Методика оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Корнеев, Виктор Александрович

• Корнеев, Виктор Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Корнеев, Виктор Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД В ОКРЕСТНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

1.1 Обоснование актуальности контроля физико-механических свойств горных пород в натурных условиях

1.2 Анализ лабораторных методов и средств мониторинга физико-механических свойств горных пород

1.3 Анализ методов и средств контроля физико-механических свойств горных пород в шахтных условиях

1.4 Выводы, цель и задачи исследования

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И ПРОГРАММЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Структурно-методологическая схема исследований

2.2 Планирование исследований

2.3 Методики исследований и описание используемого оборудования

Выводы по 2 главе

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В СКВАЖИНАХ

3.1 Анализ преимуществ и недостатков существующих аналогов проектируемого устройства

3.2 Технические основы реализации механизма контактного разрушения в конструкции устройства для определения контактной прочности горных пород в скважинах

3.3 Разработка системы сбора данных проектируемого устройства

Выводы по 3 главе

ГЛАВА 4 АДАПТАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В СКВАЖИНАХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИНДЕНТОРА ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В ОКРЕСТНОСТЯХ СКВАЖИНЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ПРОЧНОСТИ СЛАГАЮЩИХ ЕЕ ПОРОД

4.1 Выбор алгоритма расчета напряженно-деформированного состояния горных пород в скважинах под действием индентора

4.2 Программная реализация математической модели на ЭВМ

4.3 Тестирование математической модели напряженно-деформированного состояния горных пород в скважинах под действием индентора

Выводы по 4 главе

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА И АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В ОКРЕСТНОСТЯХ СКВАЖИНЫ, ПРОБУРЕННОЙ ИЗ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

5.1 Разработка рекомендаций по измерению контактной прочности горных пород в скважинах посредством устройства «Прочностномер ПСШ-1»

5.2 Разработка алгоритма анализа диаграммы вдавливания индентора в стенку скважины

5.3 Апробация методики оценки прочности горных пород в окрестности скважины, пробуренной из горных выработок, устройства для ее реализации и программного обеспечения

5.4 Сопоставление результатов определения предела прочности горных пород при одноосном сжатии посредством разработанной методики и метода Барона - Глатмана

Выводы по 5 главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Патент на изобретение РФ № 2433266 «Погружной

измеритель крепости горных пород»

Приложение Б Патент на полезную модель РФ № 97765 «Устройство для

измерения крепости горных пород»

Приложение В Свидетельство о государственной регистрации программы для

ЭВМ РФ № 2012612864 «Индентирование» V 1.0

Приложение Г Методика оценки прочности горных пород в окрестностях

скважины, пробуренной из горной выработки

Приложение Д Акт о проведении апробации методики оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки, устройства «Прочностномер ПСШ-1» и

пакета программ «Индентирование» V 1.0

Приложение Е Рекомендации к внедрению устройства «Прочностномер ПСШ-1», разработанной методики и пакета программ

«Индентирование» V 1.0

Приложение Ж Диплом Научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ОУК Южкузбассуголь», полученный устройством «Прочностномер ПСШ-1», разработанной методикой и программным обеспечением «Индентирование» V 1.0 в номинации «За научную новизну»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Усложнение горно-геологических условий добычи угля на шахтах, рост нагрузок на выемочные участки, повышение уровня травматизма требуют оперативного управления технологическими процессами с использованием информационной базы данных и знаний, которая регулярно обновляется по результатам визуального и инструментального мониторинга. Важным элементом базы данных являются сведения о параметрах физико-механических свойств горных пород. В этой связи актуальными являются исследования, обеспечивающие достоверность прочностных и деформационных свойств пород.

Низкая надежность, значительная трудоемкость и стоимость лабораторного контроля прочностных и деформационных свойств горных пород способствовали разработке и широкому применению натурных методов, актуальным направлением развития которых является совершенствование систем сбора, хранения, обработки, передачи полученной информации, а также ее интерпретации с привлечением различных математических моделей и статистических методов [1-4].

Одним из перспективных методов контроля свойств пород в натурных условиях является вдавливание индентора в стенки скважины. Наличие четко выраженных корреляционных зависимостей между контактной прочностью, измеряемой посредством внедрения индентора в массив горной породы, и различными прочностными и деформационными свойствами горных пород способствуют использованию данного метода в качестве информативного инструмента экспресс-мониторинга окрестностей подземных горных выработок [5-6].

В отечественной и зарубежной практике разработано много технических средств, реализующих данный метод контроля. Работы по этому направлению

велись как отдельными учеными и практиками, так и различными научно-исследовательскими организациями и вузами (ВНИМИ, ИГД СО РАН, МГГУ, ИУУ СО РАН и др.). Однако, механизм математической интерпретации результатов мониторинга методом вдавливания индентора, соответствующий потребностям горной практики, в настоящее время не доведен до практического применения. При этом выявленные эмпирическим путем корреляционные зависимости между контактной прочностью горной породы и ее другими физико-механическими параметрами, а также применяемые приборы определения контактной прочности, не всегда по уровню надежности соответствуют требованиям горного производства.

В связи с данными обстоятельствами одной из актуальных задач в горной науке и практике является разработка технического устройства для определения контактной прочности горных пород в скважинах методом вдавливания индентора, с привлечением математической модели напряженно-деформированного состояния (НДС) горных пород в скважинах под действием индентора с целью интерпретации показаний прибора и определения предела разрушения.

Работа выполнена по инициативе ООО ЭО Экспертпромуголь в рамках гранта ректора ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Цель работы. Повышение точности, оперативности и расширение диапазона измерений при определении прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки.

Идея работы: повышение точности, оперативности и расширение диапазона измерений при определении прочности горных пород в окрестностях скважины достигается записью результатов исследования на съемные носители памяти, использованием для интерпретации показаний прибора математической модели напряженно-деформированного состояния горных пород в скважинах под действием индентора, а также достижением увеличения

нагрузки на инденторе прибора посредством оригинальной конструкции гидравлического цилиндра.

Задачи исследования:

1. Провести анализ существующих методов и средств контроля прочностных и деформационных свойств горных пород.

2. Обосновать метод вдавливания индентора для определения прочностных и деформационных свойств горных пород.

3. Провести анализ точности, оперативности и надежности существующих приборов для измерения контактной прочности горных пород в скважинах.

4. Разработать конструкцию устройства для определения контактной прочности пород в скважинах, пробуренных в окрестности подземных горных выработок.

5. Адаптировать к условиям скважинных измерений, реализовать на ЭВМ и протестировать математическую модель напряженно-деформированного состояния горных пород в скважинах под действием индентора.

6. Изучить посредством численного моделирования влияние основных факторов на процессы деформации и разрушения горных пород в скважинах под действием индентора.

7. Разработать методику оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горных выработок.

8. Провести апробацию методики оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки, устройства для ее реализации и программного обеспечения.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Устройство для определения контактной прочности горных пород в скважинах «Прочностномер ПСШ-1» посредством интеллектуальной системы сбора данных, а также авторской конструкции гидравлического цилиндра, включающей в себя нагрузочный и бесштоковый поршни, позволяет

фиксировать диаграмму вдавливания индентора на съемные носители памяти и обеспечивает исследование особо крепких горных пород, тем самым повышая оперативность исследований и расширяя диапазон измерения.

2. Математическая модель напряженно-деформированного состояния горных пород в скважинах под действием индентора, обеспечивает интерпретацию показаний устройства для определения контактной прочности горных пород в скважинах «Прочностномер ПСШ-1», а также сокращает ресурсоемкость компьютерных вычислений по сравнению с известными программными решениями посредством авторского алгоритма реализации расчетов на ЭВМ, тем самым повышая оперативность оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки.

3. Методика оценки прочности горных пород в окрестности скважины, пробуренной из горных выработок, в совокупности с разработанным устройством «Прочностномер ПСШ-1» и математической моделью напряженно-деформированного состояния горных пород в скважинах под действием индентора, реализованной на ЭВМ в виде авторского пакета программ «Индентирование» V 1.0, обеспечивает оценку прочности горных пород в окрестностях скважины с точностью, превышающей известный метод Барона - Глатмана, нашедший применение на практике.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Повышена точность оценки прочности горных пород в окрестностях скважины посредством разработки методики, отличающейся синтезом процедур натурного измерения контактной прочности и компьютерной обработки с привлечением адаптированной к условиям скважинных измерений математической модели напряженно-деформированного состояния горных пород и авторского программного обеспечения.

2. Расширен диапазон определения прочности горных пород в окрестности скважины посредством разработки устройства для определения контактной прочности горных пород в скважинах «Прочностномер ПСШ-1», отличающегося конструкцией гидроцилиндра, включающей в себя

нагрузочный и бесштоковый поршни, и позволяющей осуществлять внедрение индентора в особо крепкие горные породы (патент РФ № 2433266 от 10.11.2011).

3. Повышена оперативность оценки прочности горных пород в окрестностях скважины посредством использования авторского алгоритма реализации расчетов на ЭВМ (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012612864).

