Метод разгрузки

Метод разгрузки был применен впервые в горной практике ВНИМИ (ЦНИМБ) еще в 1935 г. на соляных рудниках и в дальнейшем получил широкое распространение в практике экспериментальных наблюдений за напряженным состоянием массива горных пород в различных рудных и угольных бассейнах нашей страны.

Вначале методом разгрузки определяли напряжения только на обнаженных поверхностях массива горных пород. В настоящее время этот метод используется для измерений напряжений на значительных глубинах от обнажений и позволяет оценить напряженное состояние пород в глубине массива.

Метод разгрузки основан на использовании характеристик упругого восстановления формы элемента массива при искусственном нарушении его связи с основным массивом. Этот метод может применяться для пород достаточной прочности, сохраняющих форму элемента после нарушения его связи с массивом и обладающих упругими свойствами; неприменим в условиях сыпучих или сильно пластичных пород.

Исследования по определению напряженного состояния массива горных пород сводятся к измерению упругих деформаций на поверхности разгруженного элемента (торце керна), выбуриваемого с различных глубин исследуемого массива, а также к измерению деформаций стенки центрального отверстия в выбуриваемом керне по способам Хаста и Лимана. Определение напряжений, действующих в массиве, рассчитывают по формулам теории упругости, действительным для плоского напряженного состояния упругой среды.

Метод разгрузки дает возможность с определенной степенью точности измерить относительные или абсолютные величины напряжений, действующих на измеряемом участке массива и на различной глубине его.

Этот метод применяется для решения следующих задач:

- определения устойчивости и запаса прочности целиков;

- оценки напряженного состояния массива при различных условиях нагружения его (при подработке и надработке пластов и т.п.);

- определения напряженного состояния массива в зоне опорного давления;

- оценки прочности бетонной крепи капитальных выработок;

- определения напряженного состояния кровли выработок.

Наряду с успехами в развитии методики и техники измерений методом разгрузки, ряд вопросов остается недостаточно изученным и разработанным. Каждому из перечисленных способов присущи свои недостатки. Общий недостаток метода разгрузки - высокая трудоемкость и громоздкость бурового оборудования. Кроме того, метод не обладает достаточной информативностью и не позволяет проводить исследования в трещиноватых средах. Поэтому необходимость получения информации об изменении напряженного состояния пород на отдельных участках массива призабойного или выработанного пространства лавы исключает его применение. Частичная разгрузка применяется для определения напряжений на поверхности выработки (при решении большинства задач горной геомеханики в сочетании с методами полной разгрузки).

Техника проведения измерений методом разгрузки

Техника проведения измерений методом разгрузки складывается из следующих операций:

1.подготовки обнаженный поверхности массива для установки тензодатчиков;

2.установки тензодатчиков в месте измерений и сушки их;

3.снятия начальных показаний тензодатчиков;

4.разгрузки керна путем отделения его от массива;

5.снятия показаний тензодатчиков после разгрузки керна;

6.извлечения керна из скважины;

7.определения упругих постоянных Е и n в лаборатории на образцах, получаемых из выбуренных кернов;

8.подсчета на основе измеренных деформаций по формулам теории упругости величины и направления главных напряжений, действующих в месте измерений.

Погрешности измерений напряжений в массиве горных пород методом разгрузки обусловлены:

- погрешностями тензодатчиков и измерительной аппаратуры, регистрирующей показания тензодатчиков при разгрузке керна;

- искажением начального напряженного состояния массива в месте измерения, вызванного проведением измерительной скважины;

- погрешностями лабораторного определения упругих констант горных пород из-за влияния анизотропии и несоответствия условий нагружения пород в образце и в массиве.

Так же этот метод используется в следующем. Соосные скважины. В первом случае мы рассмотрели разгрузку керна.

Отличие в следующем. Бурят опережающую центральную скважину малого диаметра (около 40 мм). В ней устанавливают деформометры (схема Н. Хаста) либо на ее стенки с помощью специальных приспособлений наклеивают тензодатчики (схема Е. Лимана, рис.2).

Рис. 2. Схема наклейки электротензометрических датчиков на стенки скважины малого диаметра при измерениях напряжений в массиве пород методом разгрузки в варианте соосных скважин (схема Е. Лимана).