Лекція №4 «визначення зсувів і напруг при динамічних впливах»
При веденні підривних робіт на статичне поле напруг накладаються короткочасно діючі знакозмінні нерівномірні динамічні поля. Для виміру кількісних параметрів цих полів застосовують вібрографи або сейсмоприймачі.
Ряд сейсмоприймачів, установлених на різному видаленні від місця вибуху, дозволяє одержати характеристику поля динамічних напруг, а саме параметри швидкості поширення в масиві пружної хвилі напруг, максимальні швидкості й амплітуди зсуву крапок масиву, загасання пружної хвилі в міру видалення від місця вибуху. По параметрах швидкості поширення хвилі й максимальних зсувів крапок обчислюють максимальні деформації стиску й розтягання, а від них переходять до значень максимальних динамічних стискаючих і напруг, що розтягують.
Поряд з використанням сейсмоприймачів можливий прямий метод виміру динамічних пружних деформацій і визначення по них напруг. Він заснований на застосуванні спеціальних кернових тензометричних датчиків.
На ділянках спостережень відбирають породні штуфи й вибурюють з них керни діаметром 40 мм. Відрізок керна довжиною 5-10 см розпилюють уздовж утворюючої на три частини. На площині однієї з них наклеюють розетки тензодатчиків і потім всі три частини керна склеюють, одержуючи керновий тензодатчик, що дозволяє реєструвати динамічні деформації породного масиву в різних напрямках.
Кернові датчики цементуються в шпурах діаметром 55-60 мм. Щоб динамічні деформації, реєстровані керновим датчиком, були максимально близькі до фактичних деформацій породного масиву, потрібне максимальне наближення значенні акустичного опору цементуючого матеріалу й гірської породи в точці виміру. Відповідний цементуючий состав для цього підбирають, використовуючи суміші цементу з більше важкої складової. Для забезпечення надійного зчеплення на контактах цементуючого матеріалу з датчиком і з породним масивом використають цемент, що розширюється.
Кернові датчики описаної конструкції дозволяють надійно й багаторазово реєструвати динамічні пружні деформації й напруги в різних крапках досліджуваної області породного масиву, визначати максимальні миттєві значення стискаючих і динамічних напруг, що розтягують, створюваних при підривних роботах.
Відомі також спроби для виміру динамічних напруг застосувати метод лазерної інтерферометрії, заснованої на зміні коефіцієнта переломлення рідинного або газового середовища під впливом механічних полів. Метод має високу чутливість у широкому частотному й амплітудному діапазонах динамічних напруг, але вимагає спеціальних дорогих апаратур.
Лекція №5 «визначення параметрів зони порушених порід»
Поблизу контуру підготовчих й очисних виробок формується деяка зона, у межах якої в породах одержують розвиток зсуву із частковим розривом первісної суцільності й монолітності. Ця зона, іменована зоною порушених порід (рис. 14).
Рисунок 14 – Схема розташування зон можливого відколу по природних тріщинах навколо стовбура кругового поперечного перерізу (глибина Н=580 м, діаметр перетину 6 м, зчеплення по поверхні тріщин [tтр] =10 кгс/см2). 1 - зона можливого відколу під дією максимальних і мінімального головних напруг; 2 - зони можливого відколу під дією проміжних і мінімального головних напруг. I-IV-зони можливого відколу по різних системах природних тріщин.
Довжина в глиб масиву від контуру виробки й ступінь порушення (або ослаблення) порід – істотно важливі в рішенні конкретних практичних завдань, оскільки з ними безпосередньо зв'язані вибір оптимального типу кріплення, розрахунок її параметрів й інші технічні пропозиції по забезпеченню стійкості й безпечної експлуатації виробок (рис. 15).
Рисунок 15 - Схема арочно-анкерного кріплення: 1 - анкер; 2 - границя зони можливого обвалення; 3 - забивання; 4 - забутування; 5 - арка.
Для визначення параметрів зони порушених порід застосовують різні способи: реометричний, ультразвуковий, сейсмометричний, електрометричний, радіометричний та ін.
Найбільшу простоту мають визначення довжини зони порушених порід від контуру виробки в глиб масиву. Ці визначення проводять звичайно за допомогою реометриченого методу. Метод заснований на вимірі проникності порід. У межах зони порушених порід у порівнянні з недоторканим масивом проникність, як правило, багаторазово збільшується. Сутність методу складається в подачі в досліджувану ділянку породного масиву газу або рідини, що підводяться через шпур (шпару), і в реєстрації показників фільтрації подаваного газу (рідини) через розглянуту ділянку масиву.
Ультразвуковий спосіб. У межах зони порушених порід швидкості пружних хвиль зменшуються. Ступінь цього зменшення характеризує ступінь порушення порід. Ще значніше знижуються розрахункові модулі пружності, але для їхнього визначення крім даних про швидкості пружних хвиль необхідно враховувати й зміни щільності порід у масиві на відповідних ділянках.
Радіометричний метод дозволяє також зафіксувати місце розташування тріщин у масиві, пересічних вимірювальними шпурами.