Обоснованность и достоверность выводов и рекомендаций подтверждается результатами лабораторных исследований с использованием стандартных методик, численным моделированием, положительными результатами апробации разработанной методики, устройства для ее реализации «Прочностномер ПСШ-1» и программного обеспечения в условиях Центра коллективного пользования «Материаловедение» СибГИУ, а также рекомендациями к их внедрению, выданными экспертными и научно-исследовательскими организациями.

Личный вклад автора:

1. В обосновании по итогам патентного поиска и литературных источников метода вдавливания индентора как наиболее перспективного и информативного для определения прочностных и деформационных свойств горных пород.

2. В разработке конструкции устройства для определения контактной прочности горных пород в скважинах с привлечением авторских технических решений.

3. В адаптации к условиям скважинных измерений, реализации ЭВМ и тестировании математической модели напряженно-деформированного состояния горных пород в скважинах под действием индентора.

4. В изучении посредством численного моделирования влияние основных факторов на процессы деформации и разрушения горных пород в скважинах под действием индентора.

5. В разработке методики оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки.

6. В апробации методики оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки, устройства для ее реализации и программного обеспечения посредством проведения натурного эксперимента.

Практическая ценность работы заключается:

1. В возможности применения методики оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки, устройства для ее реализации и программного обеспечения с целью оперативного контроля, прогнозирования и управления геомеханической обстановкой в горной выработке, повышения качества проектной документации и проведения профилактических мероприятия по предупреждению аварийных ситуаций в угольных шахтах.

2. В использовании авторского алгоритма реализации расчетов на ЭВМ при определении напряженно-деформированного состояния горных пород, с целью сокращения ресурсоемкости вычислений по сравнению с известными программными решениями.

3. В развитии конструкции трехполостного гидравлического цилиндра с нагрузочным и бесштоковым поршнями, для усиления давления в напорной полости по сравнению с давлением подводимой жидкости в условиях рабочего пространства, ограниченного диаметром скважины.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты диссертационной работы и техническая документация переданы в ООО «ИНГОРТЕХ» для использования в системе локального и текущего контроля состояния горного массива «Микон-ГЕО». Разработанное автором устройство для определения контактной прочности горных пород в скважинах в совокупности с методикой оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки, и прилагаемым программным обеспечением рекомендованы к внедрению на угольных шахтах и разрезах ООО «ВостНИГРИ»,

000 «ЭО Экспертпромуголь», ОАО «СибНИИуглеобогащение», ЗАО «Уралгормаш».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на научно-практических семинарах (г. Новокузнецк 2007-2012), на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: г. Новокузнецк 2008, 2009, 2010, 2012; г. Кемерово 2009; г. Новосибирск 2010; г. Черкассы 2011. На научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ОУК Южкузбассуголь» разработанная методика, устройство «Прочностномер ПСШ-1» и программное обеспечение были отмечены дипломом в номинации «За научную новизну».

По результатам исследований получен грант ректора ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в 2010 г.

Публикации. Основное содержание диссертации и ее результаты опубликованы в 16 печатных работах, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов кандидатских диссертаций,

1 патент РФ на изобретение, 1 патент РФ на полезную модель, свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. Содержит 45 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 134 наименований, 7 приложений. Общий объем работы 141 страница.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД В ОКРЕСТНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

1.1 Обоснование актуальности контроля физико-механических свойств

горных пород в натурных условиях

В настоящее время существует множество методов мониторинга изменения прочностных и деформационных свойств горных пород в окрестности подземных горных выработок [7 - 10]. В зависимости от условий проведения в них выделяют лабораторные методы, суть которых заключается в переносе свойств исследуемых образцов горных пород на весь массив в целом, и методы контроля, осуществляемые в натурных условиях: путем нагружения домкратами специально оконтуренных частей массива, вдавливания инденторов в забой и стенки скважин, ультразвукового прозвучивания и др.

При проведении лабораторных исследований основной проблемой, решаемой при интерпретации полученных данных, является установление меры соответствия результатов исследования параметрам горной породы в условиях ее естественного залегания. Полученная погрешность в лабораторных методах зависит от многих причин. Основными среди них являются: масштабный эффект, несоответствие пространственной ориентации прикладываемой нагрузки при лабораторных испытаниях реальному положению напластования слоев горной породы в массиве, влияние температуры, водо- и газонасыщенности, а также несовершенства лабораторных методов исследования, приводящие к нарушению естественного силового нагружения, что влечет за собой искажение процессов деформирования и разрушения горных пород [11].

Реальный массив горных пород, как правило, имеет сложное строение, включая в себя слои обладающие различной прочностью, и зачастую осложнен

геологическими нарушениями. Даже если размеры исследуемого в лабораторных условиях образца достигают или превосходят размеры элементарного объёма горной породы, определяемого по её минеральному составу, исследуемый образец может содержать различные дефекты более крупных размеров, что искажает результаты проводимого мониторинга. Поэтому образец горной породы, взятый из породного массива и исследуемый в лаборатории, не может дать абсолютно достоверную информацию об изменении прочностных и деформационных свойств пород, слагающих горный массив. Влияние размеров образца на его физико-механические свойства является сутью масштабного эффекта.

400

120

Площадь сечения образца, см -Гидрошахта«Пионер», пл. 8, Донбасс

—■— Пласт П7 Волынский I, Львовско-Волынский бассейн

Рисунок 1 - Зависимость прочности газовых углей при сжатии от площади сечения образца [12]

В своей диссертационной работе, посвященной исследованию влияния масштабного эффекта на прочность углей в условиях различных напряженных состояний, С.Е. Чирков сопоставляя данные, полученные по

результатам испытаний угля при сжатии в условиях естественного залегания с прочностью

его образцов, показывает, что прочность в целиках в 2-4 раза меньше прочности образцов горных пород [12]. Графическое представление зависимости прочности газовых углей при сжатии от площади сечения образца по результатам исследований С.Е. Чиркова приведено на рисунке 1.

Аналогичная зависимость была получена Н.И. Комарницким по результатам натурных испытаний глин на Михайловском карьере КМА с

использованием гидравлических подушек, а также рядом отечественных и иностранных авторов при исследовании углей (Б.Н. Аболенским, М.И. Койфманом, Левалем, Холлендом, Ивенсом, Помероем, Биренбаумом, С.Т. Кузнецовым, Ф.П. Бубликом и другими [8]). В таблице 1 приведены результаты некоторых экспериментов различных исследователей, свидетельствующие об уменьшении прочности исследуемых пород с увеличением размеров их образцов [8].

Таблица 1 - Результаты исследований проявления масштабного эффекта у некоторых типов горных пород

Горные породы ---------2 Прочность при сжатии, кГ/см , при площади сечения, см

4 10 25 50 100 200 400

Известняк (Еленовское месторождение)1 — — 1600 1500 1400 1350 —

Известняк-ракушечник 2 — — — 800 — 680 620

Гранит3 2900 2750 2500 — — — —

Базальт1 2350 — 1850 1700 — — —

Базальт-андезитовая лава4 — 980 800 660 — — —

Тешенит 4 — 1700 1500 — — — —

Габбро (Слипчицкое месторождение)5 1900 1830 1740 1600 — — —

Мрамор5 1700 1600 1480 1400 1300 — —

1 Данные М. И. Койфмана. 2 Данные Габера. 3 Данные Бурхарца и Зенгера, обработка М.И. Койфмана. 4 Данные И. Г. Меликидзе, обработка М.И. Койфмана. 5 Данные

Е.И. Ильинцкой.

Следует отметить, что несмотря на приведенные результаты исследований (таблица 1), имеется весьма значительный объем экспериментальных данных, указывающих на прямо противоположное влияние масштабного эффекта.

Так, исследование М.И. Койфманом одноосного сжатия весьма малых образцов мелкозернистых горных пород (типа песчаников) показало, что увеличение их линейных размеров от 0,5 до 7 см приводило к значительному росту их прочности (в некоторых случаях до 20-30 раз) [8].

Исследование прочностных и деформационных свойств пород Стебниковского месторождения с целью определения оптимальных размеров

камер и целиков также выявило тенденцию роста прочности образцов горных пород при увеличении их размеров [13]. Проведенные испытания горных пород и руд при сжатии, растяжении и изгибе с кратковременным и длительным воздействием нагрузок показали наличие зависимости прочности образцов от площади их поперечного сечения. При этом, влияние масштабного фактора было отмечено лишь при увеличении площади поперечного сечения образцов до 16 см [13]. В этом случае прочность пород увеличивалась по всем трем видам испытаний на 30-35%, однако дальнейшее увеличение площади поперечного сечения к росту прочности не приводило [13].

Аналогичное влияние масштабного эффекта, выражающееся в увеличении прочности горных пород с увеличением их размеров, было выявлено в работах Л.И. Барона и В.М. Курбатова при исследовании прочности при сжатии мрамора, известняка, а так же искусственных образцов из гипса, и цемента; Г.Н. Кузнецова при раздавливании образцов каменной соли кубической и призматической форм Артемовского месторождения, а также других ученых [8].

