Спосіб оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделі гірського масиву

Номер патенту: 111276

Опубліковано: 11.04.2016

Автори: Іщенко Костянтин Степанович, Кратковський Ігор Леонідович

Є ще 6 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделі гірського масиву, який включає в себе визначення в місці закладання підготовчої виробки напрямку її проведення, буріння в характерних зонах по її перерізу розвідувальних свердловин (шпурів), відбір орієнтованих кернів, формування на кернах в лабораторних умовах зрізів, що є зразками моделі гірського масиву, по трьох взаємно перпендикулярних площинах, визначення в них координат вектора лінійності агрегатів породоутворюючих мінералів, виготовлення з них орієнтованих петрографічних шліфів, встановлення по мінеральних зернах морфологічних особливостей, інтенсивності та просторового положення виділених мікротріщин і визначення напрямку лінійної структури порід, який відрізняється тим, що для визначення напрямку вказаної лінійної структури зразки моделі гірського масиву протравлюють плавиковою кислотою і встановлюють за допомогою гірничого компаса орієнтировку мінеральних частинок шляхом виміру азимуту кутів між нанесеною горизонтальною проекцією вектора лінійності мінеральних агрегатів та напрямку виділених мінеральних частинок на орієнтованих протравлених зразках моделі гірського масиву, визначають координати вектора лінійності мінеральних агрегатів, далі на одних з підготовлених зразків моделі гірського масиву бурять один, а на інших - декілька шпурів, починаючи з компенсаційної порожнини в центрі, а навкруг неї - шпури в вершинах вписаного квадрата по радіусу, рівному (2-3)dкп, де dкп - діаметр компенсаційної порожнини, потім в шпурах розміщують високобризантну ВР, встановлюють ініціатори і комутують вибухову мережу, підготовлені зразки моделі гірського масиву розташовують у вибуховій камері і підривають, навантажені після вибуху зразки моделі гірського масиву заливають епоксидною смолою, після твердіння смоли зі зразків моделі гірського масиву виготовлюють потовщені прозорі шліфи, по яких світлооптичним методом оцінюють характер руйнування зразків моделі гірського масиву, тобто напрямок розвитку знов утворених вибухом мікротріщин, фракційний та мінералогічний склад зруйнованих фрагментів, та його зв'язок з просторовим положенням вектора лінійності мінеральних агрегатів у породах різного генезису.

Текст

Реферат: Винахід належить до гірничої промисловості, а саме до способу оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах. Спосіб включає визначення напрямку проведення підготовчої виробки, буріння розвідувальних свердловин, відбір орієнтованих кернів, формування на кернах зрізів, що є зразками моделі гірського масиву, виготовлення з них орієнтованих петрографічних шліфів. В способі здійснюють встановлення по мінеральних зернах морфологічних особливостей, інтенсивності та просторового положення виділених мікротріщин і визначення напрямку лінійної структури порід. Згідно з винаходом, для визначення напрямку вказаної лінійної структури зразки протравлюють плавиковою кислотою і встановлюють за допомогою гірничого компасу орієнтировку мінеральних частинок шляхом виміру азимуту кутів між нанесеною горизонтальною проекцією вектора лінійності мінеральних агрегатів та напрямку виділених мінеральних частинок на орієнтованих протравлених зразках, визначають координати вектора лінійності мінеральних агрегатів. На зразках бурять шпури, встановлюють ініціатори і комутують вибухову мережу. Зразки розташовують у вибуховій камері і підривають, навантажені після вибуху зразки моделі гірського масиву заливають епоксидною смолою. Після твердіння смоли зі зразків виготовлюють потовщені прозорі шліфи, по яких світлооптичним методом оцінюють характер руйнування зразків моделі гірського масиву. Винахід дозволяє одержати достовірні і обґрунтовані дані при руйнуванні масивів гірських порід вибухом і може бути використаний для обґрунтування раціональних параметрів зарядів в свердловинах (шпурах) та розташування їх в вибої при веденні буропідривних робіт. UA 111276 C2 (12) UA 111276 C2 UA 111276 