Обоснование и разработка методов и средств контроля напряжений в массиве на основе эффектов памяти в композиционных материалах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Николенко, Петр Владимирович

• Николенко, Петр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Николенко, Петр Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

1.1 Роль информации о напряженном состоянии массива пород для

обеспечения эффективности и безопасности горных работ, строительства и эксплуатации подземных сооружений

1.2 Современные методы контроля напряженно-деформированного

состояния массива горных пород

1.2.1 Общая классификация методов оценки НДС массива

1.2.2 Геологические методы оценки НДС массива горных пород

1.2.3 Геомеханические методы оценки НДС массива горных пород

1.2.4 Геофизические методы оценки НДС массива горных пород

1.3 Методы контроля на основе эффектов памяти в горных породах

1.4 Выводы и постановка задач исследования

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЯВЛЕНИЯ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО ЭФФЕКТА ПАМЯТИ В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

2.1 Разработка установки для проведения экспериментальных исследований

2.2 Закономерности проявления акустико-эмиссионного эффекта памяти в эпоксидной смоле с кварцевым заполнителем

2.3 Закономерности проявления акустико-эмиссионного эффекта памяти в текстолите марки ПТК

2.4 Закономерности проявления акустико-эмиссионного эффекта памяти в пьезокерамике

2.5 Выводы

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ НДС МАССИВА, ОСНОВАННЫХ НА ПРИМЕНЕНИИ АКУСТИКО-ЭМИССИННОГО ЭФФЕККТА ПАМЯТИ В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

3.1 Метод контроля напряжений на основе проявления АЭЭП в эпоксидной смоле с кварцевым заполнителем

3.2 Компьютерное моделирование реализации способа контроля напряжений на основе проявления АЭЭП в эпоксидной смоле с кварцевым заполнителем

3.3 Метод контроля критических напряжений на основе проявления

АЭЭП в текстолите ПТК

3.4 Метод контроля напряжений на основе проявления акустико-эмиссионного эффекта памяти в пьезокерамике

3.5 Обоснование алгоритма интерпретации акустико-эмиссионных

измерений при использовании АЭЭП для контроля напряжений в массиве горных пород

3.6 Выводы

4 АППАРАТУРНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИе КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЕГО РАБОТОСПОСОБНОСТИ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

4.1 Аппаратурное обеспечение метода контроля напряжений на

основе АЭЭП в эпоксидной смоле с кварцевым заполнителем

4.2 Аппаратурное обеспечение метода мониторинга критических уровней напряжений на основе АЭЭП в текстолите ПТК

4.3 Первичный преобразователь напряжений на основе АЭЭП в пьезокерамике

4.4 Разработка методического обеспечения контроля напряженно-деформированного состояния массива пород с использованием АЭЭП в исследованных композиционных материалах

4.4.1. Методические рекомендации по контролю НДС массива с использованием АЭЭП в эпоксидной смоле с отвердителем и кварцевым заполнителем

4.4.2 Методические рекомендации по контролю НДС массива с использованием АЭЭП в текстолите ПТК

4.4.3 Методические рекомендации по контролю НДС массива с использованием АЭЭП в пьезокерамике

4.6 Испытания разработанных средств контроля напряженно-деформированного состояния массива горных пород

4.6.1 Натурные испытания разработанного метода контроля НДС массива на основе АЭЭП в эпоксидной смоле с отвердителем и кварцевым заполнителем

4.6.2 Натурные испытания разработанного метода контроля критических напряжений на основе АЭЭП в текстолите ПТК

4.6.3 Лабораторные испытания метода контроля критических напряжений на основе АЭЭП в пьезокерамике

4.7 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и разработка методов и средств контроля напряжений в массиве на основе эффектов памяти в композиционных материалах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Наличие надежной информации о напряженно-деформированном состоянии (НДС) массива и его динамике во времени и пространстве является необходимым условием эффективного и безопасного ведения горных работ, строительства и эксплуатации подземных сооружений различного назначения. Именно поэтому получение указанной информации всегда рассматривалось в качестве одной из приоритетных задач экспериментальной геомеханики. Несмотря на имеющийся многолетний положительный опыт использования для решения этой задачи широкого спектра геологических, геомеханических и геофизических методов, все они не лишены серьезных недостатков и по ряду показателей не отвечают постоянно возрастающим требованиям практики, что стимулирует поиск новых нетрадиционных методов измерения напряжений.

В рамках такого поиска относительно недавно получил развитие метод контроля НДС на основе акустико-эмиссионного эффекта памяти (АЭЭП) в горных породах, заключающийся в невоспроизводимости акустической эмиссии (АЭ) при их циклическом нагружении с возрастающим от цикла к циклу напряжением и скачкообразным увеличением параметров АЭ в момент достижения напряжением максимального испытанного ранее уровня.

Такие достоинства указанного метода, как широкий круг решаемых задач контроля НДС, относительная простота реализации, потенциальная точность получаемых оценок и ряд других преимуществ сегодня уже не вызывают сомнений. В то же время имеющаяся практика его использования свидетельствует о том, что результаты определения параметров НДС на основе АЭЭП существенно критичны к естественной для горных пород неоднородности различной физической природы, что неизбежно приводит к потере точности и надежности соответствующего контроля. Как показал предварительный анализ указанный недостаток может быть преодолен если использовать для целей геоконтроля АЭЭП не в самих горных породах, а в помещае-

5

мых в исследуемую область массива композиционных материалах, которые при этом становятся своеобразными датчиками напряжений. Такой принципиально новый подход к применению АЭЭП для оценки НДС массива требует проведения специальных исследований, направленных на выявление закономерностей формирования и проявления рассматриваемого эффекта в композиционных материалах, а также разработку аппаратурного и методического обеспечения соответствующего метода контроля. Отмеченное определяет актуальность настоящей диссертационной работы, которая проводилась в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. по теме «Разработка акусти-ко-эмиссионного метода и средств прогноза критических напряжений в окрестностях горных выработок для предотвращения чрезвычайных ситуаций при ведении горных работ» (Соглашение № 14.В37.21.0671).

Цель работы состоит в экспериментальном установлении закономерностей формирования и проявления акустико-эмиссионного эффекта памяти в композиционных материалах при их механическом нагружении, обосновании и разработке на этой основе методов и технических средств контроля напряжений в породном массиве.

Идея работы заключается в использовании для определения количественных параметров напряженно-деформированного состояния акустико-эмиссионного эффекта памяти в композиционных материалах, помещаемых в исследуемую область массива.

Основные научные положения, выносимые на защиту: 1. При добавлении в эпоксидную смолу с отвердителем заполнителя в виде зерен кварцевого песка образуется композиционный материал, который после размещения в скважине и отвердения способен «запоминать» информацию о величине и направлении максимального напряжения в массиве, действующего в плоскости, ортогональной оси скважины. Эта информация сохраняется в извлеченном из массива и состоящем из указанного материала керне в течение не менее

6

7 суток и может быть получена при его тестовых механических испытаниях по проявлениям акустико-эмиссионного эффекта памяти, наиболее четкий характер которого имеет место при размерах заполнителя около 0,2 мм и его относительном объеме порядка 40%.

2. Сохранность акустико-эмиссионной памяти в текстолите марки ПТК составляет 30 суток и не зависит от длительности приложения установочной нагрузки. Это позволяет после предварительного нагру-жения до заранее заданного уровня напряжений использовать его в качестве чувствительного элемента датчика-сигнализатора достижения критического напряжения в конструктивных элементах систем разработки.

3. В пьезокерамических элементах наряду с пьезоэффектом формируется и проявляется акустико-эмиссионный эффект памяти, характеризующийся скачкообразным ростом числа импульсов акустической эмиссии, максимум спектральной плотности которых не зависит от размеров образца и лежит в диапазоне частот от 70 до 110 кГц. Относительно незначительный уровень акустических помех окружающего массива в этом диапазоне в сочетании с использованием полосовой фильтрации обусловливает перспективность применения пье-зо керамики в качестве чувствительного элемента помехозащищен-ного датчика-сигнализатора критических напряжений в контролируемой области массива.

4. Для интерпретации результатов контроля напряжений на основе акустико-эмиссионного эффекта памяти следует использовать алгоритм, включающий получение зависимости суммарного счета акустической эмиссии от напряжения и построение графика кривизны этой зависимости, максимум которого соответствует величине искомого напряжения в массиве. При этом указанный алгоритм оказывается эффективным даже при малом количестве зарегистрированных импульсов акустической эмиссии.

7

Обоснованность и достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- хорошей воспроизводимостью полученных закономерностей проявления АЭЭП в исследуемых композиционных материалах при лабораторных испытаниях на статистически значимом количестве образцов (более 20 для каждого материала и режима нагружения);

- непротиворечивостью полученных закономерностей проявления АЭЭП в исследованных композиционных материалах и результатов, прогнозируемых на основе разработанных ранее теоретических моделей, объясняющих указанный эффект;

- качественным совпадением основных закономерностей проявления АЭЭП при проведении исследований в лабораторных и натурных условиях, а также относительно высокой точностью (с погрешностью, не превышающей 10%) определения напряжений предлагаемыми методами;

- использованием для акустико-эмиссионных измерений современной аппаратуры, обладающей высокими метрологическими характеристиками.