Анализ экспериментов, проводимых различными исследователями, показывает противоречивое влияние масштабного эффекта на прочность горных пород. М.И. Койфман, используя результаты собственных опытов и работы других ученых, выдвинул оригинальную гипотезу, суть которой сводится к объяснению экспериментальных данных наличием двух масштабных эффектов: объемного и поверхностного [8]. Объемный масштабный эффект зависит от наличия дефектов в объеме образца и потому его проявление вызывает уменьшение прочности горных пород с увеличением их объема. Поверхностный масштабный эффект зависит от наличия нарушений поверхностного слоя образцов, вызванных их изготовлением и обработкой. С уменьшением размеров образца отношение поврежденной поверхности к единице объема возрастает, что приводит к более крупному повреждению поверхностного слоя на одну и ту же глубину у малых образцов, чем у

больших. Таким образом поверхностный масштабный эффект приводит к снижению прочности образцов с уменьшением их размеров.

Наличие сложного, противоречивого влияния масштабного эффекта на физико-механические свойства горных пород, наглядно демонстрирует объективную невозможность прямого переноса свойств образцов горных пород, полученных по результатам лабораторного контроля, на весь массив в целом. В связи с этим, проведение натурного мониторинга является единственным направлением получения достоверной информации об изменении прочностных и деформационных свойств углепородного массива, удовлетворяющей потребностям горной практики.

Следует отметить, что для достижения компенсации влияния масштабного эффекта при проведении лабораторного контроля обычно осуществляют увеличение размеров образцов горной породы, но не более размеров, определяемых техническими характеристиками силовых установок, используемых в экспериментах. При этом максимально возможные размеры образцов (объемом обычно не более 0,1 м3) даже для относительно однородных массивов не превосходят их элементарного объема, что не позволяет объективно оценить изменение прочностных и деформационных свойств слагающих массив горных пород по результатам лабораторного мониторинга [11].

Еще одним значительным недостатком лабораторных методов контроля свойств горных пород является отсутствие возможности получения среднестатистических величин определяемых параметров. Действительно, требуемая многими лабораторными методами первичная обработка образцов или придание им определенной формы на практике приводят к разрушению образцов с малой прочностью и наличием различных включений или дефектов. Кроме того, часть образцов, как правило, разрушается еще в процессе изъятия из массива. Таким образом, в лабораторных испытаниях принимают участие

более крепкие образцы горных пород, что уже не позволяет отождествлять их свойства с характеристиками массива горных пород.

Следует отметить, что необходимость предварительной механической обработки образцов горных пород значительно усложняет процесс проведения контроля лабораторными методами, а используемое при этом шлифовальное и камнерезное оборудование делает его более дорогостоящим.

Нарушение условий естественного залегания горных пород при отборе и изготовлении образцов также вносит погрешность в результаты лабораторного мониторинга. На свойства залегающих в массиве пород оказывает влияние множество факторов (структура, влажность, газонасыщенность, пространственная ориентация в массиве, контакты с окружающими породами и др.), [11] которые весьма проблематично смоделировать на лабораторных установках.

Известно, что характер деформации и разрушения твердых тел в значительной степени зависит от влияния температуры. Аналогичная картина складывается и для большинства горных пород - их нагревание, как правило, придает им более пластичные свойства, а охлаждение - хрупкие. Так, снижение температуры от -5 до -20°С вызывает увеличение прочности келловейской супеси в 3 раза, а глины бат-байоса - в 2 раза [11].

На рисунке 2 приведены графические зависимости предела прочности при сжатии каменных солей различных месторождений от температуры по данным A.B. Черноиванова [14].

Анализ приведенных данных показывает уменьшение предела прочности при сжатии каменных солей с уменьшением температуры. При этом величина снижения осж, различна для солей каждого месторождения, что объясняется различием химического состава солей и их структурно-текстурными особенностями (таблица 2).

Месторождение: —♦— Артемов с кое —■— Астраханское Оренбургское: по скв. 4р --■х--- по скв. 5р —*—по скв. 1001 —•— Солотаинское

-150 -100 -50 0 50

Рисунок 2 - Зависимость предела прочности при сжатии каменных солей различных месторождений от температуры [14]

Таблица 2 - Характеристика структурно-текстурных особенностей

каменных солей, исследуемых А.В. Черноивановым

Месторождение Структура Текстура

преобладающий размер зерен, мм характер границ между зернами

Артемовское 5—7 Участками отчетливый Массивная, неясно ориентированная

Астраханское 2—4 Неотчетливый Горизонтально ориентированная

Оренбургское:

по скв. 4р 3—5 Участками отчетливый Массивная, неслоистая

по скв. 5р 3—5 То же То же

по скв. 1001 4—6 Четкий Брекчиевидная

Солотвинское 5—7 Резкий,ярко выраженный Вертикально ориентированная

Построение полных диаграмм деформирования каменной соли в проводимых исследованиях также выявило существенное изменение деформационных характеристик при снижении температуры: увеличение модуля деформации Е и модуля спада М с ростом склонности солей к хрупкому разрушению [14].

Наличие зависимости прочностных и деформационных свойств горных пород от температуры и присущих им структурно-текстурных особенностей требует обязательного учета данных факторов при проведении лабораторного контроля, что на практике усложняет проводимые исследования и снижает их оперативность.

Среди других факторов, также требующих тщательного учета, следует отметить влажность, газо- и водонасыщенность горных пород. Так, насыщение породы водой может в значительной степени повлиять на механические свойства цементирующего состава и привести к снижению прочности горной породы (например, размягчению глин и глинистых пород). С другой стороны, вода является средой, опосредующей перераспределение внутренних напряжений в горной породе, что в конечном итоге может привести к переходу от пластического характера деформирования к хрупкому и к значительному снижению прочности осж.

Для выявления степени влияния влажности на прочностные свойства горных пород М.Ф. Кунтышем была проведена серия сравнительных испытаний песчаников, аргиллитов и алевролитов в воздушносухом и водонасыщенном состояниях. Результаты проведенных исследований показали существенное снижение прочности пород при насыщении их водой: прочность при сжатии в 1,45 - 3,05 раза, при растяжении в 1,35 - 2,16 раза [8].

Аналогичные результаты были получены Г.Н. Кузнецовым [15] и Л.А. Шрейнером [16]. Так, по данным Л.А. Шрейнера, уменьшение предела прочности на одноосное сжатие для песчаников и известняков при насыщении их водой может достигать 25 - 45 %, данные Г.Н. Кузнецова показывают, что влияние влажности в меньшей степени сказывается на прочностных свойствах кристаллических изверженных пород и весьма заметно - на прочности осадочных [15, 16].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Корнеев, Виктор Александрович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гриб, Н. Н. Применение математического аппарата Марковской нелинейной статистики для оценки трещиноватости углевмещающих пород по геофизическим данным [Текст] / Н. Н. Гриб, Ю. Н. Скоморошко, С. Н. Ивченко, В. И. Дронов // Горный журнал. - 2004. - № 8. - С. 87 - 89.

2. Скоморошко, Ю. Н. Оценка трещиноватости углевмещающих пород Эльгинского месторождения по данным геофизических исследований скважин [Текст] / Ю. Н. Скоморошко // Научные исследования аспирантов и молодых ученых. Выпуск 3 : сб. науч. тр. - Якутск, 2001. - С. 15 - 18.

3. Черников, А. Г. Методика литогенетического прогнозирования показателей качества углей по комплексу геолого-геофизических данных [Текст] / А. Г. Черников // Материалы научно-координационного Совета по угольной геофизике. - Якутск, 2003. - С. 25 - 30.

4. Скоморошко, Ю. Н. Оценка устойчивости горных пород в бортах карьеров по результатам геофизических исследований скважин (на примере Эльгинского месторождения) [Текст] // автореф. дис. канд. техн. наук. / Скоморошко Юрий Николаевич. - Хабаровск, 2001.

5. Протодьяконов, М. М. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород [Текст] : справ, пособие / М. М. Протодьяконов, Р. И. Тедер, Е. И. Ильницкая [и др.]. - М. : Недра, 1981. -192 с.

6. Барон, Л. И. Контактная прочность горных пород [Текст] / Л. И. Барон, Л. Б. Глатман. - М. : Недра, 1966. - 227 с.

7. Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения [Текст] / А. И. Берон [и др.] ; под ред. А. И. Берона. - М.: Недра, 1984. - 276 с.

8. Свойства горных пород и методы их определения / Е. И. Ильницкая [и др.] ; под ред. М. М. Протодьяконова. - М.: Недра, 1969. - 392 с.

9. Ямщиков, В. С. Ультразвуковые и звуковые методы исследования горных пород [Текст] : учеб. пособие / В. С. Ямщиков ; под науч. ред. В. В. Ржевского. - М. : Московский институт радиоэлектроники и горной электромеханики, 1964. - 72 с.