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи, а саме для моделювання процесів, які протікають в масиві гірських порід під впливом динамічних навантажень під час руйнування напружених середовищ, а також для оцінки цих змін різними методами. Відомі способи оцінки структурних особливостей та енергетичних параметрів руйнування гірських порід при різних видах навантажень, які включають відбір зразків у масиві, їх випробування в лабораторних умовах щодо визначення їх фізико-механічних характеристик та оцінці структурних змін і енергетичних параметрів в процесі руйнування зразків порід при різних видах навантаження [1,2]. Найбільш близьким аналогом по своїй суті та досягуваному результату в порівнянні з вибраним технічним рішенням, є спосіб прогнозної оцінки напружно-деформованого стану масиву гірських порід у забої виробки, який включає визначення в місці закладання підготовчої виробки напрямку її проведення, буріння в характерних зонах по її перерізу розвідувальних свердловин (шпурів), відбір орієнтованих кернів, формування на кернах в лабораторних умовах зрізів, що є зразками моделі гірського масиву, по трьох взаємно перпендикулярних площинах, визначення в них координатів вектора лінійності агрегатів породоутворюючих мінералів, виготовлення з них орієнтованих петрографічних шліфів, встановлення по мінеральних зернах морфологічних особливостей, інтенсивності та просторового положення виділених мікротріщин і визначення напрямку лінійної структури порід [3]. Однак приведений спосіб має недоліки. Він не дозволяє оцінити характер тріщиноутворення при вибуховому руйнуванні зразків моделей масиву гірських порід відносно просторового положення (координат) вектора лінійності мінеральних частинок з різними фізико-механічними властивостями. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделей гірського масиву, за рахунок введення нових технологічних операцій, які полягають в відбиранні кернів з геологорозвідувальних свердловин, пробурених в підготовленій виробці по її перерізу в характерних зонах, підготовці з відібраних кернів зрізів - еталонного, для шліфів і зразків моделі гірського масиву для встановлення морфологічних особливостей, інтенсивності ІТРі та просторового положення виділених мікротріщин, протравленні зразків моделі гірського масиву, бурінні в орієнтованій обробленій кислотою зразків моделі гірського масиву компенсаційної та вибухових порожнин, заряджанню їх вибуховою речовиною і підриванню зарядів ВР та оцінці за допомогою методу оптичної мікроскопії характеру руйнування та напрямку розвитку мікротріщин, фракційного та мінералогічного складу зруйнованих фрагментів різних типів порід складної будови, що дозволяє підвищити точність, обґрунтованість і достовірність отриманих даних при виконанні експериментальних досліджень, і, як наслідок, знизити витрати на буропідривні роботи та підвищити їх ефективність при руйнуванні анізотропних гірських порід. Поставлена задача вирішується тим, що в способі оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделі гірського масиву, який включає в себе визначення в місці закладання підготовчої виробки напрямку її проведення, буріння в характерних зонах по її перерізу розвідувальних свердловин (шпурів), відбір орієнтованих кернів, формування на кернах в лабораторних умовах зрізів, що є зразками моделі гірського масиву, по трьох взаємно перпендикулярних площинах, визначення в них координат вектора лінійності агрегатів породоутворюючих мінералів, виготовлення з них орієнтованих петрографічних шліфів, встановлення по мінеральних зернах морфологічних особливостей, інтенсивності та просторового положення виділених мікротріщин і визначення напрямку лінійної структури порід, згідно з винаходом, для визначення напрямку вказаної лінійної структури зразки моделі гірського масиву протравлюють плавиковою кислотою і встановлюють за допомогою гірничого компасу орієнтировку мінеральних частинок шляхом виміру азимуту кутів між нанесеною горизонтальною проекцією вектора лінійності мінеральних агрегатів та напрямку виділених мінеральних частинок на орієнтованих протравлених зразках моделі гірського масиву, визначають координати