Методы исследований, использованные в диссертационной работе:

- анализ и обобщение существующих методов контроля напряженно-деформированного состояния породного массива, в частности, основанных на акустико-эмиссионных эффектах памяти;

- экспериментальные лабораторные и натурные исследования закономерностей проявления АЭЭП в композиционных материалах;

- компьютерное моделирование отдельных технологических параметров контроля напряжений на основе АЭЭП в композиционных материалах;

- аналитические исследования интерпретации акустико-эмиссионных данных, получаемых в результате контроля с использованием АЭЭП.

Научная новизна работы заключается:

- в установлении закономерностей проявления АЭЭП в таких композиционных материалах, как эпоксидная смола с отвердителем и кварцевым заполнителем, текстолит ПТК и пьезокерамика;

- в разработке алгоритма интерпретации акустико-эмиссионных измерений, направленного на выявление конкретного момента проявления аку-стико-эмиссионного эффекта памяти в композиционных материалах, эффективность которого сохраняется даже при малом количестве экспериментальных данных;

- в разработке метода контроля НДС массива горных пород на основе акустико-эмиссионного эффекта памяти в эпоксидной смоле с отвердителем и кварцевым заполнителем, позволяющего получать достоверную информацию о направлении действия и абсолютном значении максимального напряжения, действующего в плоскости, ортогональной оси измерительной скважины;

- в разработке метода контроля критических напряжений на основе акустико-эмиссионного эффекта памяти в текстолите ПТК (а также его по-мехозащищенного варианта на основе акустико-эмиссионного эффекта памяти в пьезокерамике), позволяющего получать сигнальную информацию о достижении в массиве пород заранее установленного критического значения напряжения по одному из направлений.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей проявления акустико-эмиссионного эффекта памяти в таких композиционных материалах, как текстолит ПТК, эпоксидная смола с отвердителем и кварцевым заполнителем, пьезокерамика, а также в разработке метода интерпретации акустико-эмиссионных данных, позволяющего с высокой степенью точности определять момент проявления эффекта памяти даже при малом количестве экспериментальных отсчетов.

Практическое значение работы. В рамках диссертации разработана

«Методика контроля напряжений в окрестностях горных выработок на осно-

9

ве акустико-эмиссионного эффекта памяти в композиционных материалах», которые переданы для практического использования в ГИ КНЦ РАН, ГИ УрО РАН, ИГД ДВО РАН, ИГД СО РАН, ЖЖОН РАН, МГГУ. Результаты диссертационной работы вошли в качестве раздела в учебное пособие «Методы определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород», рекомендованное УМО вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела для студентов вузов, обучающихся по специальности «Физические процессы горного или нефтегазового производства».

Апробация работ. Основные положения диссертации докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2010, 2013 гг.) и XXV Сессии Российского акустического общества (Таганрог, 2012). Результаты исследований автора, проведенные в рамках диссертационной работы, были отмечены грантом Американского акустического общества.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 патента на изобретения

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 141 странице, содержит 60 рисунков, 13 таблиц и список литературы из 72 источников

Основными предпосылками для решения поставленных задач являлись результаты теоретических и экспериментальных исследований в области геомеханики и геоакустики, полученные в разные годы такими учеными, как Аксенов В.К., Баклашов И.В., Барях A.A., Влох Н.П., Катков Г.А., Курленя М.В, Лавров A.B., Леонтьев A.B., Козырев A.A., Опарин В.Н., Панин В.И., Турчанинов И.А., Шемякин Е.И., Шкуратник В.Л., Ямщиков B.C., Hardy, H.R.Jr., Kaiser J., Kanagawa Т., Mogi К. и др.

Автор выражает благодарность научному руководителю диссертации проф., д.т.н. Шкуратнику за руководство теоретическими и экспериментальными исследованиями.

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

1.1 Роль информации о напряженном состоянии массива пород для обеспечения эффективности и безопасности горных работ, строительства и эксплуатации подземных сооружений

Добыча полезных ископаемых в подземных условиях относится к наиболее рискоопасным видам человеческой деятельности. Причем во многом это связано с высокой вероятностью потери устойчивости конструктивных элементов систем разработки (прежде всего целиков и выработок различного назначения) под влиянием природных и техногенных факторов, определяющих динамику напряженно-деформированного состояния геосреды. Повышение безопасности ведения горных работ возможно за счет использования превентивных мер по поддержанию устойчивости массива путем управления его состоянием. Однако необходимым условием обеспечения эффективности таких мер является наличие надежной и своевременной информации о динамике напряженно-деформированного состояния массива.

Определение реального напряженно-деформированного состояния пород в области ведения разработки, строительства подземных сооружений и учет этого напряженного состояния при оценке устойчивости горных выработок и конструктивных элементов сооружений, возводимых в массивах, являются важнейшими задачами геомеханики. При современных масштабах и глубинах разработки полезных ископаемых и подземного строительства уже на стадии изыскании, а в последующем и в периоды строительства и эксплуатации, требуется выполнять соответствующий комплекс работ по определению параметров поля напряжений.

В последнее время с развитием вычислительной техники широкое распространение получили расчетные методы определения напряженно-

деформированного состояния, обладающие широкими возможностями и

11

удобством применения. Однако точность определения реальных напряжений с помощью таких методов, связанная, в первую очередь, с высокой неоднородностью исследуемой геосреды, оказывается весьма низкой.

Общепризнанным считается тот факт, что единственным источником достоверной информации о количественных характеристиках напряжений в массиве горных пород является исключительно натурный эксперимент. Специфика задачи экспериментального исследования напряженного состояния породного массива состоит в том, что в принципе невозможно непосредственно измерить напряжения, действующие в твердой среде, которой является массив. Количественная оценка напряжений возможна лишь по косвенным признакам, к которым относятся такие величины или их изменение, как деформации, скорости распространения и затухание упругих волн, удельное электрическое сопротивление и др. При этом для большинства существующих методов оценки напряженно-деформированного состояния массива свойственна низкая точность определения абсолютных значений напряжений, обусловленная высокой неоднородностью геосреды, а также влиянием многочисленных помеховых факторов различной физической природы. Кроме того для большинства традиционных методов контроля НДС в массиве характерна высокая трудоемкость.

Все вышесказанное определяет актуальность разработки метода оценки напряженного состояния массива горных пород, отличающейся относительно малыми погрешностью и трудоемкостью определения соответствующих количественных характеристик, а также мало критичного к большинству помеховых факторов, возникающих при проведении натурных измерений в геосреде.

1.2 Современные методы контроля напряженно-деформированного состояния массива горных пород

1.2.1 Общая классификация методов оценки НДС массива

Методы оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород в общем случае можно подразделить на три различные по физическим и методологическим подходам группы.

К первой группе относятся методы, основанные на анализе общей геологической обстановки, а также на визуальном осмотре горных выработок, деформированных под действием горного давления. Как правило, такие методы способны дать лишь качественную оценку действующих напряжений и характеризуются малой трудоемкостью.

Ко второй группе относятся так называемые геомеханические методы, в основной части основанные на непосредственном измерении деформационных процессов в локальной области массива. Такие методы, как правило, обладают относительно высокой точностью определения напряжений, однако являются весьма трудоемкими и, зачастую, требующими дополнительного лабораторного определения физико-механических свойств горных пород.

К третьей группе относятся геофизические методы, основанные на изучении взаимосвязи природы, структуры, пространственной и временной изменчивости естественных и искусственных физических полей в массиве с действующими в нем напряжениями. Такие методы позволяют производить контроль как ограниченных, так и сравнительно больших областей массива. Точность определения абсолютных значений действующих напряжений достаточно низка, в то же время они информативны при изучении динамики напряжений во времени и пространстве. В таблице 1.1 приведена общая классификация основных методов оценки НДС массива горных пород.

Таблица 1.1- Классификация методов оценки НДС массива

Методы оценки НДС массива горных пород

Геологические Геомеханические Геофизические

- Анализ геологических и геотектонических особенностей массива - Оценка НДС на основе визуального осмотра горных выработок - Оценка НДС массива по дискованию керна - Метод разгрузки керна - Метод частичной разгрузки - Метод щелевой разгрузки - Метод упругих включений - Метод гидроразрыва - Метод разности давлений - Метод буровых скважин - Ультразвуковой метод - Гама-метод - Электрометрический метод - Звукометрический метод - Методы, основанные на использовании эффектов памяти в горных породах

1.2.2 Геологические методы оценки НДС массива горных пород

Определение напряженного состояния массива на основе общего геологического и геотектонического анализа района применяется для приближенной предварительной оценки пространственного распределения напряжений [1].

Прежде всего, определяется тип массива горных пород, который может относить к одной из четырех групп: породный массив кристаллического фундамента, область контрастно выраженной складчатости чехла платформ, слабо метаморфизованные породы чехла, а также осадочные комплексы (к которым относятся месторождения бурого угля, солей и гипса). Для первых двух типов, как правило, присуще существенное проявление тектонических сил, при этом горизонтальные сжимающие напряжения могут превосходить вертикальные. В массиве третьей группы тектонические силы проявляются весьма слабо, для четвертой же группы напряженно-деформированное состояние массива определяется исключительно весом налегающих пород.

