SU846730A1 - Method of measuring mechanical strain in rock body - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике измерения механических напряжений и может быть использовано при исследовании и оценке напряженного состояния нелинейно-деформируемых упруго- : пластических сред, преимущественно ⁵ массивов скальных пород.The invention relates to techniques for measuring mechanical stresses and can be used in the study and assessment of the stress state of nonlinearly deformable elastic: plastic media, mainly ⁵ rock massifs.

Известен способ измерения напряжений грунта, включающий установку марок на боковой поверхности фундамента, измерение расстояния между ними, образование между марками разгрузочной щели и установку в ней силовозбудительного устройства, по усилию которого после прорезания вер- _J5 тикальных сквозных щелей судят о напряжениях [lA known method for measuring soil stresses, including the installation of grades on the side surface of the foundation, the measurement of the distance between them, the formation of a discharge gap between the grades and the installation of a force-exciting device in it, by the force of which vertical penetrating cracks are measured after cutting vertical _J5 [l

Недостатком этого способа является невозможность его применения для определения напряжений на большом pac-jg стоянии от свободных поверхностей, в частности в глубине массива горных пород на большом расстоянии от поверхности выработки. _The disadvantage of this method is the impossibility of its application to determine stresses at a large pac-jg standing from free surfaces, in particular in the depth of the rock mass at a large distance from the surface of the mine. _

Известен также способ измерения механических напряжений в массиве горных пород путем измерения давления рабочего тела в полости компенсатора с подвижной плоской передающей площадкой, помещенного в контролируемую зону [2].There is also a method of measuring mechanical stresses in a rock mass by measuring the pressure of the working fluid in the cavity of the compensator with a movable flat transmitting platform, placed in a controlled area [2].

Однако данный способ может быть использован только для определения величин приращения напряжений, а не для определения напряжений, существовавших в среде до установки компенсатора, что снижает точность измерений.However, this method can only be used to determine the magnitude of the voltage increment, and not to determine the stresses that existed in the medium before the installation of the compensator, which reduces the accuracy of the measurements.

Цель изобретения - повышение точности измерений.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Цель достигается тем, что в массиве бурят по направлению к контролируемой зоне исследовательскую скважину, а из ее забоя в контролируемой зоне проходят соосную с ней измерительную скважину и размещают в ней тензодатчики для контроля за осевой деформацией массива, затем устанавзабоя - соосную с ливают компенсатор на забой исследовательской скважины, после чего контролируемую зону разгружают от действующих в ней напряжений, одновременно давлением рабочего тела компен- $ сатора воздействуют на передающую площадку до первоначальных показаний тензодатчиков и по давлению рабочего тела компенсатора судят о нормальных напряжениях в массиве, а также тем, что контролируемую зону разгружают от действующих в ней напряжений бурением кольцевой щели, соосной с измерительной скважиной.The goal is achieved by the fact that a research well is drilled in the array towards the controlled area, and a measuring well coaxial with it is passed from the bottom in the controlled area and strain gauges are placed in it to control the axial deformation of the array, then after the slaughter, the expansion joint is poured into the bottom exploratory well, after which the controlled area is unloaded from the stresses acting in it, at the same time the pressure of the working fluid of the compensator is applied to the transmitting platform until the initial display strain gauges and the pressure of the working fluid of the compensator judge the normal stresses in the array, as well as the fact that the controlled area is unloaded from the stresses acting in it by drilling an annular gap coaxial with the measuring well.

На чертеже представлена схема осуществления способа.The drawing shows a diagram of the method.