вектора лінійності мінеральних агрегатів, далі на одних з підготовлених зразків моделі гірського масиву бурять один, а на інших - декілька шпурів, починаючи з компенсаційної порожнини в центрі, а навкруг неї - шпури в вершинах вписаного квадрата по радіусу, рівному (2-3)dкп, де dкп - діаметр компенсаційної порожнини, потім в шпурах розміщують високобризантну ВР, встановлюють ініціатори і комутують вибухову мережу, підготовлені зразки моделі гірського масиву розташовують у вибуховій камері і підривають, навантажені після вибуху зразки моделі гірського масиву заливають епоксидною смолою, після твердіння смоли з зразків моделі гірського масиву виготовлюють потовщені прозорі шліфи, по яких світлооптичним методом оцінюють характер руйнування зразків моделі 1 UA 111276 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 гірського масиву, тобто напрямок розвитку знов утворених вибухом мікротріщин, фракційний та мінералогічний склад зруйнованих фрагментів, та його зв'язок з просторовим положенням вектору лінійності мінеральних агрегатів у породах різного генезису. В запропонованому способі оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделі гірського масиву, ефективність і технічний результат досягається за рахунок введення нових технологічних операцій, які полягають в відбиранні орієнтованих кернів з геологорозвідувальних свердловин, пробурених в підготовленій виробці по її перерізу в характерних зонах, підготовці з відібраних кернів зрізів еталонного, для шліфів і зразків моделей гірського масиву для встановлення морфологічних особливостей, інтенсивності ІТРі; та просторового положення виділених мікротріщин, протравлення зразків моделей гірського масиву, бурінні в орієнтованих оброблених кислотою зразках моделі гірського масиву компенсаційної та вибухових порожнин, заряджанню їх вибуховою речовиною і підриванню зарядів ВР та оцінці за допомогою методу оптичної мікроскопії характеру руйнування та встановлення напрямку розвитку мікротріщин, фракційного та мінералогічного складу зруйнованих фрагментів різних типів порід складної будови, що дозволяє підвищити достовірність і обґрунтованість при оцінці впливу динамічного навантаження, і, як наслідок, отримати напрямок і густину розвитку мікротріщин при виконанні експериментальних досліджень та з урахуванням яких розробити рекомендації, щодо зниження витрат на буропідривні роботи та підвищення їх ефективності при руйнуванні анізотропних гірських порід. Суть винаходу пояснюється кресленнями та схемами: Фіг. 1- зображені поперечний розріз гірничої виробки з розташованими у характерних точках пробуреними свердловинами (шпурами), орієнтований у координатах Зандера керн гірської породи з гірничим компасом; Фіг. 2 - прилад для відбору орієнтованих кернів; Фіг. 3, Фіг. 4 - орієнтовані петрографічні шліфи, виготовлені з керну гранітів з вмістом урану Ватутінського родовища; Фіг. 5, Фіг. 6 - поверхні зразків моделі гірського масиву з вмістом урану Ватутінського родовища, протравлених плавиковою кислотою зі зрізами паралельними та перпендикулярними лінійності мінеральних агрегатів; Фіг. 7, Фіг. 8 - орієнтований штуф породи, петрографічні шліфи, виготовлені з орієнтованого керну, відібраного в забої виробки; Фіг. 9, Фіг. 10 - моделі, підготовлені до руйнування з одним шпуром і комплектом шпурів з компенсаційною порожниною; Фіг. 11; Фіг. 12 - зразки моделі гірського масиву в вибуховій камері до руйнування і після руйнування; Фіг. 13 вертикальний зріз зразка моделі гірського масиву з гранітного штуфа Ватутінського родовища, зруйнованого міні-зарядом ВР з наведеними тріщинами; Фіг. 14 - мікрофотографія Ватутінського граніту, зруйнованого міні-зарядом ВР зі знов утвореними тріщинами (збільшення у 300 разів); Фіг. 15 - мікрофотографія зразку моделі гірського масиву Ватутінського граніту, зруйнованого чотирма міні-зарядами ВР з компенсаційною порожниною (потовщений нестандартний шліф). Спосіб оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на моделях реалізується у такій послідовності. В масиві гірських порід (Фіг.1), на початку, у місці закладання підготовчої гірничої виробки (1), наприклад, буровий штрек, гор. 