Дополнительную информацию о горизонтальных напряжениях возможно получить из анализа горизонтальных перемещений земной коры. Значительные перемещения, как правило, обуславливают высокий уровень напряжений, действующих в горизонтальной плоскости.

Наряду с тектоническими характеристиками учитывают характеристику древних геологических структур, в частности, трещиноватость массива. Как правило, в сильнотрещиноватых породах максимальные величины напряжений меньше, чем в аналогичных монолитных упругих массивах.

Одним из важных критериев предварительной оценки является сейсмическая активность района. Районы, в которых регистрируются сейсмические события высокой энергии и повторяемости, обладают большими величинами касательных напряжений. Верхний предел касательных напряжений по сейсмологическим оценкам равен 30 МПа [2].

Таким образом, можно утверждать, что анализ общего геологического состояния массива позволяет определить лишь примерное пространственное распределение напряжений в районе ведения горных работ. Получение с помощью указанного способа конкретных значений и точных направлений действующих напряжений оказывается совершенно невозможным.

Оценка напряженного состояния массива на основании визуального обследования горных выработок позволяет получить предварительные представления о структуре поля напряжений в пределах изучаемого месторождения [1]. Одним из критериев успешной оценки является высокий уровень напряжений на контуре выработок. Обычно такие напряжения должны превышать половину предела прочности пород на сжатие.

К объектам визуального осмотра относятся горизонтальные, вертикальные и наклонные незакрепленные горные выработки, а также буровые скважины, находящиеся вне зоны влияния очистных работ. При осмотре основным показателем проявления горного давления служат локальные разрушения горных пород на контурах выработок.

Для гидростатического напряженного состояния характерны равномерные нарушения пород на кровле и стенках выработок. При этом области разрушений не зависят от выбора направления в горизонтальной плоскости. Отклонения в равномерности разрушений могут быть связаны с высокой тре-

щиноватостью и слоистостью пород, что также устанавливается в процессе, визуального осмотра.

Для негидростатического напряженного состояния характерно преимущественное разрушение стенок или кровли горизонтальных горных выработок различной направленности.

При оценке направления максимального напряжений в горизонтальной плоскости визуальному осмотру подлежат незакрепленные вертикальные горные выработки. В случае достаточно большого значения а! может иметь место хрупкое разрушение пород в стенках таких выработок на участках, простирание которых близко к направлению действия максимального главного напряжения

При помощи визуального обследования возможно решить следующие задачи: определение характера напряженного состояния массива (его принадлежность к гидростатичному или негидростатичному состоянию); определение приближенного направления максимального напряжения оь оценка однородности поля напряжений на различных участках, в частности, с изменением глубины. Получение конкретных значений действующих в массиве напряжений на основе визуального осмотра горных выработок оказывается невозможным.

Оценка напряженного состояния массива по дискованию керна в скважинах возможна в случае, когда при бурении скважин происходит дискование керна - его дробление на разные по толщине диски. В таком случае значение максимального сжимающего напряжения может быть оценено по формуле

а

_ _ сж

м~ 2 ' (1.1)

где ом - напряжения в массиве; осж - предел прочности образцов при одноосном сжатии.

Более детальный анализ конкретных геологических условий может привести к нахождению конкретных корреляционных зависимостей между толщиной получаемых дисков и действующими в массиве напряжениями [3].

Следует отметить, что полученные по результатам анализа дискования керна значения напряжений являются весьма грубой оценкой и в значительной степени зависят от типа породы и горно-геологических условий в районе ведения горных работ.

1.2.3 Геомеханические методы оценки НДС массива горных пород

Геомеханические методы по распространенности занимают лидирующие позиции среди всех методов оценки НДС массива в основном в связи с широкими возможностями таких методов, а также низкой погрешности определения абсолютных значений действующих напряжений.

Метод разгрузки керна основан на взаимосвязи между действующими напряжениями и деформациями упругого восстановления элемента горной породы, проявляющимися в процессе нарушения связи этого элемента с окружающим массивом [4,5,6,7,8,9].

По техническому обеспечению и методике проведения натурных измерений методы разгрузки можно подразделить на три основных типа: схема ВНИМИ (измерение деформации торца керна, обуренного кольцевой щелью); схема Н. Хаста (измерение изменения диаметра центрального отверстия, пробуренного в керне, разгруженном кольцевой щелью); схема Е. Лимана (измерение деформаций центрального отверстия, пробуренного в керне, разгруженном кольцевой щелью).

В общем случае суть метода сводится к следующему. В исследуемой

точке массива бурится измерительная скважина. Торец скважины шлифуется

с помощью специальной буровой коронки и на нем закрепляют тензоэлек-

17

трические датчики деформаций (схема ВНИМИ) или в торце измерительной скважины бурят опережающую скважину, на стенки которой крепят тензо-электрические датчики (схема Лимана) или в которую устанавливают сква-жинный деформометр (схема Н. Хаста).

После полной полимеризации клея торец скважины обуривают кольцевой щелью. Полученный при этом керн начинает деформироваться вследствие нарушения связи с окружающим массивом. Соответствующие деформации регистрируются с помощью тензодатчиков (деформометров). Связь между деформациями и напряжениями в массиве горных пород устанавливают на основе существующих решений краевых задач теории упругости для плоскости с круговым вырезом. Определенные с помощью таких вычислений напряжения будут являться главными. При этом необходимым условием является знание упругих констант горных пород, слагающих исследуемый массив.

Следует отметить, что применение описанного метода связано с рядом ограничений. Так, например, в случае измерения деформаций в осадочных породах кроме упруго-мгновенных деформаций в них также возникают деформации ползучести, существенно усложняющие вычисления значений действующих в массиве напряжений. Кроме того невозможным оказывается использование методов разгрузки в сильнотрещиноватых массивах. Очевидной является также трудоемкость метода.

Метод частичной разгрузки основан на измерении деформаций области массива, разгруженной центральным отверстием [10].

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

Суть метода сводится к установке на поверхность обнажения тензомет-рических датчиков деформации, замеру их первоначальных показаний, разгрузке массива центральным отверстием и снятию показаний указанных датчиков после завершения деформаций в области проведения измерений. Пере-

18

ход от деформаций к напряжениям производится с помощью аналитических выражений, учитывающих физико-механические свойства пород, слагающих исследуемый массив.

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 щелевой разгрузки является одним из видов методов разгрузки, основанных на оценке деформаций массива после нарушения его сплошности [11,12,13]. По сравнению с методами разгрузки керна, метод щелевой разгрузки характеризуется меньшей зависимостью от разномодульности горных пород в зоне измерений, т.к. зона разгрузки достигает трех размеров щели.

Сущность метода состоит в образовании в массиве щели и измерении деформаций ее стенок. Величину напряжений, действующих перпендикулярно к плоскости щели, определяют по формуле (3.12) [14]

<7Х = иАВЕя/[Ш-тй{\-КЧ1) +мК]]ш)], (1.2)

где иАВ - деформация массива между точками А и В после образования щели, см; Е - модуль упругости породы; Я - радиус щели; I - расстояние между

точками А и В, расположенными по разные стороны щели; , ^ц(±) -

коэффициенты концентрации напряжений сг± в направлениях соответственно перпендикулярно и параллельно щели, которые берут из эмпирических зависимостей определяемых заранее.

Метод реализуется следующей последовательностью операций. На поверхности обнажения бурят два крайних шпура, а также отверстия под реперы в точках А и В. В подготовленных отверстиях закрепляют реперы и устанавливают деформометр. Снимают первичные показания деформометра с

точностью до 0,002 мм. Затем пробуривают щель и повторно снимают показания деформометра. По разнице показаний деформометра оценивают степень деформации разгруженного массива.

Измерения с использованием разгрузочной щели обладают относительно низкой трудоемкостью и достаточно высокой точностью определения вертикальной компоненты напряжений, что позволяет широко применять метод в различных горногеологических условиях. С другой стороны, применение описанного метода позволяет получить информацию о значениях напря-жениий в массиве на глубине до 1м, что накладывает определенные ограничения на его использование.

Метод упругих включений используется для оценки изменения напряженного состояния массива.

Указанный метод основан на применении фотоупругих датчиков (тензометров), обладающих свойством изменять степень прозрачности в поляризованном свете при воздействии на них определенной нагрузки. В сложнона-пряженном состоянии в таком датчике можно наблюдать сложную картину изохром и изоклин, обладающих двумя взаимно перпендикулярными осями симметрии, указывающими на направление главных нормальных напряжений. В случае, когда компоненты таких напряжений равны, в поляризованном свете на картине полос фотоупругого тензометра можно наблюдать ряд концентрических окружностей [15,16,17,18,19].

Абсолютные напряжения в массиве определяются сложением первоначальных напряжений, измеренных одним из методов разгрузки, и приращенных напряжений, измеренных с помощью метода упругих включений. В данном случае комплексирование геомеханических методов является обязательным условием определения абсолютных значений действующих в массиве напряжений.

Аппаратурное обеспечение метода включает сам фотоупругий датчик, а также набор досылочного и установочного оборудования.