10. Барон, Л. И. Определение свойств горных пород [Текст] / Л. И. Барон, Б. М. Логунцов, Е. 3. Позин. - М. : Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1962. - 332 с.

11. Баклашов, И. В. Геомеханика [Текст]. В 2 т. Т. 1. / И. В. Баклашов, Б. А. Картозия, А. Н. Шашенко, В. Н. Борисов. - М. : Издательство Московского государственного горного университета, 2004. - 208 с.

12. Чирков, С. Е. Исследование влияния масштабного эффекта на прочность углей в условиях различных напряженных состояний [Текст] // автореф. дис. канд. техн. наук. / Чирков Сергей Евгеньевич. - М., 1965.

13. Галаев, Н. 3. Прочностные и деформационные свойства пород Стебниковского месторождения [Текст] / Н. 3. Галаев, А. М. Рыженьков // Всесоюзный межвузовский сборник. Физические процессы горного производства. - 1981. - Выпуск 9. - С. 24 - 30.

14. Баклашов, И. В. Деформирование и разрушение породных массивов [Текст] / И. В. Баклашов. - М.: Недра, 1988. - 270 с.

15. Кузнецов, Г. Н. Механические свойства горных пород [Текст] / Г. Н. Кузнецов. - М.: Углетехиздат, 1947. - 179 с.

16. Шрейнер, Л. А. Физические основы механики горных пород [Текст] / Л. А. Шрейнер. - М.: Гостехиздат, 1950. - 211 с.

17. Койфман, М. И. Прочность горных пород в объемном напряженном состоянии [Текст] / М. И. Койфман, Е. И. Ильницкая, В. И. Карпов. - М. : Наука, 1964. - 32 с.

18. ГОСТ 24941 - 81. Породы горные. Методы определения механических свойств нагружением сферическими инденторами [Текст]. - Введ. 01.07.82. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 24 с.

19. ГОСТ 28985 - 91. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии [Текст]. - Введ. 01.07.92. - М. : Изд-во стандартов, 1991. - 15 с.

20. ГОСТ 21153.2 - 84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии [Текст]. - Введ. 01.07.86. - М. : Изд-во стандартов, 1984. - 10 с.

21. ГОСТ 21153.8 - 88. Породы горные. Метод определения предела прочности при объемном сжатии [Текст]. - Введ. 01.07.89. - М. : Изд-во стандартов, 1988. - 15 с.

22. ГОСТ 21153.1 - 75. Породы горные. Метод определения коэффициента крепости по Протодьяконову [Текст]. - Введ. 01.07.76. - М. : Изд-во стандартов, 1981. - 3 с.

23. ГОСТ 26447 - 85. Породы горные. Метод определения механических свойств глинистых пород при одноосном сжатии [Текст]. - Введ. 01.07.86. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 19 с.

24. ГОСТ 21153.0 - 75. Породы горные. Отбор пород и общие требования к методам физических испытаний [Текст]. - Введ. 25.09.75. - М. : Изд-во стандартов, 1982. - 3 с.

25. Патент 2006817 РФ, МПК СОШЗ/24, Е21С39/00. Способ механических испытаний образцов горных пород и устройство для его осуществления [Текст] / Несмеянов Б. В., Городничев Г. Н. - № 4941849/28 ; заявл. 04.06.1991 ; опубл. 30.01.1994. -2 с.: 3 ил.

26. Патент 2276344 РФ, МПК С0ШЗ/08. Способ определения предела длительной прочности горных пород [Текст] / Сидоренко П. Ф., Гаркушин П. К., Цветков В. В., Коваленко А. С. - № 2004132799/28 ; заявл. 10.11.2004 ; опубл. 10.05.2006. - 3 с.: ил.

27. Патент 2339816 РФ, МПК Е21С39/00, С0ШЗ/12. Способ определения длительной прочности горных пород [Текст] / Вознесенский А. С., Вознесенский В. А., Тавостин М. Н., Шкуратник В. Л. - № 2007106435/03 ; заявл. 21.02.2007 ; опубл. 27.11.2008. -2с.: ил.

28. Патент 2435955 РФ, МПК Е21С39/00, G01N3/08. Способ определения предела прочности при одноосном растяжении горных пород [Текст] / Коршунов В. А., Карташов Ю. М., Козлов В. А. - № 2010120117/03 ; заявл. 19.05.2010 ; опубл. 10.12.2011. - 2 с.: ил.

29. Прочность и деформируемость горных пород [Текст] / Ю. М. Карташов [и др.] ; под ред. А. Б. Фадеева. - М. : Недра, 1979. - 269 с.

30. Протодьяконов, М. М. Трещиноватость и прочность горных пород в массиве [Текст] / М. М. Протодьяконов, С. Е. Чирков. - М. : Наука, 1967. -108 с.

31. Туринцев, Ю. И. Прочность скальных горных пород в массиве [Текст] / Ю. И. Туринцев, Г. П. Бахарева, В. И. Зобнин [и др.] // Изв. вузов. Горный журнал. - 1966. - № 7. - С. 38 - 43.

32. Руппенейт, К. В. Вероятностные методы оценки прочности и деформируемости горных пород [Текст] / К. В. Руппенейт, М. А. Долгих, В. В. Матвиенко. - М. : Стройиздат, 1964. - 82 с.

33. Кузнецов, С. Т. Зависимость прочности образцов угля от их размеров [Текст] / С. Т. Кузнецов, Ф. П. Бублик // Труды ВНИМИ. Сборник 50. - Л, 1968.-С. 54-58.

34. Петухов, И. М. Предотвращение горных ударов на рудниках [Текст] / И. М. Петухов, П. В. Егоров, Б. Ш. Винокур. - М.: Недра, 1984. - 230 с.

35. Руппенейт, К. В. Механические свойства горных пород [Текст] / К. В. Руппенейт. - М.: Углетехиздат, 1956. - 324 с.

36. Фисенко, Г. Л. Определение сцепления и коэффициента внутреннего трения полускальных горных пород Коркинского месторождения [Текст] / Г. Л. Фисенко // Исследования по вопросам маркшейдерского дела : сб. науч. трудов № 27. - Л., 1953. - С. 27 - 32.

37. Великосельский, О. А. Медно-никелевые руды Талнахского узла [Текст] / О. А. Великосельский. - Л. : НИИГА, 1972.

38. Исследования прочности и деформируемости горных пород [Текст] / А. И. Берон [и др.] ; под ред. А. И. Берона. - М.: Наука, 1973. - 207 с.

39. Семибаламут, В. M. О системе контроля поперечных деформаций скважин и сейсмических процессов в подземных горных выработках рудников [Текст] / В. М. Семибаламут, А. Ю. Рыбушкин, В. Ф. Юшкин, В. Н. Федоринин, В. И. Сидоров // ФТПРПИ. - 2011. - № 1. - С. 111 - 119.

40. Борисов, А. А. О количественной оценке напряженного состояния массива по результатам измерения плотности горных пород [Текст] / А. А. Борисов, В. И. Кимков // Методология измерения напряжений в массиве горных пород : сб. науч. трудов. - Новосибирск, 1978. - С. 84 - 88.

41. Шкуратник, В. JL Исследование влияния напряжений на скорость упругих волн в окрестности эллиптической горной выработки [Текст] / В. JI. Шкуратник, Г. В. Данилов // ФТПРПИ. - 2005. - № 3. - С. 3 - 10.

42. Современное состояние исследований физико-механических свойств горных пород и резания углей [Текст] : доклад на юбилейной сессии Ученого совета / А. И. Берон. - М. : Ротапринтный цех Института горного дела им. А .А. Скочинского, 1967. - 17 с.

43. Прочностномер П-1. Кемеровский Экспериментальный Завод Средств Безопасности [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.kezsb.ru/goods/all/2.html. - Загл . с экрана.

44. Ведяшкин, А. С. Аппаратурное определение прочности закладочного массива в шахтных условиях [Текст] / А. С. Ведяшкин, К. К. Элиманов, Р. В. Ли, К. О. Исаев // Горный журнал. - 2001. - № 5. - С. 38 - 40.

45. Hack, R. Estimating the intact rock strength of a rock mass by simple means

[Text] / R. Hack, M. Huisman // Engineering Geology for Developing Countries

th • - Proceedings of 9 Congress of the International Association for Engineering

Geology and the Environment, 16-20 September 2002. - Durban, South Africa,

2002.-P. 1971-1977.

46. Шестаков, В. В. Некоторые результаты испытаний метода ударной контактной прочности [Текст] / В. В. Шестаков // Горный журнал. - 2000. -№5.-С. 16-18.

47. Патент 2018662 РФ, МПК Е21С39/00. Устройство для определения прочности горных пород [Текст] / Шестаков В. В. - № 5018624/03 ; заявл. 27.12.1991 ; опубл. 30.08.1994. - 3 с. : ил.

48. Шкуратник, В. Л. Акустическая эмиссия ультразвукового диапазона частот как инструмент решения задач горной геофизики [Текст] / В. Л. Шкуратник, А. С. Вознесенский // Горный журнал. - 2009. - № 1. - С. 54 - 57.