473 м 30-ї осі ш. Смолінсь-ка ДП "СхідГЗК", визначають напрямок її проведення, потім по її перерізу, тобто у забої, в характерних зонах (наприклад, по периметру і в центрі) буровим станком НКР-100М бурять геологорозвідувальні свердловини (шпури 2) діаметром 75-100 мм на глибину 0,5ℓсврд, здійснюють відбір орієнтованих кернів (3) за допомогою, наприклад, стандартного керновідбірника (Фіг. 2) і гірничого компасу (Фіг. 1; 4). Після цього буровий став виймають зі свердловини (2), демонтують його і на його місце ТM монтують керновідбірник (5), наприклад, EZY-MARK , для відбору орієнтованого керну і після цього опускають його (вставляють) в підготовлені свердловини в оболонці (6). Далі керновідбірником (5) надрізають керн (7) в свердловині (2) і разом з буровим ставом виймають із свердловини зафіксований керн (7), а на ґрунті виробки за допомогою олівця наносять слід (8) орієнтації керну (7) відносно сторін світу (N-S). Відібрані орієнтовані керни в лабораторних умовах на горизонтальній поверхні станка для різання каменю за допомогою гіпсового тіста (гіпс+вода) закріпляють. Далі за допомогою регулюючих механізмів горизонтальна поверхня приладу регулюється під кут 90° відносно алмазного диску, вмикається прилад і здійснюють декілька зрізів на кернах. Для першої серії досліджень: спочатку алмазним диском формують зрізи - еталонний зразок моделі гірського масиву завтовшки 3-5 мм, далі для виготовлення шліфів - 1,0 мм, зразки моделі гірського масиву завтовшки 13-15 мм. Із підготовлених зрізів порід різного генезису виготовляють орієнтовані прозорі шліфи (Фіг. 3, Фіг. 4). Виготовлення зразків моделі гірського масиву і проведення досліджень з їх використанням виконують згідно з діючими Держстандартами. 2 UA 111276 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На підготовлених орієнтованих прозорих петрографічних шліфах, наприклад, шліфи гранітів з вмістом урану Ватутінського родовища, по яких за допомогою поліризаційного мікроскопа МП2 (Фіг. 3, Фіг. 4 збільшення від 2,5х до 400х) або інтегратора ИСА універсального столика ФС-5 по методу Федорова [4] вивчають мікроструктуру і встановлюють орієнтировку дефектів внутрішньої будови для кількісних розрахунків мінералогічного складу досліджуваної породи, морфологічні особливості та інтенсивність ІТРі мікротріщин, а за допомогою універсального столика Федорова, наприклад, столик ФС-5 - просторове положення виділених мікротріщин і картину розподілу мікротріщин в зоні, яка граничить з зарядною порожниною. Проведене за допомогою поляризаційного мікроскопа МП- 2 по виготовлених прозорих шліфах (Фіг. 3, Фіг. 4) кварцових порід вивчення структурних особливостей і мінералогічного складу гранітів, що містять уран, показало наступне. Граніт рожевий мілко- і середньозернистий з вмістом урану (Ватутінське родовище, Кіровоградська обл.). Мінералогічний склад: головні мінерали - кислий плагіоклаз (альбітолігоклаз № 20-30) - 40-45 %; амфіболи лужного ряду зеленувато-бурі групи рибекиту - 16 %; амфіболи безкольорові групи тремоліт-актиноліту - 4 %; кварц мозаїчної структури зі слідами грануляції і залікованими мікротріщинами у вигляді субвертикальних смужок газово-рідинних включень -20-25 %; другорядні мінерали - кальціт у вигляді пелітоморфних зерен в польових шпатах+апатит (усередині акцесорних мінералів) + незначна кількість біотиту темно-бурого 15 %; акцесорні мінерали - ортіт (усередині скупчень амфи-болів) + торіт в мікротріщинах плагіоклазу+сфен (усередині акцесорних ортиту і ториту) - 5 %. Для другої серії запланованих досліджень на відібраних кернах формують зрізи по трьох взаємно перпендикулярних площинах і встановлюють за допомогою гірничого компасу орієнтировку мінеральних частинок шляхом виміру азимуту кутів між нанесеною горизонтальною проекцією вектора лінійності мінеральних агрегатів та напрямку виділених мінеральних частинок на орієнтованих протравлених зразках моделі гірського масиву, визначають координати вектора лінійності мінеральних агрегатів методом хімтруєння поверхонь концентрованою плавиковою кислотою [5]. При впливу плавикової кислоти (HF) на полімінеральну породу, діоксид кременю SiO2, який