустичної емісії від часу t, зареєстровані в звукопроводах 5-8 відповідно (фіг. 2). З усіх залежностей вибирають ту, на якій спостерігається чіткий спад N(t). За кута γ між напрямком шарів у кільці, з звукопровода якого була отримана характерна залежність N(t), і горизонтальною лінією свердловин судять про напрямі максимальної напруги, діючого в ортогональній площині осі свердловини.

Описаний спосіб дозволяє оцінювати напрям дії напруги з роздільною здатністю в 45°. Підвищення роздільної здатності досягається збільшенням кількості свердловин і пропорційним зменшенням кута γ. Так, наприклад, при семи свердловинах роздільна здатність складе 30°.

Описаний спосіб випробовувався в лабораторних2 мм. З текстоліту марки ПТК виготовлялися чотири кільця з внутрішнім діаметром 10 мм, зовнішнім - 42 мм та товщиною 12 мм, при цьому забезпечувалася ортогональність шарів композиту площини кільця. Кожне з кілець забезпечувався сталевим звукопроводом діаметром 10 мм і довжиною 250 мм Підготовлені таким чином кільця жорстко закріплювалися в мармурових блоках, при цьому перше кільце розташовувалось з дотриманням горизонтальності шарів у композиті, а всі наступні з кутами між шарами композиту і горизонталлю 45°, 90°, 135° відповідно. На протилежних кінцях звукопроводов закріплювалися перетворювачі акустичної емісії GT-200, підключені до акустико-емісійного вимірювального комплексу A-Line 32D. Кожен з блоків мармуру піддавався одноосному навантаження до рівня навантаження 20 МПа, при цьому одночасно з навантаженням велася реєстрація сумарного рахунку акустичної емісії. За результатами випробувань було виявлено, що спад залежності сумарного рахунку АЕ від часу навантаження спостерігається тільки в диску №1, для якого кут між горизонталлю і напрямком шарів у кільці склав 0°. У всіх інших кільцях залежність сумарного рахунку від часу характеризувалася стійким зростанням.

остюки визначення напряму максимальної напруги, чинного ортогонально вимірювальної свердловині.

Джерела, прийняті до уваги при складанні заявки на винахід:

1. Авторське свідоцтво СРСР №1149010, кл. E21C 39/00, опубл. у БІ №13 від 07.04.85 р.

2. Спосіб визначення зміни напруженого стану гірничого масиву: заявка 2011147713/03 (071550), Рос. Федерація: МПК E21C 39/00 / Шкуратник Ст. Л., Ніколенко П. В., Корчак А. В. (Рос. Федерація) заявник ФГБОУ ВПО МДГУ; заявл. 24.11.2011; пріоритет 24.11.2011 (Рішення про видачу патенту на винахід від 04.02.2013).

Спосіб дослідження напруженого стану масиву гірських порід, що включає розміщення в вимірювальної свердловині стрижневого звукопровода, на якому жорстко закріплено контактує зі стінками свердловини кільце, і реєстрації акустичної емісії на виступаючому з свердловини кінці звукопровода, відрізняється тим, що в масиві в одній горизонтальній площині з випробувальної свердловиною і паралельно їй додатково бурять не менше трьох свердловин, у кожній з яких розміщують такий же, як у першій випробувальної свердловині, звукопровід з кільцем, причому всі кільця виготовляють з шаруватого композиційного матеріалу, що має анізотропну структуру в площині кільця, а кут орієнтації шарів кольѼ звукопроводе сигналами акустичної емісії визначають відповідні їм залежності сумарного рахунку від часу, виявляють той звукопровід, якому відповідає спад сумарного рахунку акустичної емісії в часі, і за напрямом шарів у кільці на цьому звукопроводе судять про напрямі максимальної напруги, діючого в масиві в ортогональній площині осі вимірювальної свердловини.



 

Схожі патенти:

Спосіб визначення газоносності масиву вугілля в зоні його руйнування

Винахід відноситься з гірничої справи, переважно до вугільної промисловості. Запропоновано спосіб визначення газоносності масиву вугілля в зоні його руйнування, що включає змінний режим роботи очисного вибою по видобутку вугілля, відпрацювання пласта поздовжніми смугами, вимірювання інтенсивності газовиділення з відпрацьовується пласту в добичную зміну і встановлення показника наростання інтенсивності газовиділення у привибійний простір лави при руйнуванні вугілля. При цьому інтенсивність газовиділення з пласта вимірюють під час виїмки першою і другою смугами вугілля після ремонтної зміни, при цьому газоносність масиву вугілля в зоні його руйнування визначають за наведеним математичного виразу. Запропонований спосіб дозволяє визначити достовірну величину газоносності масиву вугілля в зоні його руйнування за рахунок прямих вимірювань інтенсивності газовиділення з пласта в привибійний простір.