Фотоупругий датчик представляет собой стеклянный диск с центральным отверстием. Наиболее часто применяется разновидность метода упругих включений с использованием отражающего полярископа, поэтому обратную сторону диска покрывают отражающим слоем, защищенным от коррозии и механических повреждений несколькими слоями краски. В качестве материала для датчика служит оптическое стекло.

Суть метода сводится к установке в измерительной скважине фотоупругого датчика и анализа картины изохром и изоклин в нем с помощью полярископа после завершения деформационных процессов в окрестностях токи проведения измерений. Исследование датчика производится по методике, схожей с методикой исследования фотоупругого тензометра. Для определения напряжений также необходимо определить упругие характеристики породы, бетона и датчика по известным методикам [20].

Следует отметить, что хотя данный метод и обеспечивает низкую погрешность определения направлений и значений приращения напряжений, он, однако, не в состоянии предоставить информацию об абсолютных значениях действующих напряжений. Его комплексирование с другими геомеханическими методами приведет, в конечном итоге, к сложению погрешностей определения абсолютных напряжений в массиве.

Метод гидроразрыва основан на принципе восстановления первоначальных напряжений в массиве горных пород и дальнейшего увеличения давления вплоть до образования в массиве трещин разрыва [21, 22].

Суть метода сводится к следующему. Из горной выработки в направлении действия одного из главных напряжений бурится измерительная скважина, в которой на определенной глубине устанавливаются два пакера. Через отверстие в одном из них в скважину с помощью насоса нагнетается жидкость. Скорость нагнетания жидкости должна быть достаточно высокой, чтобы минимизировать фильтрационные потери и поровое давление. При достижении в замкнутом объеме участка скважины определенного значения

давления жидкости по площадке в массиве с наибольшим растягивающим

21

тангенциальным напряжением инициируется трещина разрыва. Направление развития трещины в этом случае будет совпадать с направлением действия максимального сжимающего напряжения, находящегося в плоскости, ортогональной оси скважины.

Возможность повторного нагружения скважины позволяет выделить на диаграмме зависимости давления от времени характерные зоны, используемые в дальнейшем при интерпретации результатов. К таким зонам относятся значения Рс - давление разрыва скважины при первом нагружении, Рг - давление раскрытия трещины при повторных циклах нагружения, Р3 - давление закрытия трещины.

Связь между выделенными характерными значениями Рс, Рг и Р5 и напряжениями в массиве ст,п и отах определяется по формулам (3.14-3.16)

Рс = Зат|П - отах + ар, (1.3)

Рг Зот|п — отах, (1.4)

Рз^^тт, (1.5)

где от;п, атах - соответственно минимальные и максимальные напряжения в плоскости измерений; ар - прочность горных пород при растяжении.

Важным является тот факт, что давление жидкости при гидроразрыве и напряжения в исследуемом массиве имеют одну и ту же размерность (МПа), что исключает необходимость дополнительно определять деформационные свойства горных пород.

Описанный метод обладает сравнительно низкой трудоемкостью, обеспечивая при этом определение как направления действия главных напряжений, так и их абсолютных значений. При этом на метод накладывается ряд ограничений, связанных с невозможностью проведения измерений в сильнотрещиноватых массивах.

Метод разности давлений основан на применении гидравлических

датчиков для создания в измерительной скважине определенного уровня дав-

22

ления, которое принимают за начальное. По изменению давления в гидросистеме оценивается приращение напряжений, вызванное ведением горных работ и другими производственными факторами [23,24,25].

Суть измерений сводится к следующему. С поверхности обнажения в массив бурится измерительная скважина, в которой на определенной глубине устанавливается гидравлический датчик, присоединенный посредством маслопровода к манометру и маслостанции. С помощью указанной маслостан-ции в гидросистеме создается давление в 10-15 МПа, после чего ее отсоединяют от гидросистемы. При этом на манометре фиксируется определенный уровень давления. При последующем изменении напряженного состояния массива в окрестностях точки измерения давление в гидросистеме изменится, что возможно зафиксировать с помощью установленного манометра.

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

Метод буровых скважин основан на явлении ползучести у большинства осадочных горных пород - способностью к длительным деформациям при напряжениях до 70% от предела прочности. При этом значения деформаций ползучести могут достигать 150% - 370% от упругих [26].

Оценка напряжений в массиве горных пород производится путем измерения деформаций ползучести. Для этого из горной выработки вглубь массива бурится измерительная скважина, в которой размещается деформометр, с помощью которого регистрируются деформации контура скважины.

Одним из вариантов исполнения скважинного метода является применение скважинных динамометров - устройств, измеряющих непосредственно напряжения, вызываемые деформацией измерительной скважины. С целью

установления взаимосвязи между деформациями и напряжениями скважин-

23

ные динамометры тарируют в лабораторных условиях на образцах материалов со сходными с горными породами упругими характеристиками.

Измерения приращений напряжений производят в трех ортогональных скважинах, направление которых совпадает с направлением главных напряжений в массиве (направление главных напряжений в массиве определяется расчетно, а также геомеханическими или геофизическими методами). Приращение напряжений по осям х,у и z можно рассчитать по формулам (1.6-1.8) [27]

До-, = (Дет, + Дсгу - Дах),

ку

Дсг7 = -J-(Ao\ + Acrv - ДсгД Ку

Асг3 = -J- (Асгх + Acrv - Act. ), ку

где Дет¡, Дсг2 и Аа3 - величины изменения напряжения в датчиках, расположенных соответственно по осям х, у и z; Kv - коэффициент, учитывающий упругое взаимодействие датчика и среды.

Описанный метод обладает широкими возможностями по определению полного тензора напряжений в массиве осадочных горных пород, однако является чрезвычайно трудоемким. Кроме того, на погрешность описанного метода оказывает влияние точность определения упругих констант в массиве, а также точность тарировки скважинных динамометров в лабораторных условиях.

1.2.4 Геофизические методы оценки НДС массива горных пород

Геофизические методы основаны на изучении искусственных и естественных физических полей, накладываемых на массив горных пород. В об-

24

(1.6)

(1.7)

(1.8)

щем случае геофизические методы характеризуются более низкой точностью определения направлений и абсолютных значений напряжений по сравнению с геомеханическими методами, однако позволяют производить контроль на больших базах и обладают сравнительно низкой трудоемкостью.

Ультразвуковые методы определения напряжений в массиве горных пород основаны на излучении, приеме и анализе ультразвуковых колебаний, распространяющихся в исследуемой области массиве горных пород [28].

При определении напряжений в приконтурном массиве горных пород в зависимости от реализуемой схемы измерений различают:

1) метод ультразвукового прозвучивания;

2) метод ультразвукового каротажа;

3) метод отраженных волн.

Метод проходящих волн (прозвучивания) занимает доминирующее положение среди УЗ методов геоконтроля. Это связано, с одной стороны, с наиболее совершенным их методическим и аппаратурным обеспечением, а с другой, - с возможностью использования этих методов в широком диапазоне контролируемых баз (от нескольких сантиметров до нескольких метров) как на образцах, так и в массиве горных пород (вариант межскважинного прозвучивания).

При прозвучивании область воздействия эксперимента (контролируемая область горных пород) располагается между излучателем и приемником УЗ колебаний. Это предопределяет основной недостаток метода, связанный с необходимостью двустороннего доступа к контролируемой области. Другим его недостатком является невысокая фронтальная разрешающая способность и отсутствие разрешающей способности вдоль направления прозвучивания.

Одна из наиболее часто решаемых с использованием УЗ методов задач геоконтроля заключается в изучении характера пространственного распределения напряжений в окрестностях выработок и его динамики во времени.

Проведение горных выработок сопровождается перераспределением

исходного поля напряжений в окружающем их массиве. Как следствие, по

25

мере удаления от контура выработки формируются зоны: нарушенных пород с пониженной несущей способностью; опорного давления, где уровень напряжений максимален; естественных напряжений, где влияние выработки на НДС массива практически не проявляется. Знание границ расположения каждой из указанных зон необходимо для решения ряда практических задач геомеханики и, в частности, прогнозирования устойчивости выработок [29].

Последовательность операций при реализации измерений методом про-звучивания следующая. Из горной выработки в массив бурят набор параллельных шпуров по треугольной или круговой схеме.

Далее скважинные зонды размещаются в параллельных шпурах. Акустический преобразователь в одном из зондов используется в качестве излучателя импульсных УЗ колебаний, а во втором - в качестве приемника. Затем зонды перемещаются синхронно и дискретно вглубь массива. При этом на каждом шаге перемещения обеспечивается надежный акустический контакт преобразователей с массивом и осуществляется измерение информативных параметров УЗ контроля, чаще всего величина Ср, пространственное распределение которой отражает пространственное распределение напряжений [30].

УЗ каротаж представляет собой скважинный метод геофизических исследований, основанный на изучении акустических свойств горных пород, пересекаемых скважиной и непосредственно примыкающих к ней. Интерпретация результатов каротажных измерений (особенно в водозаполенных и обсаженных скважинах) имеет свои особенности и специфику, которые достаточно подробно отражены, например, в [34].