Для измерения механических напряжений в' массиве I горных пород бурят исследовательскую скважину 2 большого диаметра, а из ее ней измерительную скважину 3 малого диаметра. Компенсатор 4, типа гидродомкрата, состоящий из корпуса 5, днище которого является передающей площадкой, устанавливают на забой скважины 2. Шток 7 фиксируется в скважине 3 таким образом, чтобы обеспечить неподвижность поршня 6 относительно точки фиксации. Полость компенсатора 4, заключенная между корпусом 5 и поршнем 6 и заполненная рабочим телом, в данном случае жидкостью, соединена с манометром 8 и насосом 9 таким образом, что это не препятствует работе бурового оборудования . Для контроля за осевой деформацией разгружаемой контролируемой зоны на стенку скважины 3 наклеивают тензодатчики и подключают их к тензостанции (на чертеже не показаны).To measure mechanical stresses in the 'massif I of rocks, a research well 2 of large diameter is drilled, and from it a measuring well 3 of small diameter. A compensator 4, such as a hydraulic jack, consisting of a housing 5, the bottom of which is the transmitting platform, is installed on the bottom of the well 2. The rod 7 is fixed in the well 3 in such a way as to ensure the immobility of the piston 6 relative to the fixation point. The cavity of the compensator 4, enclosed between the housing 5 and the piston 6 and filled with a working fluid, in this case a fluid, is connected to the pressure gauge 8 and the pump 9 in such a way that this does not interfere with the operation of the drilling equipment. To control the axial deformation of the discharged controlled zone, strain gauges are glued to the wall of the well 3 and connected to strain gauges (not shown in the drawing).

Измерение нормальных напряжений осуществляют следующим образом.The measurement of normal stresses is as follows.

Насосом 9 в полости компейсатора создают начальное избыточное давление ₽₀ , обеспечивающее плотное прижатие передающей площадки к забою скважины 2. Величину начального избыточного давления выбирают равной 0,4-0,6 от ожидаемого исходного напряжения в контролируемой эоне. Для ~ массивов горных пород вне зоны влияния горных выработок Р_о =0,4-0,5^4, где - средний удельный вес горных . пород, Н - расстояние до дневной поверхности. После создания избыточного давления Г_о контролируемую зону разгружают бурением кольцевой щели 10 и при этом, следя по пока10Pump 9 in the cavity of the compressor creates an initial overpressure of ₽ ₀ , which provides a tight pressing of the transmitting platform to the bottom of the well 2. The initial overpressure is chosen equal to 0.4-0.6 of the expected initial voltage in the controlled aeon. For rock masses outside the zone of influence of the mine workings, P _o = 0.4-0.5 ^ 4, where is the average specific gravity of the rocks. rocks, N - distance to the surface. After creating excess pressure Г _{о, the} controlled zone is unloaded by drilling an annular gap 10 and, at the same time, following

846730 4 заниям тензостанции за характером деформирования разгружаемой зоны, с помощью насоса 9 давление жидкости в полости компенсатора 4 изменяют таким образом, чтобы поддерживать ис· ходные показания тензостанции, а следовательно, и исходную деформацию участка в направлении продольной оси. Разгрузочную щель бурят на глубину, равную 3-5 диаметрам скважины 2.846730 4 to the knowledge of the strain station for the nature of the deformation of the unloaded zone, using pump 9, the fluid pressure in the cavity of the compensator 4 is changed in such a way as to maintain the initial readings of the strain station, and therefore the initial deformation of the section in the direction of the longitudinal axis. The discharge gap is drilled to a depth equal to 3-5 well diameters 2.

По полученному в результате таких измерений установившемуся давлению в полости компенсатора 4, площади передающей площадки и площадки сечения разгружаемой контролируемой зоны судят о средних нормальных напряжениях .Based on the measurements obtained as a result of these measurements, the steady-state pressure in the cavity of the compensator 4, the area of the transmitting site and the cross-sectional area of the unloaded controlled zone are judged on average normal voltages.

Использование предложенного спосо* ба измерения механических напряжений 20 обеспечивает по сравнению с известными возможность измерения исходных напряжений на большом расстоянии от свободных поверхностей; более высокую точность измерений, так как одновременное положение операций разгрузки : и создание компенсатором компенсационного давления исключает изменение деформационных свойств разгружаемого участка среды в направлении приложения этого давления, в результате чего увеличивается точность измерения напряжений; возможность проводить измерения напряжений в горных породах в тех случаях, когда при использовании известных способов происходит разрушение керна.Using the proposed method * for measuring mechanical stresses 20 provides, in comparison with the known methods, the ability to measure initial stresses at a large distance from free surfaces; higher accuracy of measurements, since the simultaneous position of the unloading operations: and the creation of a compensating pressure by the compensator eliminates the change in the deformation properties of the unloaded section of the medium in the direction of application of this pressure, resulting in an increase in the accuracy of voltage measurements; the ability to measure stresses in rocks in those cases when, using known methods, core destruction occurs.

