Способ определения направления наибольшего ослабления массива горных пород

СОЮЗ СООЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

09} (И} (5р ф Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASYOPCHOINV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° б

° ° сю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPN (21 ) 3863768/22-03 (22) 04.03.85 (46) 30.11.86. Бюл. У 44 (71) Всесоюзный научно-..исследова- тельский институт транспортного строительства (72) Г.Б.Муравии, Ю.В.Глазков и М.И,Оноцкий (53) 622.281(088.8) (56) Грешников В.А., Дробот Ю.Б.

Акустическая эмиссия. M. 1976, с. 51 56.

Ржевский В.В. и др. Методика сейсмического определения трещиноватости массивов горных пород на карьерах с целью оценки их взрываемости.

М., 1970, с. 10-12. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ

НАИБОЛЬШЕГО ОСЛАБЛЕНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к области горного дела и предназначено для определения направления доминирующей системы трещин. Цель изобретения — повышение точности определения при массовых взрывах на карьерах.

Нагружение массива производят взрывом заряда взрывчатого вещества.

Измеряют энергию акустической эмис-, сии (ЭАЭ) на поверхности массива е помощью пьезодатчиков 1, 2 и 3, установленных равномерно по полуокруж- ности. Регистрируют ЭАЭ подрастающих естественных трещин в килогерцовом диапазоне частот во время действия квазистатической фазы взрыва по меньшей мере в трех точках расположения пьеэодатчиков с центром в точке нагружения. Направление наибольшего ослабления определяют из решения системы и уравнений Е;=

=E „,+ Е-(Е . -E„„„) "" (М -q„), где n — число точек измерения; Е; энергия акустической эмиссии, измеренная в i-й точке; ц; - угол между базисным направлением и линией от места взрыва к i-й точке измерения, Щ+ - угол между базисным. направлением и направлением наибольшего

1273550 ослабления массива. Направление наибольшего массива горных пород характеризуется наибольшим коэффициентом интенсивности напряжений (КИН) в вершинах трещин. Так как ЭАЭ движущейся трещины зависит от ее КИН, то направление наибольшего ослабления характеризуется 3А3 в этом направлении. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения направления доминирующей системы тре", щин.

Целью изобретения является повы- 5 шение точности определения, 30

На чертеже представлена схема .осушествления спосрба.

Пьезоприемники 1, 2 и 3 располо- 10 жены на полуокружности радиуса R c углами q,,(P, =(g,+%/3 q =q,+7 /3 относительно базисного направления Х.

Центр полуокружности совпадает со скважиной 4, в которой размещают 15 заряд ВВ.

Способ осуществляют следующим образом.

При нагружении массива взрывом сосредоточенного или линейного заряда образуются зоны мелкодисперсного дробления, радиального трещинообразования, подрастания естественных трещин, упругая зона. При этом, в зависимости от мощности взрыва, первые зоны могут отсутствовать.На границе зоны упругого деформирования и эоны подрастания естественных трещин максимальные растягивающие напряжения достигают 5-7 предела прочности породы на растяжение, Для измерения энергии акустической эмиссии (АЭ) на поверхности массива устанавливают пьезоприемники

1»3 равномерно на полуокружности радиусом R c yraaMH (p,,, =,+ — 3,; л

g =(f + — относительно базисного на3 правления Х. В центре полуокружности бурят вертикальную скважину 4,в которой создают заряд взрывчатого

;вещества, При этом R выбирается таким образом, чтобы максимальные растягивающие напряжения от взрыва в этих точках были не менее 5-7 предела прочности породы на растяжение. Верхний предел определяется. условием линейной зависимости деформаций пьезокристалла датчика от напряжений.

Акустические сигналы в процессе взрывного нагружения снимаются пьезодатчиком, подаются на предваригельный усилитель, а затем по кабельной линии на регистрирующий прибор. В качестве регистрирующего прибора можно использовать запоминающий ос 1иллограф. Сигнал перед подачей на осциллограф пропускают через блок фильтров, отфильтровывая частоты меньше 1 кГц, Запуск осциллографа осуществляют с помощью дополнительного пьезодатчика с установкой линии задержки на время, равное длительности волны напряжений от взрыва. Энергию АЭ Е; вычисляют путем обработки осциллограмм.

Вместо осциллографа лучше испольэовать специальные приборы для регистрации сигналов АЭ, например АВН-3, . которые сразу же могут измерять энергию АЭ.