УЗ метод отраженных волн предполагает излучение в контролируемую область массива и последующую регистрацию отраженного от естественной или искусственной неоднородности в нем УЗ сигнала. Метод имеет относительно ограниченное применение при изучении НДС геосреды, что можно объяснить значительными потерями мощности сигнала на удвоенной базе его распространения (от совмещенного акустического преобразователя до отражающей неоднородности и обратно), а также на границе между вмещающей

26

геосредой и неоднородностью, поскольку коэффициент отражения от последней может быть значительно меньше единицы.

УЗ метод может использоваться также для определения полного тензора напряжений в массиве [31]. Для этого необходимо проведение измерений в трех ортогональных направлениях (в стенках и кровле горной выработки). Результатом таких измерений будут являться индикатрисы продольных волн - линии, характеризующие распределение величин скоростей в плоскости по разным направлениям.

Анализ результатов шахтных измерений заключается в выявлении характерных особенностей вида индикатрис, соответствующих разным типам напряженного состояния.

В целом, УЗ методы оценки НДС массива горных пород можно считать наиболее распространенными геофизическими методами, позволяющими производить контроль пространственно-временной динамики распределения напряжений. Основным недостатком метода можно считать необходимость тарировки (лабораторной и натурной) перед проведением измерений. Точность такой тарировки в значительной степени зависит от физико-механических параметров пород, а также от строения массива, его трещино-ватости и обводненности. Кроме того, высокое затухание УЗ волн в горных породах накладывает ограничения на размеры области контроля напряжений описанными методами.

Гамма-метод определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород основан на явлении ослабления радиоактивного излучения с повышением плотности горных пород, которая в свою очередь является функцией напряжений. Исходя из проникающей способности излучения, для эффективной реализации метода подходит только гамма-излучение. Методы, основанные на применении рентгеновского, а также а- и (3- излучения не отвечают требованиям глубинности и неприменимы для оценки напряжений в горных породах. Указанные виды излучений ограниченно применяют-

ся только для определения элементарного состава горных пород, а также оценки пористости пород на небольших глубинах [32,33].

Все гамма-методы определения напряжений в массиве горных пород можно подразделить на три основных типа:

1) Метод узкого пучка;

2) Метод широкого пучка;

3) Метод рассеянного гамма-излучения.

В случае использования метода узкого пучка регистрации подлежит только первичное гамма-излучение, прошедшее через изучаемый слой горных пород. При этом рассеянное излучение исключают аппаратными способами. Метод узкого пучка из-за сложности аппаратуры чаще всего применяется для просвечивания образцов горной породы в лабораторных условиях.

В подземных условиях в основном применяется метод широкого пучка. При использовании этого метода регистрации подлежит как первичное, так и рассеянное излучение. В этом случае для регистрации гамма-излучения используются интегрирующие радиометры на газоразрядных счетчиках. Измерения производят в параллельных шпурах глубиной до Зм.

В методе рассеянного гамма-излучения регистрации подлежит только рассеянное излучение. Прямое излучение экранируется с помощью свинцовых экранов, расположенных между излучателем и приемником внутри одного зонда. Метод нашел широкое применение для оценки плотности пород в скважинах, глубиной до нескольких километров.

Отдельно стоит отметить, что источники ионизирующего излучения относятся к опасным производственным факторам. С целью снижения влияния излучения на организм человека применяются различные защитные меры, заключающиеся в различных типах экранирования, а также обязательном использовании различных щипцов и манипуляторов при работе с радиоактивными материалами.

Итак, гамма-метод позволяет производить оценку напряженно-

деформированного состояния массива горных пород, изменяющегося под

28

воздействием различных технологических процессов, а также определять размеры зоны нарушенных пород вокруг горной выработки. Метод отличается малой трудоемкостью, однако связан с потенциально опасными источниками ионизирующего излучения. Кроме того оказывается невозможным с помощью гамма-метода определять абсолютные значения действующих в массиве напряжений.

Электрометрический метод оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород основан на взаимосвязи давления и электрического сопротивления горных пород [34,35,36,37].

Для решения задач определения напряженного состояния массива важным является тот факт, что изменения величины удельного сопротивления с ростом давления в различных породах могут носить различный характер. Например, для пород с высоким содержанием флюида повышение давления приводит к закрытию пор и трещин, что вызывает рост ру [38]. С другой стороны, для малопористых пород с низким содержанием влаги повышение давления приводит к уменьшению расстояния между токопроводящими элементами, что, в свою очередь, приводит к уменьшению удельного сопротивления [39].

Все вышесказанное обуславливает необходимость предварять натурные измерения лабораторными испытаниями образцов горных пород, в ходе которых определяется зависимость влияния давления на изменение ру В ходе таких испытаний образцы горных пород подвергают одноосному или объемному нагружению до величин напряжений ~ 100 МПа с одновременной регистрацией удельного сопротивления. Наличие четко выраженной взаимосвязи наряжений с рк может служить основанием для проведения натурных измерений.

Натурные измерения по временному параметру подразделяются на периодические и непрерывные. В ходе измерений удельного сопротивления горных пород применяют двух- и четырехэлектродные схемы на постоянном или переменном токе.

Двухэлектродные измерения, требующие бурения параллельных шпуров, чаще всего используются для оценки деформаций целиков, зон наибольшей концентрации напряжений, а также для контроля напряженно-деформированного состояния особо опасных участков ведения горных работ.

Суть двухэлектродных измерений сводится к следующему. На определенном участке массива бурятся параллельные шпуры, в которых размещают электроды. При этом большое влияние на точность измерений оказывает качество контакта электрод-порода. В виду низкой повторяемости результатов при передвижении электродов по шпуру, наибольшая точность достигается при стационарных измерениях на заданных глубинах. Для повышения точности измерений с использованием скважинных электрических датчиков в качестве материалов для электродов часто используют специальную электропроводную резину. Измерения с помощью таких датчиков позволяют получить детальную картину распределения ру между шпурами, но при этом точность таких измерений оказывается довольно низкой.

Более удобной для натурных измерений можно считать четырехэлектродную схему. В ней используюется пара питающих электродов АВ и пара измерительных электродов МИ. При использовании четырехэлектродной схемы отпадает необходимость бурения измерительных шпуров, а глубинность измерений определяется расстоянием между питающими электродами АВ.

Для определения динамики напряженно-деформированного состояния массива необходимо производить многократные измерения.

Следует отметить, что электрометрические методы обладают низкой трудоемкостью и позволяют производить контроль больших объемов массива горных пород, однако они дают в основном качественную информацию о распределении напряжений в массиве и не предназначены для определения их абсолютных значений.

Звукометрический метод оценки напряженного состояния массива горных пород основан на измерении активности акустических импульсов, возникающих при изменении напряженно-деформированного состояния в определенной области массива [40,41].

Натурным измерениям обычно предшествуют лабораторные испытания образцов горных пород, в процессе которых выявляется взаимосвязь между давлением на образец и активностью акустических импульсов. При этом доказано, что масштабный фактор практически не оказывает влияния на интенсивность акустических событий [42].

Натурные измерения можно разделить на две основные группы: профилактические и систематические, т.е. проводящиеся в режиме непрерывного мониторинга.

Профилактические измерения обычно производятся для приближенной оценки динамики напряженного состояния в окрестностях различных горных выработок. При этом в основном используются портативные геофоны. Оценка напряжений производится исключительно на основе степени активности акустических импульсов, установленной для каждого типа пород по результатам лабораторных испытаний.

Систематические измерения производяться с помощью стационарной аппаратуры на определенном участке массива горных пород. Такие системы позволяют в непрерывном режиме регистрировать динамику напряженно-деформированного состояния массива, оценивать его устойчивость и удароопасность.

При проведении натурных звукометрических измерений отдельное внимание необходимо уделять качеству установки и эксплуатации звукометрической аппаратуры. Установка скважинных геофонов должна производится вдали от зоны нарушенных пород, устья скважин должны быть звукоизолированы с помощью специальных пробок, все комуникационные кабели должны быть соответствующим образом экранированы.

Звукометрические измерения дают качественную оценку напряженного состояния массива горных пород и не позволяют определять абсолютные значения и направления действия главных напряжений. К основным достоинствам метода можно отнести малую трудоемкость проведения измерений, а также возможность эксплуатации звукометрических систем в автоматическом мониторинговом режиме.

Последнее время все большее распространение получают методы оценки напряженного состояния массива горных пород, основанные на использовании эффектов памяти в горных породах. Суть таких методов сводится, в основном, к испытанию извлеченных из массива породных кернов и выявлению в процессе таких испытаний характерных точек проявления различных эффектов памяти, по корым судят о направлениях и абсолютных значениях напряжений в массиве. Более подробно указанные методы описываются в пункте 1.3.

1.3 Методы контроля на основе эффектов памяти в горных породах

Оценки вида напряженного состояния, направлений и величин главных напряжений, действующих в массиве, могут быть получены на базе использования свойства памяти горных пород, т.е. их способности запоминать, хранить и воспроизводить информацию об испытанных напряжениях. Конкретные проявления этого свойства получили названия эффектов памяти. Основным эффектом, использующемся в практике геоконтроля, можно считать так называемый акустико-эмиссионный эффект памяти (АЭЭП) [43,44,45,46,47,48]. Он заключается в невоспроизводимости параметров акустической эмиссии (АЭ) в процессе нагружения при напряжениях, меньших максимально достигнутого ранее значения напряжения, и иллюстрируется зависимостью, представленной на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1- Проявление эффекта памяти на примере зависимости суммы импульсов АЭ Nv от нагрузки а (а* - уровень максимальных напряжений предшествующего цикла нагружения)

В ряде случаев для более однозначной интерпретации результатов контроля напряжений на основе АЭЭП совместно с ним используется деформационный эффект памяти. Такой эффект заключается в ряде характерных изменений деформационных свойств и параметров деформирования при нагрузке, достигнувшей максимального значения, действовавшего в предшествующем цикле.

