Определение скорости распространения продольных волн в отдельностях горных пород

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ…………………………………………..................
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………...…..…...
Задание 1 Определение скорости распространения продольных волн в отдельностях горных пород………………………………………………………………..….
Задание 2 Измерение скоростей Cp методом продольного профилирования……........
Задание 3.1 Определение параметров массива горных пород по акустическим характеристикам продольных волн………………………………..………….
Задание 3.2 Выбор рабочей частоты акустических преобразователей……...……………

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ВАРИАНТ 10

 

Задание 1

(Определение скорости распространения продольных волн в отдельностях горных пород)

 

Радиус образца r=34мм

h_max=140мм

t_з=12,0мкс

t_p=45,33мкс

Уровень значимости α=0,98

Коэффициент вариации ρс=3,0%

Требуемая точность εс=2,0%

 

Задание 2

(Измерение скоростей C_p методом продольного профилирования)

 

Расстояние от бровки уступа L=5.0м

Расстояние между пр. S=20м

Шаг съемки Δ=4м

l₁=l₂=l₃=20м

Δt₁=5.84мс

Δt₁+Δt₂=17.09мс

Δt₁+Δt₂+Δt₃=22.93мс

 

Задание 3

(Определение параметров массива горных пород по акустическим характеристикам продольных волн)

 

Заполнитель трещин – воздух

C_возд=330м/с

ρ_пор=2350кг/м³

d_тр=0.1мм

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Трещиноватость является основной физико-химической характеристикой горных пород. Значение степени трещиноватости массива необходимо при решении самых различных задач горнотехнического производства: при оценке устойчивости горных выработок в условиях подземной разработки месторождений, при прогнозировании различного вида динамических явлений, при сооружении шахтных стволов специальными методами с использованием тампонажа горных пород, при проектировании буровзрывных работ в условиях карьеров и для решения целого ряда других задач.

Массив горных пород характеризуется наличием трещин трех порядков. Наиболее существенными с точки зрения влияния на технологические процессы являются трещины третьего порядка. К этим трещинам относятся эндогенные и тектонические трещины, трещины выветривания и искусственного происхождения, образующиеся в породах при ведении горных работ. Трещины третьего порядка имеют значительное простирание, величина их раскрытия измеряется от 10-6 до 10-1м. Трещин третьего порядка делят породы на структурные элементы – отдельности.

Количественно трещиноватость массива горных пород определяется рядом параметров, к основным из которых можно отнести степень трещиноватости системы трещин по i-му направлению

,

где d – раскрытие трещин;

H – расстояние между трещинами в i-том направлении

Существует целый комплекс методов изучения трещиноватости: прямые (геологические) и косвенные (физические), среди которых можно выделить: оценку трещиноватости по керну; изучение трещиноватости стенок скважин с помощью буроскопов, кавернометров, кино-телеаппаратуры; гидравлическое опробование скважины; электрические, ядрено-физические и магнитные методы; акустические методы. Наиболее перспективными среди указанных физических методов оценки трещиноватости являются акустические методы. В связи с их информативностью, возможностью изучать трещиноватость на больших глубинах и в удалении их от обнаженной поверхности при слабой зависимости результатов измерения от изменения свойств породы и породозаполнителя и при одновременной оперативности, относительной простоте их осуществления и возможности интерпретации результатов измерения.

Для оценки трещиноватости массива горных пород акустическими методами в качестве информативных характеристик используют изменения значений акустических скоростей распространения продольных, поперечных и поверхностных волн, коэффициент затухания эти волн, а также частотные и фазовые спектры упругих импульсов.

Особое значение акустический метод оценки трещиноватости массива горных пород имеет при проектировании буровзрывных работ и картировании карьерных полей в условиях открытых работ, так как в отличие от традиционных методов он позволяет обеспечивать прогнозные оценки на длительный период времени.

В условиях карьера качество взорванной массы, также выбор параметров схем взрывания в большей степени определяются степенью трещиноватости или блочностью. Потребность получения горной массы с кусками требуемых размеров обуславливает необходимость районирования карьерного поля на участки с одинаковой степенью трещиноватости (блочности) пород и выбор параметров и технологии взрывных работ в соответствии с ней. Причем при проектировании буровзрывных работ в условиях карьера необходимо не только знать степень трещиноватости, но и направление главной системы трещин, определяемое обычно в ультразвуковом диапазоне частот метод прозвучивания.

 

 

 

Задание 1

Определение скорости распространения продольных волн в отдельностях горных пород.

 

Скорость продольной волны C₀ непосредственно в массиве измерить невозможно, поэтому оценку величины C₀ производят, измеряя скорость распространения продольных вол в образцах C_обр, полученных из отдельностей, приближаясь в к условиям измерения в неограниченном массиве путем выбора размеров образцов и частоты упругой волны.

Образцы могут быть изготовлены из кернов, полученных при бурении, или из блоков горных пород. Наиболее удобными являются образцы в виде цилиндра, размеры которого выбираются из следующих условий:

 

h≥2ø=4r и h<h_max,

где r - радиус;

h_max=140мм – максимально возможная длина образца, при которой он не разрушается вследствие трещиноватости;

ø=68мм – диаметр образца;

Для того, чтобы измерения на образцах были подобны измерениям в неограниченном массиве горных пород, необходимо, чтобы

λ≤r,

где – длина волны, распространяющейся в образце.

 

Исходя из ТЗ (r=λ=34мм=0.034м) примем h=140мм.

 

Измерение скорости упругих волн на образцах производится с помощью ультразвуковой аппаратуры УКБ-1М, УК-10П, УК-14П, УК-15П, в комплект которой входит набор ультразвуковых преобразователей с различными собственными частотами f₀, величина которых и определяет частоту волны, распространяющейся в образце:

Причем должно соблюдаться следующее условие: (1)

Скорость C₀ определяется по методике прозвучивания:

,

Где t_p - измеренное время распространения первого вступления продольной волны в образце, t_з - время задержки импульса в аппаратуре и преобразователях.

 

Тогда

Из условия (1) примем

 

Для определения числа образцов используем таблицу 1П (Определение необходимого числа образцов с использованием распределения Стьюдента по заданному отношению .

 

Так как

 

Задание 2