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
hmax=140мм
tз=12,0мкс
tp=45,33мкс
Уровень значимости α=0,98
Коэффициент вариации ρс=3,0%
Требуемая точность εс=2,0%
Задание 2
(Измерение скоростей Cp 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
Cвозд=330м/с
ρпор=2350кг/м3
dтр=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 Cобр, 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<hmax,
где r - радиус;
hmax=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 tp - измеренное время распространения первого вступления продольной волны в образце, tз - 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