Наглядным примером такого эффекта может служить график зависимости «напряжение - деформация», полученный при двухцикловом нагруже-нии образца. Указанная зависимость представлена на рисунке 1.2. Нагруже-ние образца в установочном цикле характеризуется кривой О АС. При первом (тестовом) цикле нагружения график деформации состоит из двух частей. При напряжениях, меньших максимального напряжения второго (установочного) цикла, порода деформируется практически линейно (участок CDA), а при напряжениях больших запомненного (о*), порода деформируется по кривой, являющейся продолжением кривой установочного цикла (участок АЕ).

Рисунок 1.2- Зависимость напряжения а от продольной деформации е при циклическом одноосном нагружении пластичной горной породы

В условиях сложного напряженного состояния память в пластичных породах формируется, если максимальное главное сжимающее напряжение превышает предел упругости, соответствующий данным значениям а3. Память в хрупких породах формируется, если величина 01 превышает значение аь при котором происходит отклонение от линейности кривой еъ = /(с,)

при деформировании породы в условиях действия данных о2, а3 [49].

Кроме того, вторым необходимым условием формирования памяти, как в пластичных, так и в хрупких породах, является превышение величиной сг,

порогового уровня сг1/Л =(/: + 1)сг3, где к - безразмерный коэффициент, характерный для данной горной породы. Например, для каменной соли к = 0,5-^0,7; для гранита £ = 2,8-^3,4. Эмпирическая величина к определяется путем постановки серии специальных лабораторных экспериментов.

В пластичных породах величина <3 ик меньше предела упругости, поэтому достаточным условием формирования памяти является превышение напряжением а( предела упругости, соответствующего данным о2, о3.

Основные закономерности проявления акустико-эмиссионного эффекта памяти в горных породах представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Закономерности проявления АЭЭП в горных породах

№ п.п. Закономерность АЭЭП в горных породах Варианты использования закономерности для оценки НДС

1 При одноосном сжатии породы, ранее испытавшей трехосное нагружение, эффекты памяти имеют место при отклонении оси одноосного сжатия от направления максимального действовавшего ранее главного напряжения oi не более чем на 5°-1(У. Возможность определения направления максимального главного напряжения in situ по результатам испытания серии образцов

2 В случае напряженного состояния вида с3 < Gi = о2 (все напряжения - сжимающие) горной породы, испытавшей ранее трехосное неравнокомпонентное нагружение (ai > о2 > о3 > 0), эффекты памяти имеют место при отклонении осей о3 в двух рассматриваемых циклах нагружения не более чем на 5°- 1СГ Возможность определения направления о3 по результатам испытаний серии образцов, ориентированных в различных направлениях

3 Если при обобщенном растяжении породы, ранее (в предшествующем цикле) находившейся в условиях трехосного нагружения, эффект памяти проявляется одинаково хорошо во всех направлениях, перпендикулярных оси предшествующего цикла, то это означает, что напряженное состояние в таком цикле было осесимметричным. Возможность производить предварительную оценку вида напряженного состояния в исследуемом массиве.

4 При трехосном осесимметричном пропорциональном нагружении (ot > а2 = Оз, 01/03 = const) горной породы, испытавшей в предшествующем цикле трехосное осесимметричное напряженное состояние, наиболее четкие эффекты памяти имеют место при совпадении отношений СТ1/03 в таком цикле и в тестовом нагружении. При этом значения оь о3, при которых отмечаются эффекты памяти в тестовом цикле, равны соответствующим значениям (в I цикле). Возможность получения количественных характеристик напряжений в массиве по результатам лабораторных испытаний образцов, ориентированных в направлении действия oi в массиве, с различными значениями отношения Gi/a3 при лабораторном нагружении

5 При одноосном нагружении горной породы, испытавшей в предшествующем циклетрехосное осесимметричное сжатие (01 > с2 = о3 > 0), эффекты памяти имеют место при достижении величиной одноосного сжимающего напряжения значения О] -(k+1) о3, действовавшего в предшествующем цикле (тестовое одноосное нагружение проводится в направлении oi в I цикле). Возможность определения максимального главного напряжения с, in situ при известном минимальном напряжении о3

6 При осесимметричном тестовом нагружении породы (oi > 02 = о3), в условиях постоянного значения о3 и монотонно возрастающей разности главных напряжений (ог о3), при условии равенства значений о3 в тестовом нагружении и в I цикле, также проводившемся в условиях осесимметричного сжатия, эффекты памяти имеют место при достижении напряжением О] в тестовом цикле значения oi испытанного в I цикле. Возможность определения величины су 1 in situ при условии, если напряженное состояние массива - осесимметричное, и величина ст3 in situ заранее известна

Описанные в таблице 1.2 основные закономерности проявления аку-стико-эмиссионного эффекта памяти в горных породах обуславливают воз-

35

можность решения широкого спектра задач геоконтроля в области определения количественных и качественных характеристик НДС массива. Основным достоинством методов, основанных на АЭЭП можно считать их повышенную точность, связанную с отсутствием необходимости определения упругих констант горных пород, слагающих исследуемую область массива.

Наряду с очевидными достоинствами для методов, основанных на АЭЭП в горных породах, характерен ряд недостатков. Одним из важнейших недостатков указанного метода является невысокая повторяемость результатов экспериментальных измерений напряжений, связанная с широким разбросом свойств горных пород в зоне проведения контроля. В случаях, когда для расчета напряжений нужно дополнительно определять коэффициент к точность методов дополнительно снижается, а трудоемкость соответственно увеличивается. Кроме того, естественная трещиноватость массива зачастую значительно осложняет процесс изготовления пригодных для лабораторных тестов образцов. В некоторых сильнотрещиноватых массивах изготовление качественных образцов зачастую вообще невозможно.

Помимо низкой повторяемости результатов измерений для методов, основанных на АЭЭП в горных породах, характерна высокая трудоемкость проведения натурных и лабораторных экспериментов. Например, в случае, когда априори не известно направление главных напряжений в массиве для их определения требуется отбор образцов из различно ориентированных скважин, при этом количество образцов может доходить до нескольких десятков. Кроме того, отбор образцов производится с помощью колонкового бурения, считающегося значительно более сложным и трудоемким чем шарошечное.

1.4 Выводы и постановка задач исследования

Результаты проведенного выше анализа методов оценки НДС массива обобщены в таблице 1.3, где приведены сведения о их возможностях, основных достоинствах и недостатках.

Таблица 1.3- Сравнительная таблица методов оценки НДС массива

Метод оценки НДС массива Возможности метода Основные достоинства Основные недостатки

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Николенко, Петр Владимирович

4.7 Выводы

Разработанные в пунктах 3.1, 3.3 и 3.4 методы контроля напряженно-деформированного состояния массива горных пород подразумевают использование специализированного аппаратурного обеспечения.

К аппаратурному обеспечению метода контроля НДС на основе АЭЭП в эпоксидной смоле с отвердителем и кварцевым заполнителем относится эластичная капсула для размещения указанного композиционного материала в измерительном шпуре в жидком состоянии. Высокая эластичность капсулы обеспечивает пренебрежимо малое искажение поля напряжений, формируемое в системе массив - эпоксидный цилиндр.

В состав аппаратурного обеспечения метода контроля критических напряжений на основе АЭЭП в текстолите ПТК входит распорное устройство, преобразователь акустической эмиссии и электронный блок анализа акустико-эмиссионных данных. Распорное устройство позволяет жестко фиксировать образец текстолита в измерительном шпуре на глубинах от О до 2 м. В качестве преобразователя акустической эмиссии используется серийно выпускаемый датчик АЭ ОТ-200, резонансная частота которого соответствует средней частоте АЭ импульсов, возникающих в текстолите ПТК в момент проявления АЭЭП. Для анализа зарегистрированных импульсов АЭ был разработан специализированный электронный блок, позволяющий производить световую сигнализацию при достижении счетом АЭ некоторого заранее заданного критического уровня. Кроме того, в возможности блока входит запись счета АЭ на внешний 80 носитель памяти.

К аппаратурному обеспечению метода контроля НДС на основе АЭЭП в пьезокерамике относится вышеописанный электронный блок анализа аку

131 стической эмиссии, а также первичный преобразователь давления. Особенностью первичного преобразователя является то, что источником и преобразователем АЭ импульсов является один и тот же пьезоэлемент. При этом достигается высокая эффективность акустоэлектрического преобразования за счет отсутствия границы между источником АЭ импульсов и преобразователем.