Claims (2)

ливают компенсатор на забой исследовательской скважины, после чего конт ролируемую зону разгружают от действующих в ней напр жений, одновременно давлением рабочего тела компе сатора воздействуют на передающую площадку до первоначальных показаНИИ тензодатчиков и по давлению рабочего тела компенсатора суд т о нор мальных напр жени х в массиве, а также тем, что контролируемую зону разгружают от действующих в ней напр жений бурением кольцевой щели, со осной с измерительной скважиной. На чертеже представлена схема осу ществлени  способа, Дп  измерени  механических напр жений В массиве I горных пород бур т исследовательскую скважину 2 большог диаметра, а из ее забо  - соосную с ней измерительную скважину 3 малого диаметра. Компенсатор 4, типа гидродомкрата , состо щий из корпуса 5, днище которого  вл етс  передающей площадкой, устанавливают на забой скважины 2. Шток 7 фиксируетс  в скв жине 3 таким образом, чтобы обеспечить неподвижность поршн  6 относительно точки фиксации. Полость компенсатора 4, заключенна  между корпу сом 5 и поршнем 6 и заполненна  рабочим телом, в данном случае жидкостью , соединена с манометром 8 и насосом 9 таким образом, что это не преп тствует работе бурового оборудовани  . Дп  контрол  за осевой дефо мацией разгружаемой контролируемой зоны на стенку скважины 3 наклеивают тензодатчики и подключают их к тензо станции (на чертеже не показаны). Измерение нормальных напр жений осуществл ют следующим образом. Насосом 9 в полости компейсатора создают начальное избыточное давление Р , обеспечивак цее плотное жатие передак цей площадки к забою скважины 2. Величину начального избы точного давлени  Р выбирают равной 0,4-0,6 от ожидаемого исходного напр жени  в контролируемой зоне. Дл  массивов горных пород вне зоны вли ни  горных выработок Рр 0,4-0,51рН, где - средний удельный вес горных пород, И - рассто ние до дневной поверхности. После создани  избыточного давлени  Г, контролируемую з ну разгружают бурением кольцевой щели 10 и при этом, след  по показани м тензостанции за характером деформировани  разгружаемой зоны, с помощью насоса 9 давление жидкости в полости компенсатора 4 измен ют таким образом, чтобы поддерживать ис ходные показани  тензостанции, а следовательно, и исходную деформацию участка в направлении продольной оси. Разгрузочную щель бур т на глубину, равную диаметрам скважины 2. По полученному в результате таких измерений установившемус  давлению в полости компенсатора 4, площади передающей площадки и площадки сечени  разгружаемой контролируемой зоны суд т о средних нормальных напр жени х . Использование предложенного способа измерени  механических напр жений обеспечивает по сравнеиию с известньв4И возможность измерени  исходных напр жений на большом рассто нии от свободных поверхностей; более высокую точность измерений, так как одновременное положение операций разгрузки i и создание компенсатором компенсационного давлени  исключает изменение деформационных свойств разгружаемого участка среды в направлении приложени  этого давлени , в результате чего увеличиваетс  точность измерени  напр жений; возможность проводить измерени  напр жений в горных породах в тех случа х, когда при использовании известных способов происходит разрушение керна. Формула изобретени  1. Способ измерени  механических напр жений в массиве горных пород путем измерени  давлени  рабочего тела в полости компенсатора с подвижной плоской передающей площадкой, помеценного в контролируемую зону, о тличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений в массиве бур т по направлению к контролируемой зоне .исследовательскую скважину, а из ее забо  в контролируемой зоне проход т соосную с ней измерительную скважину и размещшот в ней тензодатчики дл  контрол  за осевой деформацией массива, затем устаиавливают компенсатор на забой исследовательской скважины, после чего контролируемую зону разгруA compensator is placed on the bottom of a research well, after which the controllable zone is unloaded from the stresses applied to it, while the pressure of the working medium of the compressor is applied to the transmission area before the initial display of the strain gauges and the pressure of the working medium of the compensator is measured and also the fact that the controlled zone is unloaded from the stresses acting in it by drilling an annular gap, with an axis with a measuring well. The drawing shows a scheme for carrying out the method, Dp of measuring mechanical stresses. In the rock massif I, a research well 2 of large diameter is drilled, and from its