49. Казикаев, Д. М. Совершенствование ультразвукового метода определения напряжений в массиве пород [Текст] / Д. М. Казикаев, А. С. Пузенко // Методология измерения напряжений в массиве горных пород : сб. науч. трудов. - Новосибирск, 1978. - С. 78 - 80.

50. Абрамов, Н. Н. Геофизические методы мониторинга намывных хвостохранилищ в ОАО «Апатит» [Текст] / Н. Н. Абрамов, Е. В. Кабеев, Е. Е. Снежкова // Горный журнал. - 2006. - № 1. - С. 74 - 77.

51. Абрамов, Н. Н. Сейсмотомографическое изучение внутренней структуры дамбы хвостохранилища ОАО «Апатит» [Текст] / Н. Н. Абрамов, Е. Е. Снежкова // Горный журнал. - 2007. - № 12. - С. 39 - 42.

52. Петухов И. М. Расчет и экспериментальная оценка напряжений в целиках и краевых частях пласта угля [Текст] / И. М. Петухов. Л. : Печатный цех ВНИМИ, 1973.-130 с.

53. А.с 288368 СССР, МПК О 011 1/02. Многоточечный гидравлический датчик с самописцем [Текст] / Г. Д. Морозов. - № 1380252/22-3 ; заявл. 26.11.69 ; опубл. 03.12.70.

54. Патент 2230904 РФ, МПК Е21С39/00. Устройство для измерения свойств горных пород в скважинах приконтурного массива выработок [Текст] / Ануфриев В. Е., Бузук В. В., Федоринин В. Н., Франкевич Г. С. -№ 2001126040/03 ; заявл. 24.09.2001 ; опубл. 20.06.2004. - 6 с.: ил.

55. Справочник Гидравлика. ГОСТ 17479.3-85 [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.prom.forestspb.ru/spravka/maslo_gost/. - Загл. с экрана.

56. Редькин, В. А. Исследование напряженного состояния краевых частей массива и целиков методами вдавливания и электрометрии на

Джезказганском месторождении [Текст] / В. А. Редькин, Н. Н. Ардашев, В. Н. Попов // Методология измерения напряжений в массиве горных пород : сб. науч. трудов. - Новосибирск, 1978. - С. 59 - 62.

57. ГОСТ 26633-91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые [Текст]. - Введ. 01.01.92 - М.: Изд-во Госстандарта, 1991. - 16 с.

58. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам [Текст]. - Введ. 01.01.91 - М.: Стандартинформ, 2006. - 30 с.

59. Оценка качества строительных материалов : учеб. пособие [Текст] / К. Н. Попов, М. Б. Каддо, О. В. Кульков ; под общ. ред. К. Н. Попова. - М. : Высш. шк., 2004. - 287 с.

60. Пугачев, Е. В. Инструментальное определение прочностных и деформационных свойств горных пород в натурных условиях [Текст] / Е. В. Пугачев, В. А. Корнеев // Вестник КузГТУ. - 2012. - № 6. - С. 50 - 52.

61. Пугачев, Е. В. Адаптация метода Барона - Глатмана к измерению контактной прочности горных пород в скважинах и техническое устройство для его реализации [Текст] / Е. В. Пугачев, В. А. Корнеев // Вестник КузГТУ. - 2013. - № 6. - С. 63 - 66.

62. Ванякин, О. В. Технологии и технические решения создания приборной базы для мониторинга прочностных и деформационных свойств горных пород в окрестностях подземных горных выработок [Текст] / О. В. Ванякин, В. А. Корнеев, П. А. Корнеев, П. В. Васильев // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых : сб. науч. статей. - Новокузнецк, 2008. - С. 116 - 121.

63. Корнеев, В. А. Донаучные технологии ведения горных работ в свете вопросов определения прочностных и деформационных свойств горных пород [Текст] / В. А. Корнеев, П. А. Корнеев // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения : труды всерос. науч. конф. студ., аспир. и молодых ученых. - Новокузнецк, 2009. - С. 45 - 49.

64. Корнеев, В. А. Технические основы реализации механизма контактного разрушения в конструкции прибора для определения прочностных и

деформационных свойств горных пород [Текст] / В. А. Корнеев, О. В. Ванякин, П. А. Корнеев // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов : труды междунар. научно-практ. конф.- Новокузнецк, 2009. - С. 238 - 240.

65. Ванякин, О. В. Оценка влияния стохастичности прочностных и деформационных свойств пород на параметры установки анкерной крепи в подготовительных выработках шахт [Текст] / О. В. Ванякин, Е. М. Жуков,

B. А. Корнеев // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности : сб. трудов XI междунар. научно-практ. конф. - Кемерово, 2009. - С. 200 - 203.

66. Корнеев, В. А. Масштабный эффект и его минимизация в конструкции прибора для измерения крепости горных пород [Текст] / В. А. Корнеев // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов : труды междунар. научно-практ. конф. - Новокузнецк, 2010. -

C. 201-203.

67. Корнеев, В. А. Устройство для измерения прочности горных пород в окрестности подземных горных выработок [Текст] / В. А. Корнеев // Наука. Технологии. Инновации : материалы всерос. науч. конф. молодых ученых. - Новосибирск, 2010. - С. 282 - 283.

68. Тензорезисторы фольговые константановые [Электронный ресурс] : Продукция ЗАО Сибтензоприбор. - Режим доступа : http://www.sibtenzo.com/vesi/1164_detail.htm. - Загл. с экрана.

69. Клокова, Н. П. Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки [Текст] /Н. П. Клокова. - М.: Машиностроение, 1990. - 224 с.

70. Галушко, П. Я. Приборы и приспособления для измерений напряженного состояния горных пород [Текст] / П. Я. Галушко // Методы и приборы для изучения горного давления : материалы межинститутского семинара, провед. в Институте горного дела им. А. А. Скочинского. - М., 1964. -С. 61-64.

71. Патент 2433266 РФ, МПК Е21С39/00, G01N3/40. Погружной измеритель крепости горных пород [Текст] / Дворников JI. Т., Корнеев В. А. -№ 2010110978/03 ; заявл. 22.03.2010 ; опубл. 10.11.2011. - 5 с. : ил.

72. Патент 97765 РФ, МПК Е21С 39/00 (2006.01). Устройство для измерения крепости горных пород [Текст] / Корнеев В.А. - № 2010118862/03 ; заявл. 11.05.2010 ; опубл. 20.09.2010. - 2 с. : ил.

73. Малогабаритные датчики давления общепромышленного исполнения ДМ5007А [Электронный ресурс] : каталог продукции ОАО «Манотомь». -Режим доступа : http://manotom-tmz.ru/catalog/item-95-dm5007a.html. - Загл. с экрана.

74. Модуль сбора данных ОВЕН МСД-200 — Краткое описание [Электронный ресурс] : продукция компании ОВЕН. - Режим доступа : http://www.owen.ru/catalog/31257702. - Загл. с экрана.

75. МСД-200 Модуль сбора данных [Электронный ресурс] : руководство по эксплуатации. - Режим доступа : http://www.owen.ru/uploads/msd200.pdf. -Загл. с экрана.

76. DSCA38 Strain Gage Input Signal Conditioners. Dataforth Corporation [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.dataforth.com/catalog/pdf/dsca38.pdf. - Загл. с экрана.

77. Датчик давления типа ДМ5007 [Электронный ресурс] : руководство по эксплуатации. - Режим доступа :

http://www.manotom-tmz.ru/media/rukovodstvo/DM5007_3151.pdf. - Загл. с экрана.

78. Корнеев, П. А. Опыт эксплуатации модуля сбора данных МСД-200 в техническом устройстве по определению прочностных и деформационных свойств горных пород [Текст] / П. А. Корнеев, В. А. Корнеев // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника : труды V всерос. научно-практ. конф. - Новокузнецк, 2012. - С. 232 - 235.

79. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2012612864 РФ. «Индентирование» V 1.0 [Текст] / Корнеев В. А. -№ 2012610794 ; заявл. 08.02.2012 ; опубл. 22.03.2012. - 1 с.

80. Лурье, А. И. Пространственные задачи теории упругости [Текст] / А. И. Лурье. - М. : Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1955. -493 с.

81. Механика в СССР за 50 лет [Текст]. В 4 т. Т. 3. Механика деформируемого твердого тела. - М.: Наука, 1972. - 480 с.

82. Развитие теории контактных задач в СССР [Текст] / Б. Л. Абрамян [и др.] ; под ред. Л. А. Галина. - М.: Наука, 1976. - 493 с.

83. Миренков, В. Е. Метод решения одного класса контактных задач [Текст] /

B. Е. Миренков // ФТПРПИ. - 2004. - № 6. - С. 23 - 30.

84. Лурье, А. И. Теория упругости [Текст] / А. И. Лурье. - М. : Наука, 1970.-940 с.