входить в її склад, формує з HF газоподібний фторид кременю SiF4, який, в свою чергу, реагує з молекулами HF зі створенням водного розчину гексафторокремневої (кремнефтороводної) кислоти H2[SiF6]. Разом з тим, при реакції алюмосилікатів (польових шпатів, слюд) з HF створюється складні розчини з'єднань фтористого алюмінію. В результаті травлення на обробленій поверхні з'являються зерна кварцу на фоні зруйнованих кислотою польових шпатів, при цьому орієнтировку мінеральних часток встановлюють шляхом виміру азимуту кутів між нанесеною горизонтальною проекцією вектора лінійності мінеральних агрегатів Lnp (9) та напрямку виділених мінеральних частинок на орієнтованих протравлених зразках за допомогою гірничого компасу, де Lnp - горизонтальна проекція вектора лінійності (Фіг. 5, Фіг. 6). По отриманих показниках визначено напрямок (просторове положення) лінійної структури породоутворюючих мінералів: а саме азимут падіння 182° і кут занурення 10° площини уплащення кварцових агрегатів, а також визначені в площині уплащення кварцових агрегатів координати вектора їх лінійності, тобто азимут напрямку вектора лінійності 186° та кут його занурення 7°. Потім по характеру візерунка травлення на зрізах (10) зразків моделі гірського масиву (11) визначають напрямки структурних осей Зандера (12) [6] a, b і с (Фіг. 7) і їх координати: а (96° азимут напрямку; 0° - кут занурення), b (186° - азимут напрямку; 7° - кут занурення), с (186° азимут напрямку; 83° - кут здіймання), де а - вісь, що лежить у площині уплащення агрегатів мінеральних зерен і, як правило, співпадає з її простяганням, вісь b співпадає з лінійністю подовжених агрегатів мінеральних зерен, вісь с орієнтована нормально до площини уплащення. Усі три осі ортогональні відносно одна до одної. Далі, у площинах зрізів (10) ортогонально цим осям виготовлені орієнтовані три взаємноперпендикулярні петрографічні шліфи: один (13) паралельно площині ас (14) і перпендикулярно осі b, другий (15) паралельно площині bc (16) і перпендикулярно осі а і третій (17) паралельно площині ab (18) і перпендикулярно осі с. Після цього на предметне скло шліфів наносять відповідне маркування (Фіг. 7). У петрографічних шліфах (Фіг. 8, 19) по мінеральних зернах за допомогою світлооптичного мікроскопа МП-2 (20) з освітлювачем (21) встановлюють на інтеграторі (22), наприклад, інтеграторі марки ИСА, змонтованому на предметному столику мікроскопу, морфологічні особливості та інтенсивність мікротріщин: першого, другого і третього порядку - Iтр1, Iтр2, Iтр3, а за допомогою універсального столика Федорова (23), наприклад, столик ФС-5 [6] просторове положення виділених мікротріщин, а слідом, з урахуванням просторового положення лінійної структури породи, проводять ідентифікацію головних систем мікротріщин (Тр1, Тр2 і Тр3) (Фіг. 8). 3 UA 111276 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вивчення картини розподілу мікротріщин в зоні, яка граничить з зарядною порожниною, проводились на орієнтованих зразках моделі гірського масиву з граніту із вмістом урану Ватутінського родовища, які були відібрані в підготовчій виробці, наприклад, буровий штрек, гор. 473 м 30-ї осі ш. Смолінська ДП "СхідГЗК", із яких виготовляли блоки паралелопіпеїдальної форми і протравлювали їх плавиковою кислотою. Для оцінки картини розподілу мікротріщин при впливу на зразок моделі гірського масиву динамічного навантаження міні-заряду високобризантного ВР було заплановано декілька серій експериментальних досліджень: вивчення характеру просторового розподілу мікротріщин в зразках моделі гірського масиву в зоні, яка граничить з зарядною порожниною при їх вибуховому навантаженні; вивчення впливу орієнтації зерен (лінійності мінеральних агрегатів) на характер руйнування та розподіл мікротріщин в зразках моделі гірського масиву від вибуху міні-зарядів високобризантного ВР на компенсаційний простір. В першій серії досліджень на протравлених зразках моделей гірського масиву встановлюють орієнтировку вектора лінійності мінеральних агрегатів (Фіг. 5, 9), а щоб виключити вилив протравленої поверхні, зразки моделей гірського масиву шліфують, далі в центрі штуфа бурять циліндричну