По результатам натурных испытаний разработанных методов и средств контроля НДС массива на руднике СКРУ-3 ОАО «Уралкалий» было установлено, что метод, основанный на АЭЭП в эпоксидной смоле с отвердителем и кварцевым заполнителем, обеспечивает определение абсолютных значений напряжений с относительной погрешностью не превышающей 10% а направления действия указанного напряжений с точностью до 151 Испытания метода контроля критических напряжений на основе АЭЭП в текстолите ПТК показали, что сигнализация о превышении заранее определенного уровня критических напряжений возможна с относительной погрешностью не превышающей 5%.

По результатам лабораторных испытаний метода контроля критических напряжений на основе АЭЭП в пьезокерамике можно утверждать, что с помощью указанного метода возможно определение превышения некоторого заранее заданного порога по напряжениям в массивах, обладающих высоким уровнем собственных акустических помех.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой научно-квалификационную работу, решена научная задача обоснования и разработки методов и технических средств контроля напряжений в массиве горных пород на основе закономерностей формирования и проявления акустико-эмиссионного эффекта памяти в композиционных материалах, помещаемых в исследуемую область массива, что позволяет повысить точность и надежность информации о ее состоянии, необходимой для эффективного и безопасного ведения горных и горно-строительных работ.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

• Установлено, что композиционный материал на основе эпоксидной смолы с отвердителем и кварцевым заполнителем обладает устойчивым АЭЭП, с длительностью «памяти» не менее 7 суток. При этом наиболее четкий характер эффекта имеет место при размерах заполнителя около 0,2 мм и его относительном объеме порядка 40% и зависит от степени совпадения направления приложения установочного и тестового одноосного нагружения.

• Выявлено, что для такого композиционного материала, обладающего высокой механической прочностью и технологичностью обработки, как текстолит ПТК характерен АЭЭП с длительностью «памяти» не менее 30 суток. При этом проявление АЭЭП в текстолите ПТК также зависит от степени совпадения направления приложения установочного и тестового одноосного сжатия.

• Установлено, что в отличие от горных пород, длительность установочного цикла нагружения не влияет на качество формирования АЭЭП в текстолите ПТК.

• Установлено, что такой композиционный материал, как пьезокерамика, обладает устойчивым АЭЭП с длительностью «памяти» не менее 7 суток. При проявлении АЭЭП в указанном материале максимум спектральной плотности АЭ событий находится в диапазоне от 70 до 110 кГц и не зависит от размеров соответствующего образца.

• Установлено, что информативными параметрами акустической эмиссии, наилучшим образом характеризующими проявление АЭЭП в исследованных композиционных материалах являются счет и суммарный счет акустической эмиссии.

• Разработан и обоснован метод контроля напряжений в массиве на основе АЭЭП в эпоксидной смоле с отвердителем и кварцевым заполнителем, позволяющий определять направление действия и абсолютное значение максимального напряжения, действующего в плоскости ортогональной оси измерительного шпура. При этом абсолютная погрешность определения направления не превышает 15 градусов, а относительная погрешность определения абсолютного значения указанного напряжения не превышает 10%.

• Разработан и обоснован метод контроля критических напряжений в окрестностях горных выработок, основанный на АЭЭП в текстолите ПТК. Метод позволяет регистрировать превышение напряжениями по одному из направлений некоторого заранее заданного критического уровня. При этом максимально возможная длительность мониторинга составляет 30 суток, погрешность определения абсолютного значения напряжения не превышает 10%.

• Разработан и обоснован помехозащищенный метод контроля напряжений на основе АЭЭП в пьезокерамике. Метод позволяет производить контроль критических напряжений в массивах, обладающих высоким уровнем собственных акустических помех, с относительной погрешностью, не превышающей 6%.

• Разработан алгоритм интерпретации акустико-эмиссионных данных, позволяющий определять момент проявления АЭЭП по экспериментальной кривой суммарного счета АЭ. Основным достоинством алгоритма является его высокая точность определения момента проявления АЭЭП при анализе данных с малым количеством экспериментальных отсчетов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Николенко, Петр Владимирович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Экспериментальное определение полного тензора напряжений в массиве горных пород. Методическое руководство. Отв. ред. Турчанинов И.А. Апатиты: КФ АН СССР, 1973, - 37 с.

2 Методические рекомендации по изучению напряженно-деформированного состояния горных пород на различных стадиях геологоразведочного процесса. Отв. Ред. Е.И. Шемякин.-М., Изд-во ВНИИгеоинформсистем, 1987. -116с.

3 Нестеренко Г.Т., Шаманская А.Т., Егоров П.В. Приближенный метод оценки напряженного состояния горных пород. Изд. ИГД СО АН СССР, Новосибирск, 1970. - 133 с.

4 Баклашов И.В., Картозия Б.А., Шашенко А.Н., Борисов В.Н. Геомеханика: Учебник для вузов. Том 2. Геомеханические процессы. М.: МГГУ, 2004. — 49 с: ил.

5 Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982. - 296 с.

6 Курленя М.В., Леонтьев A.B. Предельные размеры породного керна с центральной скважиной. - В кн.: Измерение напряжений в массиве горных пород. Новосибирск, 1970, с. 42-46.

7 Руководство по применению метода разгрузки для определения напряженного состояния в глубине горных массивов. -Л., 1960. - 15 с.

8 Руководство по применению метода разгрузки керна с центральной скважиной для определения напряжений в массиве осадочных горных пород. -Новосибирск, изд. ИГД СО РАН СССР, 1969. - 62 с.

9 Техника экспериментального определения напряжений в осадочных поро-

дах. Отв. Ред. Е.И. Шемяхин. Новосибирск, изд. «Наука», 1975. - 150 с.

10 Влох Н.П., Зубков A.B., Феклистов Ю.Г. Метод частичной разгрузки на большой базе // Диагностика напряженного состояния породных массивов Новосибирск: ИГД СО АН СССР. 1980, с. 37-42.

11 Влох Н.П., Зубков A.B., Феклистов Ю.Г. Совершенствование метода щелевой разгрузки // Диагностика напряженного состояния породных массивов: Сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1980, с. 30 - 35.

12 Аксенов В.К., Курленя М.В., Петров А.И. Разгрузка массива щелью как средство для определения абсолютных напряжений в горных породах. -ФТПРПИ, 1972, №2, с. 122-124.

13 Барях А. А., Еремина H.A., Асанов В. А. Интерпретация результатов щелевой разгрузки // Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций.-Екатеринбург.: ГИУрО РАН, 1997, с. 17-22.

14 Влох Н.П., Зубков A.B., Липин Я.И. Прогноз удароопасности выработок на стадии проектирования горных работ. В кн.: Прогноз и предотвращение горных ударов на рудных месторождениях. - Апатиты, КФАН СССР, 1987, с. 50-54.

15 Катков Т. А. Исследование горного давления с применением фотоупругих элементов. -М: Наука, 1978. - 130 с.

16 Грицко Г.И., Кулаков Г.И. Измерение напряжений в горных породах фотоупругими датчиками.-Новосибирск: Наука, 1976. - 142 с.

17 Влох Н.П., Сашурин А.Д. Измерение напряжений в массиве крепких горных пород. -М.: «Недра», 1970. - 120 с.

18 Кулаков Г. И. Методы определения упругих постоянных горных пород с использованием фотоупругих датчиков.// Измерение напряжений в массиве горных пород. -Новосибирск, 1974.-Ч.1, с. 107-114.

19 Трумбачев В. Ф., Катков Г. А. Измерение напряжений и деформаций методом фотоупругих покрытий. -М.: Наука, 1966. - 115 с.

20 Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. - М.: Недра, 1994.-208 с.

21 Современная геодинамика массива горных пород верхней части литосферы: истоки параметры, воздействие на объекты недропользования / [В.Н. Опарин, А.Д. Сашурин, Г.И. Кулаков, A.B. Леонтьев, Л.А. Назаров и др.]; отв. ред. М.Д. Новопашин; Рос. Акад. Наук, Сиб. Отд-ие, Ин-т горного дела [и др.]. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 449с.

22 Курленя М.В, A.B. Леонтьев, С.Н. Попов. Развитие метода гидроразрыва для исследования напряженного состояния массива горных пород //ФТПРПИ. 1994. - № 1, с. 3-20.

23 Аксенов В.К., Курленя М.В. Некоторые особенности техники измерения напряжений в породном массиве гидравлическими датчиками. - В кн.: Измерение напряжений в массиве горных пород. Новосибирск, 1970, с. 102-111.

24 Аксенов., Курленя М.В., Палий A.M. Об измерении напряжений методом разности давлений на мощных крутых пластах Кузбасса. - ФТПРПИ, 1967, №2, с. 42-44.

25 Мурашев В. И., Шлиомовичус Я. Г., Сигарев В. А., Матвейчук В. А. Использование гидравлических датчиков для замера напряжений в угольных пластах.// Измерение напряжений в массиве горных пород: Материалы I Всес. семинара. -Новосибирск, 1968, с. 128-133.

26 Ержанов Ж.С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. Алма-Ата, «Наука», 1964. - 176 с.

27 Чумичев A.M. Методы и средства контроля свойств и состояния сред. М.: МГГУ, 1999.- 173 с.

28 Аверин А.П. Анализ динамических параметров волновых пакетов при ультразвуковых исследованиях в шпурах и скважинах // Горная геология, геомеханика и маркшейдерия. Сб. научных докладов. Донецк: УкрНИМИ HAH Украины, 2004.- с. 142-145.