85. Головин, Ю. И. О разделении вкладов масштабного и скоростного факторов в формирование числа твердости при динамическом наноиндектировании [Текст] / Ю. И. Головин, А. И. Тюрин, В. В. Хлебников // Деформация и разрушение материалов. - 2005. - № 9. -

C. 32-34.

86. Булычев, С. И. Определение механических свойств по твердости на основе новых параметров подобия. Пластическая деформация в отпечатке [Текст] / С. И. Булычев, В. М. Матюнин, О. Е. Узинцев // Деформация и разрушение материалов. - 2006. - № 5. - С. 19 - 22.

87. Мильман, Ю. В. Влияние твердости и модуля упругости материала на форму отпечатка при наноиндентировании [Текст] / Ю. В. Мильман, А. А. Голубенко, Т. Г. Рогуль, С. Н. Дуб // Деформация и разрушение материалов. - 2006. - № 10. - С. 31 - 35.

88. Булычев, С. И. Определение предела текучести по фактической площади контакта сферического индентора при нано-, микро- и

макроиндентировании [Текст] / С. И. Булычев, В. П. Алехин // Деформация и разрушение материалов. - 2007. - № 1. - С. 30 - 36.

89. Мильман, Ю. В. Масштабная зависимость твердости и характеристики пластичности, определяемой при индентировании [Текст] / Ю. В. Мильман, С. Н. Дуб, А. А. Голубенко // Деформация и разрушение материалов. - 2008. - № 8. - С. 3 - 10.

90. Булычев, С. И. Переход от диаграмм вдавливания к диаграммам растяжения с учетом упрочненного поверхностного слоя [Текст] / С. И. Булычев // Деформация и разрушение материалов. - 2010. - № 2. - С. 43 - 48.

91. Oliver, W. С. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology [Text] / W. C. Oliver, G. M. Pharr // J. Mater. Res. - 2004. - V. 19. - № 1. - P. 3 - 20.

92. Nabarro, F. R. N. The size effect in microindentation [Text] / F. R. N. Nabarro, S Shrivastava, S. B. Luyckx // Phil. Magazine. - 2006. - V. 86. - № 25 - 26. -P. 4173-4180.

93. Zhao, Y. Error Estimation of Nanoindentation Mechanical Properties Near a Dissimilar Interface via Finite Element Analysis and Analytical Solution Methods [Text] / Y. Zhao, Т. C. Ovaert // J Mater Res. - 2010. - V 25. - № 12. -P. 2308-2316

94. Michelle, L Oyen Indentation variability of natural nanocomposite materials [Text] / L Oyen Michelle, Ко Ching-Chang // J Mater Res. - 2008. - V 23. -№03.-P. 760-767.

95. Shu, J.Y. The prediction of a size effect in microindentation [Text] / J. Y. Shu, N. A. Fleck // Int. J. Solids Structures. - 1998. - V 35. - № 13. - P. 1363 -1383.

96. Баженов, В. Г. Математическое моделирование и методы идентификации деформационных и прочностных характеристик материалов [Текст] / В. Г. Баженов // Физическая мезомеханика. - 2007. - Т. 10. - № 5. - С. 91 - 105.

97. Смирнов, С. В. Влияние радиуса скругления вершины индентора на напряженно-деформированное состояние при внедрении индентора в

упругопластический материал [Текст] / Смирнов С. В., Экземплярова Е. О. // Физическая мезомеханика. - 2009. - Т. 12. - № 6. - С. 73 - 78.

98. Донсков, А. С. Математическое моделирование процесса внедрения жесткого штампа в упругопластическое полупространство [Текст] / А. С. Донсков // Деформация и разрушение материалов. -2011.-№3.-С. 16 - 22.

99. Бакиров, М. Б. Математическое моделирование процесса вдавливания сферы в упругопластическое полупространство [Текст] / М. Б. Бакиров, М. А. Зайцев, И. В. Фролов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2001. - Т. 67. - № 1. - С. 37 - 47.

100. Миренков, В. Е. Моделирование деформирования пород при контакте с жестким цилиндром [Текст] / В. Е. Миренков // ФТПРПИ. - 2005. - № 2. -С. 25-31.

101. Dao, М. Computational modeling of the forward and reverse problems in instrumented sharp indentation [Text] / M. Dao, N. Chollacoop, K. J. Van Vliet, T. A. Venkatesh, S. Suresh // Acta mater. - 2001. - V 49. - № 19. _ p. 3899 - 3918.

102. Парамонов, В. H. Конечноэлементное решение задачи о вдавливании штампа в грунт в геометрически нелинейной постановке : Интернет-журнал группы компаний «Геореконструкция». 2000 г., № 3 [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.georec.spb.ru/journals/03/21/21.pdf. -Загл. с экрана.

103. Srinivasa, Rao Ch. Finite element modeling of nanoindentation to extract load-displacement characteristics of bulk materials and thin films [Text] / Ch. Srinivasa Rao, С Eswara Reddy // Indian Journal of Pure & Applied Physics. -2009. - V. 47. - P. 54 - 59.

104. Болеста, А. В. Молекулярно-динамическое моделирование вдавливания сферического индентора в тонкую пленку меди [Текст] / А. В. Болеста, В. М. Фомин // Физическая мезомеханика. - 2009. - Т. 12. - № 3. - С. 73 - 80.

105. Тимошенко, С. П. Теория упругости [Текст] / С. П. Тимошенко, Дж. Гудьер. - М. : Наука, 1975. - 576 с.

Юб.Партон, В. 3. Методы математической теории упругости [Текст] : учеб. пособие / В. 3. Партой, П. И. Перлин. - М. : Наука, 1981. - 688 с.

107. Bobet, A. Numerical methods in geomechanics [Text] / A. Bobet // The Arabian Journal for Science and Engineering. - 2010. - V. 35. - № IB. - P. 27 - 48.

108. Фадеев, А. Б. Метод конечных элементов в геомеханике [Текст] / А. Б. Фадеев. - М.: Недра, 1987.-221 с.

109. Сегерлинд, JI. Применение метода конечных элементов [Текст] : пер. с англ. / JI. Сегерлинд. - М.: Мир, 1979. - 248 с.

110. Шашенко, А. Н. Деформируемость и прочность массивов горных пород : монография [Текст] / А. Н. Шашенко, Е. А. Сдвижков, С. Н. Гапеев. -Днепропетровск: НГУ, 2008. - 224 с.

Ш.Серяков, В. М. Расчет напряжений и деформаций в слоистом массиве горных пород с помощью МКЭ [Текст] / В. М. Серяков, А. С. Ягунов // Аналитические и численные исследования в механике горных пород : сб. науч. трудов. - Новосибирск., 1981. - С. 77 - 84.

112. Yamada, Y. Large strain analysis of some geomechanics problems by the finite element method [Text] / Y. Yamada, A. S. Wifi // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. - 1977. - V. 1. - P. 299 - 318.

113. Wan, J. Stabilized finite element methods for coupled geomechanics and multiphase flow [Text] : dis. doc. of. phil. : November 2002 / J. Wan. - Stanford university., 2003. - 180 p.

114. Данко, П. E. Высшая математика в упражнениях и задачах [Текст]. В 2 ч. Ч. 1 / П. Е. Данко, А. Г. Попов, Т. Я. Кожевникова. - М. : Издательский дом «Оникс 21 век» : Мир и образование, 2002. - 304 с.

115. Немнюгин, С. А. Современный Фортран. Самоучитель [Текст] / С. А. Немнюгин, О. JI. Стесик. - Спб. : БХВ-Петербург, 2004. - 496 с.

116. ТОР500 Supercomputing Sites — Мировой рейтинг суперкомпьютеров [Электронный ресурс] : сайт посвящен суперкомпьютерам и высокопроизводительным вычислениям. - Режим доступа : http://top500.org/. - Загл. с экрана.

117.Немнюгин, С. А. Параллельное программирование для многопроцессорных вычислительных систем [Текст] / С. А. Немнюгин, О. J1. Стесик. - Спб. : БХВ-Петербург, 2002. - 400 с.

118. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://keldysh.ru/. - Загл. с экрана.

119. Компилятор Fortran DVM — Руководство пользователя [Электронный ресурс] : Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук. - Режим доступа :

http://keldysh.m/dvm/dvmhtmll07/rus/usr/fdvm/fdvmUGr.html. - Загл. с экрана.

120. Корнеев, В. А. Моделирование процесса разрушения горных пород, слагающих стенки скважины при вдавливании в них индентора [Текст] /

B. А. Корнеев // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения : труды всерос. науч. конф. студ., аспир. и молодых ученых. - Новокузнецк, 2010. -

C. 343-345.

121. Корнеев, В. А. Предварительные результаты моделирования процесса разрушения горных пород при вдавливании индентора в стенки скважины [Текст] / В. А. Корнеев // Вычислительный интеллект (результаты, проблемы, перспективы) : материалы первой междунар. научно-тех. конф. - Черкассы, 2011. - С. 445 - 446.

