Метод частичной разгрузки

Метод частичной разгрузки основан на измерении деформаций области массива, разгруженной центральным отверстием. [4]

Различают два вида методов частичной разгрузки: метод разгрузки с наклеиванием тензодатчиков и метод разгрузки с использованием съемных тензометров.

Первый применяется на сухих ровных поверхностях обнажения, на которые возможно наклеивать тензодатчики. В сильно обводненных массивах наклейка тензодатчиков невозможна, поэтому применяют съемные тензометры. Схемы измерений обоими вариантами исполнения метода частичной разгрузки представлены на рис. 2.

Рис. 2. Схемы измерений с помощью наклеиваемых тензодатчиков (а) и съемных тензометров (б)

Связь между напряжениями и деформациями наклеиваемых тензодатчиков определяется:

где ε_ai – деформация соответствующих (i = I, II, III) тензодатчиков, равная произведению значения давления на тарировочный коэффициент.

Коэффициенты и рассчитываются по формулам K₁ⁱ и K₂ⁱ :

где μ – коэффициент Пуассона горных пород, а остальные обозначения указаны

В случае использования съемных тензометров соотношения между деформациями и напряжениями определяются выражениями

где εa1,2, εa2,3, εa3,1 – деформация соответствующих тензометров, определяемая произведением цены деления прибора Δn, длины рабочего участка деформируемого элемента Б и тарировочного коэффициента Ктар.

В варианте метода частичной разгрузки, в котором используются наклеиваемые тензодатчики, последние вклеиваются в «ванночку» из оргстекла с толщиной дна не более 0,2мм. Провода выводят через крышку корпуса и тщательно изолируют. Сопротивление изоляции такого датчика составляет 100 – 150 МОм. Оргстекло корпуса не оказывает существенного влияния на точность определения деформаций. Схема конструкции такого датчика представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема тензометрического датчика: 1 – тензорезистор; 2 – нижняя часть корпуса; 3 – крышка корпуса; 4 – изолированные электрические выводы

В варианте исполнения метода со съемными тензодеформометрами аналогичные датчики наклеивают на деформируемый элемент, который закрепляется посредством шаровых опор между установленными в массиве пород анкерами.

Описанный метод характеризуется относительно низкой трудоемкостью, однако позволяет определять значения напряжений только вблизи горной выработки. Кроме того, на его точность влияют погрешности определения упругих характеристик горных пород в месте проведения исследований.

Метод разности давлений

Метод разности давлений основан на применении гидравличе-ских датчиков для создания в измерительной скважине определенного уровня давления, которое принимают за начальное. По изменению давления в гидросистеме оценивается приращение напряжений, вы-званное ведением горных работ и другими производственными фак-торами [5,6,7].

Комплект измерительной аппаратуры состоит из маслостанции, маслопровода, манометра и гидравлического датчика.

Гидравлический датчик представляет собой устройство для рав-номерной передачи гидростатического давления из гидросистемы на стенки измерительной скважины. Датчик состоит из толстостенной резиновой оболочки, двух запирающих шайб, центрального стягива-ющего стержня и штуцера для присоединения высоконапорного мас-лопровода. Схема датчика представлена на рис. 4

Для создания в гидросистеме давлений до 16 МПа предназначе-на маслостанция. Масло подается к гидравлическому датчику посред-ством маслопровода, представляющего собой латунную трубку с толщиной стенок на менее 1мм и внутренним диаметром не менее 0,3мм.

Манометр предназначен для измерения давления масла в гидро-системе, которое уравновешивается давлением массива горных пород в окрестностях гидравлического датчика.

Суть измерений сводится к следующему. С поверхности обна-жения в массив бурится измерительная скважина, в которой на опре-деленной глубине устанавливается гидравлический датчик, присоединенный посредством маслопровода к манометру и маслостанции. С помощью указанной маслостанции в гидросистеме создается давле-ние в 10-15 МПа, после чего ее отсоединяют от гидросистемы. При этом на манометре фиксируется определенный уровень давления.

Рис. 4.Схема гидравлического датчика: 1 – толстостенная резиновая оболочка; 2 – запирающие шайбы; 3 – стягивающий стержень; 4 - штуцер

При последующем изменении напряженного состояния массива в окрестностях точки измерения давление в гидросистеме изменится, что возможно зафиксировать с помощью установленного манометра.

Общая схема проведения измерений приведена на рис. 5.

Описанный выше метод нашел широкое применение при разра-ботке угольных пластов с низкой устойчивостью, подверженных вне-запным выбросам и горным ударам. Метод отличается простотой и точностью определения приращения напряжений, нормальных к по-верхности скважины, однако не позволяет определить абсолютные значения напряжений, действующих на рассматриваемом участке массива.

Рис. 5. Общая схема проведения измерений методом разности давлений: 1 - измерительная скважина; 2 - гидравлический датчик; 3 – маслопровод; 4 – манометр; 5 – маслостанция; 6 - массив горных пород