Спосіб і пристрій для збільшення видобутку на родовищі

Винахід відноситься до способу і пристрою для підвищення видобутку на родовищі, що містить породу, яка включає в себе щонайменше один раскриваемий шляхом роздрібнення породи мінерал цінного матеріалу і щонайменше один інший мінерал, причому мінерал цінного матеріалу має більш високу щільність, ніж щонайменше один інший мінерал. Причому спосіб характеризується наступними етапами: виконання процесу буріння за допомогою бурової установки для виїмки породи. При цьому створюється бурова дрібниця, утворення аерозолю, що включає в себе бурову дрібниця і газовий потік, перенесення аерозолю від бурової установки до щонайменше одного повітряного сепаратору, виконання класифікації в потоці, причому утворюються щонайменше дві фракції, які включають в себе частинки відповідної равнопадаемости бурової дрібниці, і визначення властивості щонайменше однієї із фракцій, яка застосовується як захід для встановлення оптимального ступеня подрібнення породи. 2 н. і 21 з.п. ф-ли, 4 іл.

Спосіб і пристрій для визначення локальної просторової протяжності фази мінералу цінного матеріалу в породі

Винахід відноситься до способу і пристрою для визначення локальної величини зерна мінералу для мінералу цінного матеріалу в породі родовища або покладу, причому порода включає в себе щонайменше один інший мінерал, і при цьому мінерал цінного матеріалу має більш високу щільність, ніж щонайменше один інший мінерал. Спосіб характеризується наступними етапами: виконання процесу буріння за допомогою бурової установки в породі, при цьому створюється бурова дрібниця, утворення аерозолю, що включає в себе бурову дрібниця і газовий потік, перенесення аерозолю від бурової установки до щонайменше одного повітряного сепаратору, виконання класифікації в потоці, причому утворюються щонайменше дві фракції, які включають в себе частинки відповідної равнопадаемости бурової дрібниці, і визначення властивості щонайменше однієї із фракцій, яка застосовується як міра для локальної величини зерна мінералу для мінералу цінного матеріалу в породі. 2 н. і 18 з.п. ф-ли, 3 іл.

Спосіб визначення напружено-деформованого стану матеріалу з тендітним кістяком

Винахід відноситься до випробувальної техніки, зокрема до області інженерних вишукувань, і може бути використане для визначення напружено-деформованого стану порід, а саме визначення стадії розвитку деформаційних процесів у масиві матеріалу (в гірському масиві, грунтів під інженерною спорудою тощо). Сутність: відбирають зразки матеріалу з тендітним кістяком. Здійснюють навантаження зразків з реєстрацією фізико-механічних характеристик матеріалу і будують криву напруга-деформація, за якої знаходять параметри, що характеризують провісник руйнування матеріалу. При стисканні зразків визначають коефіцієнти α p - - , α -, αJ, що характеризують зміна потенційної енергії пружного деформування при розсіяному руйнуванні матеріалу, а провісник руйнування матеріалу знаходять за формулою ω = α _ I 1 + α J J + α p - Δ p - γ - , де γ- - позитивний параметр, задаючий квадратичну залежність поверхневої енергії накопиченого ансамблю мікротріщин в крихкому матеріалі, I1 - відносна зміна обсягу матеріалу, J - інтенсивність дотичних напружень, Δp - зміна внутрипорового тиску. Технічний результат: можливість характеризувати стадію стану матения за рахунок зменшення кількості випробовуваних зразків. 2 з.п. ф-ли, 3 іл.

Спосіб прогнозу заколовши і вивалоутворень у межах незакріпленого кріпленням ділянки проведеної підготовчої гірничої виробки (варіанти)

Група винаходів відноситься до гірської промисловості і будівництва, а саме до прогнозу динамічних проявів у масиві гірських порід при зміні його напружено-деформованого стану. Технічний результат - підвищення точності вимірювань шляхом єдиного порядку вибору точок вимірювань, фіксації кількості відліків і правильної орієнтації вибраного пристрою. Пропонуються два варіанти способу - для привибійної зони і ділянки, віддаленого від привибійної зони. В обох варіантах виробляють вимірювання амплітуд імпульсів сигналів електромагнітного випромінювання (ЕМВ). До реєстрації сигналів ЕМІ формують замерную станцію для проведення вимірювань величин амплітуд імпульсів сигналів ЕМІ, для чого використовують закріплений в породі її схил покрівлі з фіксатором на висоті 1,5 м від ґрунту виробки, розміщуючи їх по вертикальній осі площини, після чого розміщують вказаний пристрій перед згаданим фіксатором. Вимірюють величини амплітуд імпульсів сигналів ЕМІ, вибирають найбільші величини - Nmax (1 варіант) N ' max (2 варіант), які порівнюють з критичною величиною Nкр амплітуди імпульсів ЕМІ по горизонту шахти. Якщо Nmax>Nкр або N ' max > N до р , то стан розглянутого дільниц�ока не буде отримано Nmax≤Nкр або N ' max ≤ N до р . 2 н. і 4 з.п. ф-ли, 2 іл.

