Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы и средства геоконтроля. Методические указания по проведению практических занятий и самостоятельной работы студентов специальности 21.05.05 «Физ
.pdf
Применительно к взрывной отбойке естественную трещино-
,
i
d
nH=
ватость считают начальной трещиноватостью, а обусловленную
влиянием горнотехнических факторов – дополнительной трещиноватостью.
Количественно трещиноватость массива горных пород оценивается степенью трещиноватости системы трещин по i-му направлению:
где d – раскрытие трещины;
H – расстояние между трещинами в i-м направлении.
Для практической оценки трещиноватости используются прямые (геологические) и косвенные (геофизические) методы: оценка трещиноватости по керну; изучение трещиноватости стенок
скважины с помощью буроскопов, видеоаппаратуры; гидравлическое опробование скважин; электрические, ядерно-физические,
магнитные, акустические методы. Последние являются наиболее
перспективными в связи с тем, что они предоставляют возможность изучать трещиноватость на больших глубинах, а также благодаря их высокой информативности, относительной простоты
и оперативности проведения измерений [13, 14]. В качестве информативных параметров используют скорости продольных, поперечных и поверхностных волн, их коэффициенты затухания,
а также частотные и фазовые спектры. Скорости определяются
по времени распространения упругих импульсов в массиве. В качестве импульсного источника волн используют удар кувалдой,
падение груза с заданными массой и высотой падения, волны от
пьезокерамического преобразователя, размещаемого в скважине
или на поверхности, а также взрыв. Используются также источники гармонического непрерывного сигнала. В данной работе рассматриваются импульсные источники.
Скорость упругих волн в направлении угла a описывается
эллипсом анизотропии скоростей, ориентированным в пространстве под углом j к началу отсчета, аналитическая зависимость
которого в зависимости от угла ориентации эллипса j и текущего азимута наблюдений a выражается формулой
61
( )
( )
( )
max
22
0
,
1 1 sin
C
CKa−j =
+ − a−j
max
0
min
,
C
KC=
2
м
обр
,
c
A
c
=
(5.1)
где a – текущий азимут наблюдений, задается в диапазоне 0…2p;
j – угол ориентации эллипса скоростей, находится из натурных наблюдений и расчетов;
– скорость продольных волн в направлении вдоль сло-
С
max
истости в ненарушенном массиве без трещин принимается
равной скорости в образце и определяется на ненарушенных
образцах пород как C
– коэффициент анизотропии скоростей, а именно
K
0
max
= C
обр
;
C
– минимальная скорость продольных волн в направле-
min
нии, перпендикулярном слоистости (трещиноватости).
Для характеристики трещиноватого массива пород использу-
ется также акустический показатель трещиноватости:
где cм, c
– скорости распространения упругих волн в массиве
обр
и образце соответственно.
Знание акустического показателя трещиноватости (АПТ) дает
возможность по табл. 5.1 определить параметры эталонного расхода взрывчатых веществ (ВВ).
Таблица 5.1
Определение величины расчетного удельного расхода ВВ
по АПТ
Кате-
гория
трещи-
новатости
I 10
Удель-
ная тре-
щино-
ватость,
–1
м
Степень
трещино-
ватости
Чрезвы-
чайно
трещино-
ватые
3
м
Акустиче-
ский по-
казатель
трещиноватости А
Размер
отдель-
ности,
До 0,1 0…0,1 До 0,3 До 0,35 До 0,45
Величина эталонного расхо-
да аммонита 6ЖВ q
при коэффициенте крепости по
М.М. Протодьяконову f
2…5 6…10 11…20
, кг/м3,
p
62
Окончание табл. 5.1
Кате-
гория
ная тре-
трещи-
нова-
ватость,
тости
II 2…10
III 1…2
IV 0,65…1
V <0,65
Удель-
щино-
–1
м
Степень
трещино-
ватости
Сильно
трещино-
ватые
Средне
трещино-
ватые
Мало
трещино-
ватые
Прак-
тически
монолит-
ные
Размер
отдель-
ности,
0,1…0,5 0,1…0,25 0,3…0,5 0,35…0,6 0,45…0,75
0,5…1 0,25…0,4 0,5…0,75 0,6…0,9 0,75…1,1
1…1,5 0,4…0,6 0,75…1,0 0,9…1,2 1,1…1,4
Акустиче-
ский показатель
трещино-
3
м
ватости А
1,5 0,6…1,0 Более 1,0 Более 1,2 Более 1,4
Величина эталонного расхо-
да аммонита 6ЖВ q
при коэффициенте крепости по
М.М. Протодьяконову f
2…5 6…10 11…20
, кг/м3,
p
5.2. Задания для практического
выполнения
В работе требуется определить:
– количество образцов и скорость упругих волн в образце (отдельности) C
сиве;
– ориентацию эллипса скоростей j относительно начала отсчета, максимальную С
трещиноватости массива, построить индикатрису скоростей;
– показатели трещиноватости массива;
– параметры буровзрывных работ (БВР) в соответствии с трещиноватостью массива пород.