порожнину (24) діаметром 3-4 мм і глибиною 15 мм для розміщення в ній мінізаряду високобризантного ВР, наприклад тену (Фіг. 9). В другій серії - дослідження впливу анізотропії порід Ватутінского уранового родовища на характер розвитку систем мікротріщин при вибуху комплекту мінізарядів на компенсаційну порожнину будуть проводитися на зразках моделей гірського масиву, які представлені мілкозернистими гранітами, альбітітами, мігматитами. Далі на підготовлених зразках моделей гірського масиву в їх центрах - кубиках з ребром 50±5 мм на всю глибину зразка моделі гірського масиву бурять отвір (25) - компенсаційна порожнина діаметром 7-8 мм, а навкруги неї вибухові порожнини (шпури) (26) в вершинах вписаного квадрата по радіусу рівному (2-3)dкп, де dкп - діаметр компенсаційної порожнини, в кількості 4 штук, діаметром 3-4 мм (Фіг.10). Потім в шпурах розміщують високобризантне ВР, встановлюють ініціатори (27) і комутують вибухову мережу. Підготовлений зразок моделі гірського масиву розташовують в вибуховій камері (28) з демпферними прокладками (29) між стінкою і зразком моделі гірського масиву по периметру камери і підривають (Фіг. 11; Фіг. 12). Навантажений після вибуху зразок моделі гірського масиву (30) обережно виймають із вибухової камери (Фіг. 12, 25) і розміщують у форму і заливають епоксидною смолою. Після твердіння епоксидної смоли з горизонтальної поверхні зразка моделі гірського масиву виготовляють нестандартні потовщені прозорі шліфи, розміром 5 × 5 см і товщиною 100-150 мкм (Фіг. 13; Фіг. 14; Фіг. 15), по яких за допомогою світлооптичних методів (бінокулярний МПС-2 і поляризаційний МП-2 мікроскопи) вивчають характер руйнування, напрямок розвитку знов утворених вибухом мікротріщин, фракційний і мінералогічний склад зруйнованих вибухом фрагментів порід різного генезису. По характеру руйнування (напрямок розвитку знов утворених вибухом мікротріщин, фракційний та мінералогічний склад зруйнованих фрагментів) зразка моделі гірського масиву встановлюють його зв'язок з просторовим положенням вектора лінійності мінеральних агрегатів у породах різного генезису. Спосіб оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделі гірського масиву реалізується наступним чином. В масиві гірських порід (Фіг. 1), у місці закладання підготовчої гірничої виробки (1), наприклад, буровий штрек, гор. 473 м 30-ї осі ш. Смолінська ДП "СхідГЗК", визначають напрямок її проведення, потім по її перерізу, тобто у забої, в характерних зонах (наприклад, по периметру і центрі) буровим станком НКР-100М бурять геологорозвідувальні свердловини (шпури 2) діаметром 75-100 мм на глибину 0,5ℓсврд, здійснюють відбір орієнтованих кернів (3) за допомогою, наприклад, стандартного керновідбірника (Фіг. 2) і гірничого компасу (Фіг. 1; 4). Після цього буровий постав виймають зі свердловини (2), демонтують його і на його місце ТM монтують керновідбірник (5), наприклад, EZY-MARK , для відбору орієнтованого керну і після цього опускають його (вставляють) в підготовлені свердловини в оболонці (6). Далі керновідбірником (5) надрізають керн (7) в свердловині (2) і разом з буровим ставом виймають із свердловини зафіксований керн (7), а на ґрунті виробки за допомогою олівця наносять слід (8) орієнтації керну (7) відносно сторін світу (N-S). Відібрані орієнтовані керни (зразки породи) в лабораторних умовах станком для різання каменю здійснюють декілька зрізів на кернах. Для першої серії досліджень готують зрізи, спочатку еталонний завтовшки 3-5 мм, далі для виготовлення шліфа - 1,0 мм, зразки моделі гірського масиву завтовшки 13-15 мм. З підготовлених зрізів порід різного генезису виготовляють орієнтовані прозорі шліфи, шліфуючи і 4 UA 111276 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поліруючи зріз на шліфувальному приладі (Фіг. 3, Фіг. 4). Виготовлення зразків моделі гірського масиву і проведення досліджень з їх використанням виконують згідно з діючими Держстандартами. На підготовлених орієнтованих прозорих петрографічних шліфах, наприклад шліфи гранітів з вмістом урану Ватутінського родовища, по яких за допомогою поліризаційного мікроскопа МП2 (Фіг. 3, Фіг. 4 збільшення від 2,5х до 