По измеренной энергии Е и из1 вестным углам (; путем решения уравнения определяют („ — угол между базисным направлением и направлением наибольшего ослабления массива горных пород.

Физической основой данного способа являются следующие соотношения, 1273550

Направление наибольшего ослабления массива горных пород характеризуется наибольшим коэффициентом интенсивности напряжений (КИН) в вершинах трещин. Так как энергия АЭ S движущейся трещины зависит от ее КИН, то направление наибольшего ослабления характеризуется наибольшей энергией АЭ в этом направлении.

Обычно в массиве имеются 3 взаимно перпендикулярные системы трещин, одна из которых имеет залегание, близкое к горизонтальному. По" этому при взрыве вертикального цилиндрического заряда в зоне подрастания трещин эта система развития не получает, Следовательно, измере» ние энергии АЭ в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического заряда, Дает информацию о развитии двух других систем трещин, которые оказывают большее влияние на устойчивость откосов и на качество ведения буровзрывных работ, чем горизонтальная система. 2S

КИН единичной трещины определяется по формуле

К.= Кно.Г sinful

) где Х вЂ” длина трещины; — растягивакяцие тангенциальные напряжения от взрыва; > — угол между трещиной и направлением от места взрыва к трещине, Энергия АЭ связана с КИН соотношением

E н 6 sin P< — f(8 )+

ОР t0

Г.,г

+ ю 6 cos p+ - - ° Г(8р), ре, Гр

Очевидно, что для каждой точки из-

Оо

$5 мерения,у . - - - f(8) ) =const, поэтому

j«i г в окончательйом виде получаем формулу для определения энергии АЭ в каждой точке измерения

Е =E êñ hE (Eìîêñ Емаi )- sin

2 е =к °, — „- ° f(8> ), 3 где r - расстояние от вершины тре) щины до точки измерения,.

f(B ) - функция зависимости интен1 сивности излучения упругой энергии под углом 9 от на3 правления распространения

J-й трещины;

8 — угол между направлением расJ пространения трещиныилинией, соединяющей точку измерения и J-ю трещину.

Следовательно, энергия, измеренная в какой-либо точке i.ïî окружности с радиусом в центре заряда, определяется по формуле

4 где К.=G./ГГ sin fi, 11

К,=G ЕЕ говд — угол между направлением от взрыва к точке измерения и направлением одной иэ сис" тем.трещин.

Следовательно, где dE — энергия, не связанная с ростом трещин (шумы);

Ем„„Ем„с энергия АЭ измеренная соответственно по направлению наименьшего и наибольшего ослабления массива горных пород; — угол между направлением от взрыва к точке измерения и направлением наибольшего ослабления массива.

Следовательно, не менее чем по трем измерениям можно определить из решения системы уравнений направление наибольшего ослабления массива

Точки измерения можно выбирать не на всей окружности, а равномерно на ее половине, так как массив имеет центральную симметрию относительно скважины. Это дает возможность производить измерения при массовых взрывах на карьерах.

Энергию АЭ в процессе взрывного нагружения следует измерять только после прохождения волны напряжений, так как эта волна имеет частоты до сотен килогерц, которые в противном случае регистрируются аппаратурой. Измерение АЭ во время действия квазистатической фазы взрыва на частотах менее 1 кГц также вносит существенные искажения. Следовательно, измерять энергию АЭ следует на частотах килогерцового диапазона.

2 1

E;=K K, — „- - (В;)+ 2:К, - -.Г{Е ), 1«в 3 Г 1 рi р rR P

Формула. изобретения

Способ определения направления наибольшего ослабления массива гор1273550

Составитель К.Лыков

Редактор М.Циткина Техред В.Кадар Корректор Л.Пилипенко

Заказ 6403/28 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

5 ных пород, включающий динамическое нагружение массива с помощью взрыва заряда взрывчатого вещества и оп-, ределейие параметров акустических сигналов с помощью разнесенных в пространстве приемников, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения, измеряют энергию акустической эмиссии и определяют направление наибольшего ослабления иэ решения системы уравнений ю макс "(макс мкк) з (Ч 1 где Ж вЂ” энергия акустической эмис1 сии,измеренная в t --йточке.

4 дŠ— энергия шумов; ф; — угол между базисным направлением и направлением от точки взрыва к i-му приемнику; (+- угол между базисным направлением и направлением наибольшего ослабления массива, при этом измерения проводят на частотах более 1- кГц во время квазистатической фазы взрыва, а приемники располагают не менее, чем в трех точках на полуокружности с центром в точке взрыва.