bottom there is a measuring well 3 of small diameter coaxially with it. A compensator 4, such as a hydraulic jack, consisting of a housing 5, the bottom of which is a transmission platform, is mounted on the bottom of a well 2. The rod 7 is fixed in the well 3 in such a way as to ensure the immobility of the piston 6 relative to the fixation point. The cavity of the compensator 4, enclosed between the housing 5 and the piston 6 and filled with the working fluid, in this case liquid, is connected to the pressure gauge 8 and the pump 9 in such a way that it does not interfere with the operation of the drilling equipment. DP control for the axial deformation of the controlled zone to be unloaded onto the wall of the well 3 is glued on the strain gauges and connected them to the tensor station (not shown in the drawing). The measurement of normal stresses is carried out as follows. Pump 9 in the cavity of the compressor provides an initial overpressure P, ensuring tight compaction of the platform to the bottom of the well 2. The value of the initial overpressure P is chosen equal to 0.4-0.6 of the expected initial voltage in the controlled zone. For rock massifs outside the zone of influence of mine workings, Рр 0.4-0.51РН, where is the average specific weight of the rocks, and is the distance to the day surface. After creating an overpressure G, the controlled zer is unloaded by drilling the annular gap 10 and the trace of the strain station indicates the deformation of the discharge zone using the pump 9, the pressure of the fluid in the cavity of the compensator 4 is changed in such a way as to maintain the initial reading of the strain gauge and, consequently, the initial deformation of the section in the direction of the longitudinal axis. The discharge gap is drilled to a depth equal to the borehole diameters 2. According to the measured pressure in the cavity of the compensator 4, the area of the transmitting platform and the cross-sectional area of the unloaded controlled zone, the average normal stresses are judged. Using the proposed method for measuring mechanical stresses provides, in comparison with limestone, the ability to measure initial stresses at a large distance from free surfaces; higher measurement accuracy, since the simultaneous positioning of the unloading operations i and the creation of a compensating pressure by the compensator exclude the change in the deformation properties of the discharge section of the medium in the direction of application of this pressure, as a result of which the accuracy of stress measurements increases; the ability to measure stress in rocks in cases where the destruction of the core occurs using known methods. Claim 1. Method of measuring mechanical stresses in a rock massif by measuring the pressure of the working fluid in the cavity of a compensator with a movable flat transmitting platform, marked in a controlled area, differing in the fact that, in order to improve the accuracy of measurements, the array is drilled in the direction of zone, a research well, and from its bottom in a controlled zone, a measuring well coaxial with it and a strain gauge in it are placed to monitor the axial deformation of the array, then pour in a compensator to the bottom of a research well, after which the controlled zone will unload жают от действующих в ней напр жений , одновременно давлением рабочего тела компенсатора воздействуют на передающую площадку до первоначальных показаний тенэодатчиков и по давлению рабочего тела компенсатора суд т о нормальньтх напр жени х в массиве.from the stresses acting in it, at the same time the pressure of the compensator working fluid is exerted on the transmitting site before the initial readings of the shadow sensors and the pressure of the compensator working fluid is judged on the normal stresses in the array. 2. Способ ПОП.1, отличающийс  тем, что контролируемую о2. Method POP.1, characterized in that the controlled зону разгружают от действующих в не напр жений бурением кольцевой щели, соосной с измерительной скважиной.the zone is unloaded from the non-stress drilling holes in the annular gap coaxial with the measurement well. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination 1.Авторское свидетельство СССР № 417711, кл. С OIN 3/10, 1971.1. USSR author's certificate number 417711, cl. From OIN 3/10, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 246131, кл. С 01 L 1/02, 1970 (прототип).2. USSR author's certificate number 246131, cl. From 01 L 1/02, 1970 (prototype).