400х) або інтегратором ИСА і універсального столика ФС5 по методу Федорова вивчають мікроструктуру і орієнтировку дефектів внутрішньої будови для кількісних розрахунків мінералогічного складу досліджуваної породи, а також морфологічні особливості інтенсивності ІТРі мікротріщин, а за допомогою універсального столика Федорова, наприклад, столик ФС-5, просторове положення виділених мікротріщин і картину розподілу мікротріщин в зоні, яка граничить з зарядною порожниною. Для другої серії запланованих досліджень на відібраних кернах Формують зрізи по трьох взаємно перпендикулярних площинах і встановлюють за допомогою гірничого компасу орієнтировку мінеральних частинок шляхом виміру азимуту кутів між нанесеною горизонтальною проекцією вектора лінійності мінеральних агрегатів та напрямку виділених мінеральних частинок на орієнтованих протравлених зразках моделі гірського масиву, визначають координати вектора лінійності мінеральних агрегатів методом хімтруєння поверхонь концентрованою плавиковою кислотою. При впливу плавикової кислоти (HF) на полімінеральну породу, діоксид кременю SiO2, який входить в її склад, формує з HF газоподібний фторид кременю SiF4, який, в свою чергу, реагує з молекулами HF зі створенням водного розчину гексафторокремневої (кремнефтороводної) кислоти H2[SiF6]. Разом з тим, при реакції алюмосилікатів (польових шпатів, слюд) з HF створюється складні розчини з'єднань фтористого алюмінію. По результатах травлення на обробленій поверхні з'являються зерна кварцу на фоні зруйнованих кислотою польових шпатів, а орієнтировку мінеральних часток встановлюють шляхом виміру азимуту кутів між нанесеною горизонтальною проекцією вектора лінійності мінеральних агрегатів Lпp (9) та напрямку виділених мінеральних частинок на орієнтованих протравлених зразках моделей гірського масиву за допомогою гірничого компасу, де Lпp. горизонтальна проекція вектора лінійності (Фіг. 5, Фіг. 6). По отриманим показникам визначають напрямок (просторове положення) лінійної структури породоутворюючих мінералів: а саме азимут падіння 182° і кут занурення 10° площини уплащення кварцових агрегатів, а також визначені в площині уплащення кварцових агрегатів координати вектора їх лінійності, тобто азимут напрямку вектора лінійності 186° та кут його занурення 7°. Потім по характеру візерунка травлення на зрізах (10) зразків моделей гірського масиву (11) визначають напрямки структурних осей Зандера (12) a, b і с (Фіг. 7) і їх координати: а (96° азимут напрямку; 0° - кут занурення), b (186° - азимут напрямку; 7° - кут занурення), с (186° азимут напрямку; 83° - кут здіймання), де а - вісь, що лежить у площині уплащення агрегатів мінеральних зерен і, як правило, співпадає з її простяганням, вісь b співпадає з лінійністю подовжених агрегатів мінеральних зерен, вісь с орієнтована нормально до площини уплащення. Усі три осі ортогональні відносно одна до одної. Далі, у площинах зрізів (10) ортогонально цим осям виготовляють орієнтовані три взаємноперпендикулярні петрографічні шліфи: один (13) паралельно площині ас (14) і перпендикулярно осі b, другий (15) паралельно площині bс (16) і перпендикулярно осі а і третій (17) паралельно площині ab (IS) і перпендикулярно осі с. Після цього на підготовленому предметному склі шліфів наносять відповідне маркування (Фіг. 7). У петрографічних шліфах (Фіг. 8, 19) по мінеральних зернах за допомогою світлооптичного мікроскопа МП-2 (20) з освітлювачем (21) встановлюють на інтеграторі (22), наприклад, інтеграторі марки ИСА, змонтованому на предметному столику мікроскопа, морфологічні особливості інтенсивності мікротріщин: першого, другого і третього порядку - Iтр1, Iтр2, Iтр3, а за допомогою універсального столика Федорова (23), наприклад, столик ФС-5 просторове положення виділених мікротріщин, а слідом, з урахуванням просторового положення лінійної структури породи, проводять ідентифікацію головних систем мікротріщин (Тр1, Тр2 і Тр3) (Фіг.8). Для оцінки картини розподілу мікротріщин при впливі на зразок моделі гірського масиву динамічного навантаження міні-заряду високобризантного ВР було заплановано декілька серій експериментальних досліджень: вивчення характеру просторового розподілу мікротріщин в зразках моделі гірського масиву в зоні, яка граничить з зарядною порожниною при їх вибуховому навантаженні; вивчення впливу орієнтації зерен (лінійності мінеральних агрегатів) на характер руйнування та розподілу мікротріщин в зразках моделі гірського масиву від вибуху міні-зарядів високобризантного ВР на компенсаційний простір. 