29 Каспарьян Э.В. Устойчивость горных выработок в скальных породах. - Л.: Наука, 1985.- 183 с.

30 Шкуратник В.Л., Данилов Г.В. Исследование влияния напряжений на скорость распространения упругих волн в окрестности эллиптической горной выработки // ФТПРПИ. - 2005, №3. с. 3-10.

31 Турчанинов И.А., Панин В.И. Геофизические методы определения и контроля напряжений в массиве. Л., «Наука», 1976, - 163 с.

32 Борис И.Н., Авсарагов Х.Б. Ядерно-геофизические методы опробирования при добыче и переработки минерального сырья. -Л., изд. «Наука», 1972. -149 с.

33 Гулин А.Ю. О характере зависимости показаний нейтронного каротажа от пористости пород. "Прикладная геофизика", вып.72, М.,"Недра",1973, с. 204-214.

34 Колесников В.П., Геник И.В., Пронин В.П. Опыт применения низкочастотных методов электроразведки в шахтных условиях Верхнекамского месторождения калийных солей // горная наука на рубеже XXI века. Екатеринбург, 1998, с. 330-335.

35 Линецкий А. П. Исследование напряженно деформированного состояния кровли выбросоопасного угольного пласта электрометрическим методом.// Управление горным давлением и борьба с горными ударами. -JL, 1980, с. 109-111.

36 Тарасов Б. Г., Дырдин В. В. Исследование зависимости электрофизических свойств каменных углей от механический напряжений.// Подземная разработка мощных угольных пластов : Межвузов, сб. Кемерово. - Вып. 3. -1976, с. 166-184.

37 Дырдин В. В. О влиянии влажности на результаты электрометрических измерений при контроле напряженного состояния краевых зон угольных пластов.//Уголь. -1989. -№1, с. 11-13.

38 Орлов Л.И., Гимаев P.C. Влияние горного давления на электрическое сопротивление карбонатных пород. - В кн.: Прикладная геофизика, вып 33. М., Гостоптехиздат, 1962, с. 86-91.

39 Пархоменко Э.И. Электрические свойства горных пород. М., «Наука», 1965,- 164 с.

40 Анцыферов М.С., Константинова Л.Г., Переверзев Л.Б. Сейсмоакустиче-ские исследования в угольных шахтах. — М.: Изд-во АН СССР, 1980. -132 с.

41 Болотин Ю.И. Об измерениях координат и энергии акустической эмиссии в массивах горных пород// Дефектоскопия, 1993. №3, с. 26-29.

42 Мусин А.И., Бакаев И.Т., Овсянников П.И. Применение микросейсмического метода для исследования массива горных пород. М., Госгортехиз-дат, 1962. - 85 с.

43 Kaiser J. Erkenntnisse und Folgerungen aus der Messung von Geräuschen bei Zugbeanspruchimg von metallischen Werkstoffen//Archiv fur das Eisenhuttenwesen. 1953. Vol. 24. No. 1/2. P. 43—45.

44 Ржевский В.В., Ямщиков B.C., Шкуратник B.JÏ. Эмиссионные эффекты "памяти" в горных породах // Доклады АН СССР. 1983. Т. 273. № 5, с. 1094-1097

45 Kanagawa T., Hayashi M., Nakasa H. Estimation of spatial geo-stress components in rock samples using the Kaiser effect//Centr. Res. Inst, of Electric Power Ind. (CRIEPI) Report No. 375017. — Abiko, Japan, 1976.

46 Yoshikawa S., Mogi K. A new method for estimation of the crustal stress from cored rock samples: laboratory study in the case of uniaxial compres-sion//Tectonophysics. 1981. Vol. 74. No. 3/4. P. 323—339.

47 Петровский M.A., Панасьян Jl.JI. Экспериментальное исследование эффекта Кайзера в горных породах//Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 1983. № 3, с. 98- 101.

48 Ямщиков B.C., Шкуратник B.JI., Лыков К.Г. Измерение напряжений в массиве горных пород на основе эмиссионных эффектов па-мяти//ФТПРПИ. 1990. № 2, с. 23-28.

49 Шкуратник, В.Л., Лавров A.B. Эффекты памяти в горных породах. Физические закономерности, теоретические модели. - М.: Изд. Академии горных наук, 1997. - 159 с.

50 Интерюнис. Системы промышленного мониторинга [Офиц. сайт]. URL: www.interunis.ru (дата обращения 26.11.2012).

51 Свидетельство о гос. Регистрации программы для ЭВМ №2008612012 «Система информационного сопровождения испытаний материалов, горных пород и изделий «Davs», версия 1.0».

52 Шкуратник В.Л., Николенко П.В. Об использовании эффекта Кайзера в эпоксидной смоле с кварцевым наполнителем для оценки напряжений в массиве горных пород // Отдельный выпуск Горного Информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). - М.: «Издательство «Горная книга». - 2012. - № OBI. - С. 97-104.

53 Лавров A.B., Шкуратник В.Л., Филимонов Ю.Л. Акустоэмисионный эффект памяти в горных породах. М.:Издательство Московского государственного горного университета. 2004, 450 с.

54 Колл. авторов. Под научной редакцией Ю.С. Карабасова. Новые Материалы. - М: «МИСИС» - 2002 - 736 с.

55 Николенко П.В. Экспериментальное исследование эффекта Кайзера в некоторых композиционных материалах // Сборник трудов Научной конференции «Сессия Научного совета РАН по акустике и XXV сессия Российского акустического общества». T.I - М.: ГЕОС, 2012. - С. 337 - 340.

56 Шкуратник В.Л., Николенко П.В. О проявлениях эффекта Кайзера в пье-зокерамике и возможности их использования в задачах геоконтроля // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал).-2011. №4. - С. 146-151.

57 ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения // М.: Изд-во стандартов. - 1988. - 14с.

58 Способ определения напряжений в массиве горных пород: заявка 2011137658/03 (056141), Рос. Федерация: МПК Е21С 39/00 / Шкуратник В.Л., Николенко П.В., Рубан А.Д., Кормнов A.A. (Рос. Федерация); заявитель ФГБОУ ВПО МГГУ; заявл. 14.09.2011; приоритет 14.09.2011 (Решение о выдачи патента на изобретение от 02.02.2013).

59 Николенко П.В. Компьютерное моделирование способа оценки напряжений в массиве горных пород, основанного на эффекте Кайзера в композиционных материалах // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2012. - №5. - С. 385 - 389.

60 Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. -М.: Мир, 1975. - 318 с.

61 Ли Г., Невилл К, Справочное руководство по эпоксидным смолам, пер. с англ., М., 1973; Розенберг Б. А., "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1989, т. 34, № 5, с. 453-59; Ероху resins: chemistry and technology, ed. by С. A. May, 2 ed., N. Y.- Basel, 1988.

62 Физические величины: Справочник/А.П. Бабичев, H.A. Бабушкина, A.M. Братковский и др.; Под. Ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М.; Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с. - ISBN 5-283-04013-5

63 Способ определения изменения напряженного состояния горного массива: заявка 2011147713/03 (071550), рос. Федерация: МПК Е21С 39/00 / Шкуратник В.Л., Николенко П.В., Корчак A.B. (Рос. Федерация) заявитель ФГБОУ ВПО МГГУ; заявл. 24.11.2011; приоритет 24.11.2011 (Решение о выдачи патента на изобретение от 04.02.2013).

64 Разработка акустических способов и средств геоконтроля в условиях горнотехнических помех различной физической природы [Текст] : авторефе-

рат диссертации на соискание ученой степени д-ра техн. наук: 05.15.11 / В. Л. Шкуратник. - М., 1991. - 30 е.: ил.

65 Добротворский И. Н. Теория электрических цепей: Учебник для техникумов. — М.: Радио и связь, 1989. - 472 с: ил.

66 Воусе, G.L., 1981. A study of acoustic emission response of various rock types. Master of Science. Pennsylvania, USA: Drexel University.

67 Hardy, H.R.Jr., Zhang D., Zelanko J.C. Recent studies of Kaiser Effect in geological materials. Proceeding 4th Conference on Acoustic Emission / Micro-seismic Activity in Geological Structures and Materials, Pennsylvania State University, Trans Tech Publication, Clausthal, Germany, 1985, pp. 27-55.

68 Momayezzadeh, M, 1993. Stress Memory Measurement using the Kaiser Effect of Acoustic Emission. Doctor of Philosophy. Montreal, Canada: McGill University.

69 Шкуратник В.Л., Николенко П.В. Методика интерпретации акустико-эмиссионных измерений при использовании эффекта Кайзера для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород // Горный журнал. - 2012. - №9. - С. 44-47.

70 Акустическая диагностика и контроль на предприятиях топливно-энергетического комплекса / В.М. Баранов, А.И. Гриценко, A.M. Карасе-вич и др. - М.: Наука, 1998. - 304 с.

71 Пат. 2439514 Российская Федерация МПК Е21С 39/00. Способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления/ В.Л. Шкуратник, П.В. Нико-ленко, А.Д. Рубан, А.А. Кормнов, опубл. 10.01.2012 Бюл. №1

72 Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и рассыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ

03-553-03) - М.: Деан, 2004. - 208 С.