122. Корнеев, В. А. Математическая модель процесса разрушения горных пород при вдавливании индентора в стенки скважины [Текст] / В. А. Корнеев // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов : труды междунар. научно-практ. - Новокузнецк, 2011. - С. 281 - 284.

123. Латышев, О. Г. Разрушение горных пород [Текст] / О. Г. Латышев. - М. : Теплотехник, 2007. - 672 с.

124. Основы работы в программе Surfer 7.0 [Текст] : Учебно-методическое пособие / К. А. Мальцев. - Казань : Издательство Казанского государственного университета, 2008. - 24 с.

125. Геоинформационная система Golden Software Surfer 8 [Текст] : Учебно-методическое пособие для вузов / К. Ю. Силкин. - Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2008. - 66 с.

126. Корнеев, В. А. Реализация высокопроизводительных методов вычислений в задачах геомеханики [Текст] / В. А. Корнеев // ГИАБ. - 2012. - № 2. -С. 383 -385.

127. Применение статистических методов в управлении качеством [Текст] : учеб. пособие / Ю. Г. Сильвестров [и др.]. - Новокузнецк.: СибГИУ, 2006. - 208 с.

128. Формулы и расчеты онлайн [Электронный ресурс] : Объем усеченного конуса, формула. - Режим доступа :

http://www.fxyz.ru/фopмyлы_пo_гeoмeтpии/фopмyлы_oбъeмa/oбъeм_yceчeн ного_конуса/. - Загл. с экрана.

129. Time X — [Электронный ресурс] : Программы. - Режим доступа : http://maximals.ru/programs/. - Загл. с экрана.

130. Штумпф, Г. Г. Физико-технические свойства горных пород и углей кузнецкого бассейна [Текст] : справочник / Г. Г. Штумпф, Ю. А. Рыжков, В. А. Шаламанов [и др.]. - М. : Недра, 1994. - 447 с.

131. Электросверло ЭР-18Д-2М [Электронный ресурс] : Челябинский завод мобильных энергоустановок и конструкций. - Режим доступа : http://www.chzmek.rU/component/content/article/l 66-perforatory/1233-jelektrosverlo-jerl8d2m. - Загл. с экрана.

132. RAMBOR [Электронный ресурс] : Группа компаний Кузбасспромсервис. -Режим доступа:

http://www.tdkps.com/rambor.php ?PHPSESSID=adb55f0aldcf67269477cb2c91 754d2a. - Загл. с экрана.

133. Сверла [Электронный ресурс]: ТехМаш. - Режим доступа : http://www.pnevmoteh.ru/taxonomy/term/48. - Загл. с экрана.

134. Переносное буровое оборудование и средства установки анкерной крепи [Электронный ресурс]: Формы в городском сторительстве. - Режим доступа : http://poduch.com.ua/kriterii/1021-perenosnoe-burovoe-oborudovanie-i-sredstva-ustanovki-an-kernoj-krepi.html. - Загл. с экрана.

а

щ

* Ччэ

на и юбретение

№ 2433266

ПОГРУЖНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КРЕПОСТИ ГОРНЫХ

ПОРОД

11атс1пчк)бладагель(ли): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовании "Сибирский государственный индустриальный университет " (Л1Т)

Ав]'ор(ы): см. ни обороте

Заявка №2010110978

Приортм иадбре1ения 22 марта 2010 г.

Зарегистрировано в Государственном реестре -изобретений Российской Федерации 10 ноября 2011 г.

т Срокдейслпия шиента истекает 22 марта 2030 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам

В.И. Симонов

'^штштшшшшштшшшшшшшшш^шштшшшшшшшшшШ:

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

(О (О

см

о со ■«з-см

ни

(11)

2 433

ь(13)

С1

(51) МПК

Е21С 39/00 (2006.01) сот 3/40 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21)(22) Заявка: 2010110978/03, 22.03.2010

(24) Дата начата отсчета срока действия патента: 22.03.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 22.03.2010

(45) Опубликовано: 10.11.2011 Бюл. Ха 31

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: 1Ш 2230904 С2,20.06.2004. ви 840352 А1, 23.06.1981. Яи 1167328 А1,15.07.1985.811 1305334 А1,23.04.1987. ви 1712604 А1, 15.02.1992. Би 1724869 А1,07.04.1992. Ш 4367647 А, 11.01.1983. вВ 2159959 А, 11.12.1985.

Адрес для переписки:

654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, уд. Кирова, 42, СибГИУ, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Дворников Леонид Трофимович 0Ш), Корнеев Виктор Александрович (ЯЦ)

(73) Патентообладатеяь(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" 0Ш)

° (54) ПОГРУЖНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КРЕПОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

73

<с

го ^

со со ю О) СП

о

(57) Реферат:

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для определения механических свойств горных пород. Техническим результатом -является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей. Погружной измеритель крепости горных пород содержит гидроцилиндр с тремя концентрическими

полостями: входной, кольцевой и напорной, нагрузочный поршень со штоком, оснащенным индентором, и дополнительный бесшгоковый поршень. При этом между кольцевой полостью под дополнительным бесштоковьш поршнем и напорной полостью нагрузочного поршня со штоком обеспечена гидравлическая связь посредством канала. 1 ил.

К

российская федерация

<19) ли

(51) МПК

Ё21С 39/00 (2006.01)

вот 3/40 (2006.01)

(13)

С1

федеральная служба по иш еллектуальной собственности, патентам и товарным знакам

О

ш со сч со со

сч

Г)

ОС.

02) ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(21)(22) Заявка: 2010110978/03, 22.03.2010

(24) Дата начала огсчета срока действия патента: 22.03.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 22.03.2010

(45) Опубликовано: 10.11.2011 БюЛ.ХаЗ!

(56) Список документов, йотированных в отчете о

поиске: 1Ш 2230904 С2, 20 06.2004. ви 840352 А1, 23.06.1981. 84 1167328 АЛ, 15.07.19S5. 8И 1305334 А1, 23.04.1987. БИ 1712604 А1, 15.02.1992. 8и 1724869 А1,07.04.1992. Ш 4367647 А. 11.01.1983. ОВ 2159959 А, 11.12.1985.

Адрес для переписки:

654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42, СибГИУ, патентный отдел

(72) Автор(ы).

Дворников Леонид Трофимович (1Ш), Корнеев Виктор Александрович (ЕШ)

(73) Штентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (1Ш)

(54) ПОГРУЖНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КРЕПОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

(57) Формула изобретения Погружной измеритель крепости горных пород, включающий I идроцилиндр, нагрузочный поршень со штоком, оснащенным индентором, отличающийся тем, что гидроцилиндр выполнен стремя концентрическими полостями: входной, кольцевой и напорной, и оснащен дополнительным бесштоковым поршнем с двумя цилиндрическими поверхностями, взаимодействующими с входной и кольцевой полостями гидроцилиндра, при этом между кольцевой полостью под дополнительным бесштоковым поршнем и напорной полостью нагрузочного поршня со пи оком обеспечена гидравлическая связь посредством канала.

73

к> со

ы ю О)

с» О

Стр: 1

Ш 2 433 266 С1

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения крепости горных пород в окрестности подземных горных выработок.

Известен гидравлический прибор БП18 для определения прочности горных пород в массиве [1]. Он состоит из плунжера, цилиндра, упорного стержня с твердосплавным коническим индентором, расклинивающего устройства и измерительного механизма, включающего рычаги, тросы и индикаторы часового типа. Принцип действия прибора основан на измерении усилия вдавливания индентора в забой скважины.

Недостатком прибора БП18 является невозможность определения прочности горных пород по всей длине скважины за один цикл исследования требуется проведение углубки скважины для каждой глубины, на которой необходимо определить прочность пород, с демонтажем устройства, что снижает производительность труда при проведении исследований.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является погружное устройство для измерения крепости горных пород в скважинах приконтурного массива выработок [2], включающее в себя измерительную головку, содержащую гидроцилиндр, нагрузочный поршень со штоком, оканчивающимся пуансоном (в действительности являющимся индентором), взаимодействующим с горной породой, при этом шток нагрузочного поршня выполнен конусным на участке взаимодействия со штоком измерителя линейных перемещений.

Недостатком устройства [2] является общая конструктивная сложность и невозможность его использования при определении крепости высоко крепких пород ввиду невозможности получения больших усилий на инденторе.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона использования прибора на любые по крепости горные породы путем создания усилий на индентор, достаточных для его внедрения во все практически возможные для измерения горные породы.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается погружной измеритель крепости горных пород, включающий гидроцилиндр, нагрузочный поршень со штоком, оснащенным индентором, при этом гидроцилиндр выполнен с тремя концентрическими полостями: входной, кольцевой и напорной, и оснащен дополнительным бесштоковым поршнем с двумя цилиндрическими поверхностями, взаимодействующими с входной и кольцевой полостями гидроцилиндра, а между кольцевой полостью под дополнительным бесштоковым поршнем и напорной полостью нагрузочного поршня со штоком обеспечена гидравлическая связь посредством канала.