Расчеты далее производите в Mathcad.
, принимаемую за скорость в нетрещиноватом мас-
обр
и минимальную С
max
скорости, параметры
min
5.3. Исходные данные для расчета
Работа выполняется по индивидуальным исходным данным,
которые приведены в приложении П5.2. Описание порядка выполнения работы будет сопровождаться расчетным примером по
данным, приведенным ниже.
63
Исходные данные для расчетного примера
Диаметр образца, мм ..................................50
Время распространения t
Время задержки t
, мкс ............................. 12,40
з
Коэффициент вариации r
Требуемая точность оценки скорости упругих волн e
Предел прочности пород при одноосном сжатии s
Результаты скважинных измерений скоростей упругих волн
в массиве пород уступа карьера в соответствии с рис. 5.1 приведены в табл. 5.2.
Скорости по направлениям в четырехскважинной схеме
(ось x начала отсчетов расстояний и углов имеет
горизонтальное направление слева направо)
, мкс ....................... 29,64
р
, % .......................... 4,5
с
, % ......2
с
, Мпа ....40
сж
Таблица 5.2
Направление Угол наклона, град Обозначение
Ц1–П1 0 C
П1–П3 –30 C
Ц1–П3 +120 C
П2–П3 +90 C
Ц1–П2 –120 C
П1–П2 +30 C
0
1
2
3
4
5
Рис. 5.1. Схема четырехскважинных измерений: C
Скорость в трещиноватом
массиве, м/с
4391
4026
3920
4128
4524
4690
С
max тр
, j – на-
max тр
правление и угол ориентации максимальной скорости эллипса
анизотропии
64
5.4. Порядок выполнения работы
2 4,hdr≥=
25 .
мм
rl≤ =
обр. min
обр
2500
100 .
0,025
кГц
C
f = = =
l
,
c
c
tl l
e
= = h
r
5.4.1. Определение скорости продольных волн
в образце
Скорость в образце принимается за скорость ненарушенном
массиве пород.
1. Выберите необходимую высоту образца h из условия
где h, d, r – высота, диаметр, радиус основания цилиндрического
образца соответственно.
d = 50 мм; h ≥ 2d = 100 мм; r = d / 2 = 25 мм.
Выбираем h = 100 мм.
2. Выберите минимальную частоту прозвучивания из усло-
вия подобия измерений на образцах измерениям в массиве пород
Выбираем l = 25 мм.
При минимальной скорости, которая возможна для данного
вида пород, C
ной частоты преобразователя f
= 2500 м/с минимальное значение собствен-
обр. min
составит
обр
Преобразователь с такой частотой входит во все комплекты
УЗ-приборов, предназначенных для работы с горными породами.
3. Рассчитайте необходимое число образцов l, обеспечиваю-
щее требуемую точность измерений скорости в образцах.
Для этого используется t-критерий, согласно которому распределение Стьюдента имеет случайную величину
где l – количество образцов (объем выборки);
– относительная погрешность определения скорости C;
e
c
– коэффициент вариации измеряемой величины C;
r
c
h – отношение требуемой точности оценки e
вариации r
.
c
65
к коэффициенту
c
Из этого соотношения получаем формулу для расчета требуе-
eh
2
0,444.
4,5
c
c
e
h= = ≅
r
0,4.
c
c
e
h= =
r
e
мого количества образцов:
2
r
lt
c
= =
c
2
t
.
Определите отношение требуемой точности оценки ec к коэф-
фициенту вариации r
:
c
Выбираем меньшее значение, округленное до десятых и даю-
щее большее количество образцов, чем при округлении до 0,5:
По табл. 5.3 определите необходимое количество образцов для
испытаний при доверительной вероятности 0,95 и соответствующем ей уровню значимости a.
Таблица 5.3
Необходимое количество образцов lпри заданных
доверительной вероятности P (уровне значимости a = 1 – P)
и двустороннем критерии
P
0,90 3 4 5 6 7 8 10 13 19 32 70
0,95 4 5 7 8 10 11 14 18 27 45 99
0,98 5 7 9 10 12 15 19 25 37 64 139
0,99 6 9 11 11 15 18 23 31 46 78 169
2,0 1,2 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2
h
h=
c
,
r
c
равно 27. В ней данные для h приведены с округлением до десятых, что в некоторых случаях дает завышенный результат. Для
более точного расчета используйте программу для Mathcad, приведенную в приложении П5.1.
прозвучивания
Необходимое количество образцов, определенное по табл. 5.3,
При h = 0,444 получаем N
= 22, что существенно меньше 27.
обр
4. Определите скорость упругих волн в образце по методике
66
обр
рз
,
h
C
tt
=
−
( )
обр
6
0,1
5800 .