Спосіб визначення меж захищених зон в лавах вугільних пластів

Винахід відноситься до гірничої справи, а саме до підвищення безпеки ведення гірничих робіт. Технічний результат досягається тим, що вимірювання відносної зміни радіаційної температури поверхні вибою пласта здійснюється дистанційно з відстані 1,0-1,5 м через 3-5 м по довжині лави, при цьому в кожній точці вимірювання до обліку беруть середнє значення, отримане не менш ніж в 30 циклах вимірювань, а кордоном захищеної зони приймають відстань від лінії примикання пласта до виробленому простору до точки фіксації стабілізації значення радіаційної температури. У способі визначення меж захищених зон в лавах вугільних пластів здійснюється дистанційне вимірювання відносної зміни радіаційної температури (інтенсивності інфрачервоного випромінювання) поверхні вибою пласта. Перший замір проводиться в точці на відстані 3-5 м від ніші або від штреку, наступні точки вимірювання розташовуються на рівній відстані через 3-5 м по довжині лави. У кожній точці вимірювання виконується не менше 5 точкових вимірів. Після виконання кожного циклу вимірювань для кожної точки в циклі розраховуються середні значення. За середнім значенням не менш ніж 30 циклів вимірювань з�иксируется точка її стабілізації, яка і є кордоном захищеної зони. 1 іл.
Винахід відноситься до гірничої справи, переважно до вугільної промисловості. Запропоновано спосіб прогнозу місцезнаходження нижньої межі вибухонебезпечної газової зони в очисному вибої, що включає проходку паралельних виробок на ділянці, проведення свердловини в покрівлю пласта і вимірювання концентрації метану по її довжині рухомим газовимірювальних зондом. При цьому свердловину в покрівлю пласта проводять з сполучення лави з прилеглої воздухоотводящей виробленням у напрямку виробленого простору чинного виїмкового ділянки до посадки безпосередньої покрівлі на довжину, рівну кроку посадки, під кутом розвантаження порід покрівлі від рухомої межі очисного вибою. Виробляють вимірювання концентрації метану по довжині свердловини при прямому і зворотному русі газовимірювального зонда в наперед заданих інтервалах довжини свердловини, а нижню межу вибухонебезпечної газової зони встановлюють від покрівлі пласта по нижньому концентраційному межі вибуху газоповітряної суміші. Впровадження способу дозволить встановити, в кожному конкретному разі відпрацювання вугільного пласта, місцезнаходження нижньої межі вибухонебезпечної газової зони в очисному вибої в найбільш небезпечній е�ня очисних робіт по газовому фактору.
Винахід відноситься до гірничої справи, переважно до вугільної промисловості. Технічним результатом є підвищення точності визначення протяжності зони опорного тиску від очисного вибою. Запропоновано спосіб визначення протяжності зони опорного тиску від очисного вибою, що включає проведення підготовчих виробок, відпрацювання вугільного пласта очисним вибоєм, буріння дегазаційних свердловин, герметизацію її гирла від рудничної атмосфери, вимірювання інтенсивності газовиділення із свердловини при її переході із зони природної проникності пласта в зону опорного тиску від очисного вибою. При цьому свердловину в неразгруженном масиві пласта бурять до кордону опорного тиску від протилежного вироблення, а гирло свердловини герметизують на глибину зони опорного тиску від виробітку, з якої вона пробурена. Причому протяжність зони опорного тиску від очисного вибою встановлюють по відстані між зонами початку пригрузки пласта і почала його розвантаження від гірського тиску.

Модель трещиноватого гірського масиву

Винахід відноситься до галузі гірничої справи, а саме до лабораторним дослідженням механізму фільтрації рідин у тріщинуватих гірських породах, і може бути використане при витяганні метану з вугільних пластів з попередніми їх гідророзривом, а також у нафтовидобувній і газодобувній галузях і наукових організаціях. У моделі трещиноватого гірського масиву, що включає щілину між недеформируемими блоками з закріплюючим матеріалом, згідно винаходу щелеобразующие поверхні блоків мають пористу форму. Розміри осередків відповідають геометрії закріплюють частинок і величиною їх вдавлювання у деформований масив гірських порід. Технічним результатом винаходу є підвищення точності моделювання процесу закріплення тріщин гідророзриву і взаємодії закріплює матеріалу зі стінками тріщин у деформівних породах за рахунок обліку вдавлювання частинок закріплює матеріалу в стінки тріщини досліджуваного масиву. 2 іл.

Спосіб визначення природних напружень у масиві гірських порід

Винахід відноситься до способів визначення природних напружень у масиві гірських порід, що використовуються в якості граничних умов при розрахунку напружень у гірських конструкціях і елементах систем розробки для оцінки їх стійкості. Технічний результат полягає в підвищенні точності прогнозування напруг на нижні горизонти в майбутньому часі і при використанні результатів вимірювань в минулому часі на верхніх горизонтах. Спосіб включає вимірювання напружень у масиві гірських порід за межами зони впливу очисних (гірських) робіт на різній глибині при використанні підземних виробок, побудова графіків (залежностей) зміни отриманих головних напружень з глибиною. Для підвищення точності прогнозування напруг, в тому числі і на глибині горизонту, кожне з головних напруг поділяють на постійну і змінну (пульсуючі) у часі складові. Отримують залежність зміни постійних складових з глибиною, знаходять закономірність зміни змінних (пульсуючих) напружень у часі, потім підсумовують ці складові на необхідній глибині і в потрібний час. 2 іл., 1 табл.
Up!