Предлагаемый погружной измеритель крепости горных пород показан на чертеже. Он состоит из корпуса гидроцилиндра 1 с тремя концентрическими полостями: входной А, кольцевой В и напорной С. Бесштоковый поршень 2 своими цилиндрическими поверхностями Б и Е взаимодействует с поверхностью входной А и кольцевой В полостей соответственно. Нагрузочный поршень 3 со штоком 4 помещается в напорной полости С и оснащен индентором 5, взаимодействующим с горной породой 6. Кольцевая полость В имеет гидравлическую связь с напорной полостью С через канал 7. Каналы 8 и 9 предназначены для подвода рабочей жидкости во входную полость А гвдроцилиндра и в штоковое пространство напорной полости С.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Погружной измеритель крепости горных пород погружается с помощью штанги в

Стр.*. г

ГШ 2 433 266 С1

скважину на заданную глубину, на которой необходимо определить крепость пород. Рабочая жидкость через канал 8 подается во входную полость А гидроцилиндра 1, что приводит к перемещению бесштокового поршня 2 вниз, вследствие чего жидкость, находящаяся в кольцевой полости В, перегоняется в напорную полость С через капал 7, воздействует на нагрузочный поршень 3 и приводит его в движение. Посредством перемещения нагрузочного поршня 3 осуществляется воздействие индентора 5, прикрепленного к штоку 4, на горную породу 6 с усилием Р. Регистрация момента разрушения горной породы 6 индентором 5 осуществляется по падению давления жидкости во входной полости А.

Возврат бесштокового поршня 2 и нагрузочного поршня 3 в положение, предшествующее началу проведения измерения, осуществляется путем подачи жидкости через канал 9 в штоковое пространство напорной полости С, что приводит к перемещению нагрузочного поршня 3 в обратном направлении, вытеснению жидкости из напорной полости С через канал 7 в кольцевую полость В и перемещению бесштокового поршня 2 в исходное положение.

Конструкция предлагаемого погружного измерителя крепости горных пород позволяет достиг ать усиления нагрузки, с которой осуществляется воздействие индентора на горную породу, по сравнению с давлением подводимой жидкости.

Принцип усиления, лежащий в основе предлагаемого измерителя можно пояснить следующим образом.

Бесштоковый поршень в полости А имеет площадь сечения Б], а в кольцевой полости В - площадь 82, и площадь нагрузочного поршня равна Б3.

При подаче жидкости в полость А под давлением с]0 на поршень 2 будет воздействовать усилие qQ•S1. Это усилие уравновесится силой Чг52, где ц5 - давление, возникающее в кольцевой полости В, йо'^^гБг, откуда

Чх = (1)

Рассматривая равновесие поршня 3 со штоком 4 под действием давления и силы сопротивления внедрению индентора Р, можно записать, что * = Чх ' (2)

Подставляя в (2) давление из (1). найдем, что

Р = ' ^ .

2

но так как $2=8Г83, то окончательно получим (3)

Чо ' ^

83

Из приведенного соотношения видно, что при стремлении площади к площади Б], усилие Р теоретически может достигать бесконечных величин, что позволяет изменением площадей Б2 и 83 достигнуть на инденторе усилий, гарантированно достаточных для внедрения индентора во все практически возможные к исследованию горные породы.

Так, если принять 5 _ /, то по (1) Ч|=4-я0, т.е. произойдет увеличение давления

г ~ /4

в напорной полости С в 4 раза. Это означает, что подавая в полость А давление 25 МПа, в полости С получим 100 МПа. Источники информации

1. Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках И М.: Недра. 1984, с.67.

Стр- 3

1Ш 2 433 266 С1

2. Патент на изобретение И и 2230904 С2.

Формула изобретения Погружной измеритель крепости горных пород, включающий гидроцилиндр, 1 нагрузочный поршень со штоком, оснащенным индентором, отличающийся тем, что гидроцилиидр выполнен с тремя концентрическими полостями: входной, кольцевой и напорной, и оснащен дополнительным бесштоковым поршнем с двум цилиндрическими поверхностями, взаимодействующими с входной и кольцевой к) полостями гидроцилиндра, при этом между кольцевой полостью под дополнительным бесштоковым поршнем и напорной полостью нагрузочного поршня со штоком обеспечена гидравлическая связь посредством канала.

20

25

30

.¡5

40

45

Стр.: *

RU 2 433 266 Cl

Сто,; 5

1:

НА ПОЛКЗНУЮ МОДЕЛЬ

№ 97765

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРЕПОСТИ ГОРНЫХ

ПОРОД

11агептоо6.'!адатель(.-ц1): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (КО)

Ли тр( и); Корнеев Виктор Александрович (1111)

Заявка Хг 2010118862 5 '

- Приоритет полезной модели 11 мая 2010 г,

, - . Зарепгегрировано в ¡осударелвешюмрихтре полезши

•". - моделей Российской Федерации 20сентября2010г.1 к

' V,." 'Сг ' Срок действия патента «стекает 11 мая 2020 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной

'•а , * ч

сопствешюапи, патентам и товарным щжам .

яНИВВяии

............ ............. ...... "

НИ. СиМтИМ

ВЩШ

ю (0 N-Г-

cr>

российская федерация

(19)

RU

(И)

97 765 ' U1

(51) МПК E21C 39/00

(2006.01)

федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам

(12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДБЛ

И К ПАТЕНТУ (титульный лист)

(21), (22) Заявка: 2010118862/03, 11.05.2010

(24) Да 1а начала о гене га срока действия патента; 11.05.2010

(45) Опубликовано: 20.09.2010 Бюл, № 26

Адрес для переписки-

654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42, СибГИУ, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Корнеев Виктор Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРЕПОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

(57) Формула полезной модели Устройство для измерения крепости горных пород, включающее насос, перераспределитель давления, рукава, датчик давления и датчик линейного перемещения, отличающееся тем, что оно снабжено регистрирующим цилиндром, имеющим гидравлическую связь с силовым цилиндром, при этом шток поршня регистрирующего цилиндра связан с датчиком линейного перемещения.

С

(О ■Ч -I

ш on

Э

тотшмш фшжрашш

'•Г*"4!*"

МУъ.

--»Л'

и ш ш

й

о государе!венной регистрации программы для ЭВМ

№ 2012612864

«Индентирование» V 1,0

Правооблалатсль(ли): Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования « Сибирский государственный индустриальный университет* (Ш1)

Автор(ы): Корнеев Виктор Александрович (Я11)

Заявка №2012610794

Дата поступления 8 февраля 2012 Г.

Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ

22 марта 2012 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности

Б.П. Симонов

^^ШЖшшШЖшЖШЖшЖшш т мТа га ®Щ¥11¥1¥ЙШ ва

УТВЕРЖДАЮ проректор по научной работе «инновационному развитию У

Мышляев Л.П.

я 2012 г.

. г, ~ * \ » • _ «

оценки прочности горных пород в окреетНостях скважины, пробуренной

из горной выработки

Настоящая методика предназначена для оценки прочности горных пород в окрестностях скважины, пробуренной из горной выработки, посредством устройства «Прочностномер ПСШ-1» и пакета компьютерных программ «Индентирование» V 1.0.

На рисунке 1 приведена диаграмма вдавливания, полученная с карты памяти устройства «Прочностномер ПСШ-1». Анализ диаграммы начинается с определения усилия на инденторе устройства на первом этапе контактного разрушения и глубины его внедрения.

£

20000 18000

<и 16000

О-

£ 14000 и

й 12000 и

® 10000 л

я

я ч я

и

8000 6000 4000 2000 о

/ > Ш-й этап разрушения /

П-й этап разрушения

Г С

у

I -й этап разрушения У

/ В

/

/

--- | '-■-1-1-1-1- I-1-1

4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 Перемещение индентора (мм)

8*5

Рисунок 1 - Диаграмма вдавливания индентора в стенку скважины, полученная

с карты прочностномера ПСШ-1

Каждый этап контактного разрушения фиксируется на диаграмме по моменту резкого падения давления в гидросистеме устройства (на приведенной диаграмме можно отметить 3 ступени разрушения).

Величина контактной прочности горной породы при вдавливании индентора, используемого в устройстве, в стенку пробуренной в ней скважины определяется как усилие на инденторе при первом акте разрушения (на приведенной диаграмме составляет 7678,95 Н), отнесенное к площади контакта индентора (5 = 8,04 мм2).

После определения усилия на инденторе при первом акте разрушения осуществляется вычисление объема лунки разрушения под индентором по следующему выражению:

к2

У = яЛ(г,2 + г,А + у), (1)

где V - объем образовавшейся лунки; к - глубина погружения индентора; гх = 0,8 мм - радиус контактной части индентора.

Глубина погружения индентора к составляет разность между координатами абсцисс крайней точки ступени разрушения и точки начала приложения нагрузки к стенке скважины. В соответствии с обозначением данных точек на рисунке 1 через А, В, С и Э глубина внедрения индентора для каждой ступени составит разность абсцисс соответствующих точек:

- для первой ступени В-А;

- для второй ступени С-А;

- для третьей ступени Э-А.