29,64 12,4 10
м/с
C−= =
−⋅
( )
012 3 45
1
2 2;
6
A CCC CCC= +−− −+
( )
1245
3
;
6
B CCCC
−
= +−−
1
arctg ;
2
B
A
j=
( )
1
2 4391 4026 3920 2 4128 4524 4690 133,00 ;
6
м/с
A = ⋅ + − −⋅ − + =
где tр – измеренное время распространения первого вступления
продольной волны в образце;
– время задержки импульса в аппаратуре и преобразовате-
t
з
лях;
Эта скорость будет использована ниже в качестве скорости
нетрещиноватого массива пород при определении акустического
показателя трещиноватости (АПТ).
5.4.2. Определение параметров эллипса
скоростей в нарушенном массиве пород
1. Определите угол ориентации, а также максимальную
и минимальную скорости эллипса скоростей при прозвучивании массива по четырехскважинной схеме, представленной на
рис. 5.1.
Для их определения возьмите скорости упругих волн в трещиноватом массиве пород, полученные в результате натурных
измерений по различным направлениям в соответствии со схемой рис. 5.1 и заданные в ТЗ на курсовую работу: C
= 4026 м/с; C2 = 3920 м/с; C3 = 4128 м/с; C4 = 4524 м/с;
C
1
= 4690 м/с.
C
5
Рассчитайте коэффициенты A и B, а по ним угол ориентации
эллипса скоростей j по следующим формулам:
= 4391 м/с;
0
67
( )
3
4026 3920 4128 4524 � 366,04 ;
6
м/с
B−= +−− =
1 366,04
arctg 0,611 35,0 .
2 133,00
рад
j= = = °
( )
ср 0 1 2 3 4 5
1
;
6
C CCCCCC= +++++
22
0
ср
2
1;
AB
K
C
+
= +
( )
ср
1
4391 4026 3920 4128 4524 4690 4280 ;
6
м/с
C = +++++ =
22
0
2 133,00 366,04
1 1,182.
4280
K+=+=
( )
22
max 0 0
тр
1 sin 1;C CK= − j+
max
min
0
тр
тр
;
C
C
K
=
( )
22
max
тр
4391 1,182 1 sin 0,611 1 4669 ;
м/с
C = − +=
min тр
4669
3950 ,
1,1 82
м/с
C = =
2. Рассчитайте среднее значение скорости Cср по измеренным
направлениям и коэффициент анизотропии K
:
0
3. Рассчитайте максимальное и минимальное значения скоростей эллипса анизотропии в трещиноватом массиве по формулам:
где C0 – значение скорости по направлению Ц1–П1;
C
max тр
, C
– максимальная и минимальная скорости эл-
min тр
липса в трещиноватом массиве.
4. Постройте индикатрису скоростей, как показано на
рис. 5.2.
68
Cind
2
2
maxтр
1
обр
4669
0,648.
5800
т
C
A
C
= = =
Lmax
Lmin
180
150
120
90
5 10
×
4 10
×
3 10
×
2 10
×
1 10
×
0
60
3
3
3
3
3
30
0
210
240
270
θ f imax, fimin,
330
300
Рис. 5.2. Индикатриса скоростей упругих волн в трещиноватом
массиве при C
= 4669 м/с; C
max тр
= 3950 м/с; j = 35°
min тр
5.4.3. Определение акустического показателя
трещиноватости A
i
по трем пространственным
m
направлениям
Акустический показатель трещиноватости (АПТ) в общем виде
рассчитывается по формуле
2
i
C
i
=
i
где A
, Ci – АПТ и скорость упругих волн в направлении i-й оси
m
A
т
C
соответственно;
– скорость упругих волн в ненарушенном массиве, рав-
C
обр
ная скорости в образце.
АПТ в направлениях максимальной и минимальной скоростей эллипса рассчитываются по этим скоростям. АПТ в направлении вертикальной оси принимается равным акустическому
показателю в направлении оси максимальной скорости.
АПТ в направлении максимальной скорости:
,
обр
69
АПТ в направлении минимальной скорости:
2
2
minтр
2
обр
3950
0,464.
5800
т
C
A
C
= = =
31
0,648.
тт
AA= =
сж
0,1 ,f = s
0,1 40 4,f = ⋅=
АПТ в направлении вертикальной оси:
5.4.4. Определение величины расчетного
удельного расхода ВВ
Расчетный удельный расход ВВ определяется по табл. 5.1 че-
рез АПТ, рассчитанный в подразделе 5.4.3.
Коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову в системе СИ
рассчитывается по формуле
где sсж – предел прочности при одноосном сжатии, МПа.
В нашем случае
при этом ориентируемся на максимальное значение АПТ, равное
0,648. В соответствии с данными табл. 5.1 расход ВВ составляет
более q
= 1,2 кг/м3.
р
Отчет о работе должен содержать:
– краткие сведения об акустическом методе определения тре-
щиноватости массива пород по четырехскважинной схеме;
– расчетные соотношения;
– исходные данные индивидуального задания;
– формулы и результаты расчетов по четырем пунктам зада-
ния.
5.6. Контрольные вопросы и задания
Ответы на вопросы поясняйте примерами расчетов по своей
программе.
5.5. Содержание отчета
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]