5 UA 111276 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 В першій серії досліджень на протравлених зразках моделей гірського масиву встановлюють орієнтировку вектора лінійності мінеральних агрегатів (Фіг. 5, 9), а щоб виключити вплив протравленої поверхні, зразки шліфують, далі в центрі штуфа бурять циліндрічну порожнину (24) діаметром 3-4 мм і глибиною 15 мм для розміщення в ній міні-заряду високобризантного ВР, наприклад тену (Фіг. 9). В другій серії - дослідження впливу анізотропії порід Ватутінского уранового родовища на характер розвитку систем мікротріщин при вибуху комплекту міні-зарядів на компенсаційну порожнину будуть проводити на зразках моделей гірського масиву, які представлені мілкозернистими гранітами, альбітитами, мігматитами. Далі на підготовлених зразках моделей гірського масиву в центрі її - кубиків з ребром 50±5 мм на всю глибину зразка бурять отвір (25) компенсаційна порожнина діаметром 7-8 мм, а навкруги неї - вибухові порожнини (шпури) (26) в вершинах вписаного квадрата по радіусу, рівному (2-3)dкп, де dкп - діаметр компенсаційної порожнини, в кількості 4 штук, діаметром 3-4 мм (Фіг. 10). Потім в шпурах розміщують високобризантне ВР, встановлюють ініціатори (27) і комутують вибухову мережу. Підготовлений зразок моделі гірського масиву розташовують в вибуховій камері (28) з демпферними прокладками (29) між стінкою і зразком моделі гірського масиву по периметру камери і підривають (Фіг. 11; Фіг. 12). Навантажений після вибуху зразок моделі гірського масиву (30) обережно виймають із вибухової камери (Фіг.12, 25) і розміщують у форму та заливають епоксидною смолою. Після твердіння епоксидної смоли з горизонтальної поверхні зразка моделі гірського масиву виготовляють нестандартні потовщені прозорі шліфи, розміром 5 × 5 см і товщиною 100-150 мкм (Фіг. 13; Фіг. 14; Фіг. 15), по яких за допомогою світлооптичних методів (бінокулярний МПС-2 і поляризаційний МП-2 мікроскопи) оцінюють характер руйнування, напрямок розвитку знов утворених вибухом мікротріщин, фракційний і мінералогічний склад зруйнованого вибухом зразка моделі гірського масиву різного генезису. Використання розробленого винаходу способу оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделі гірського масиву дозволить одержати достовірні і обґрунтовані дані при руйнуванні масивів гірських порід складної будови при динамічному навантаженні. Запропонований спосіб та методика проведення досліджень може бути використані для обґрунтування раціональних параметрів зарядів в свердловинах (шпурах) та розташування їх в вибої при веденні буропідривних робіт, і тим самим, знизити енергетичні витрати під час відбійки гірських порід на кар'єрах, глибоких шахтах і рудниках. Джерела інформації: 1. Пат. РФ № 2234073 RU, МКИ G 01 N 3/00. 2. Пат. РФ № 2322657 RU, МКИ 7 G 01 N 3/00, Е21С 39/00. 3. Пат. № 100054 Україна МПК G 01 N 3/00, Е21С 39/00. Спосіб прогнозної оцінки напружнодеформованого стану масиву гірських порід у забої виробки/ Іщенко К.С., Кратковський І.Л., Маметова Л.Ф.- заяв. № а2010 14549 від 06.12.2010. - надр. 12.11.2012, Бюл. № 21. 4. Саранчина, Г.М. Федоровский метод /Г.М. Саранчина. - Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1963. - 153 с. 5. Мяделец, Б.Н. Особенности внутреннего строения гранитов и методы их исследования /Б.Н. Мяделец, И.Л. Кратковский. - Днепропетровск, 1975. - 9 с. Рукопись деп. в ВИНИТИ 07.04.75. - № 933-75 Деп. 6. Sander, В. Gefugekunde der Gesteine /B.Sander. - Vienna, 1930. - 156 s. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 Спосіб оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделі гірського масиву, який включає в себе визначення в місці закладання підготовчої виробки напрямку її проведення, буріння в характерних зонах по її перерізу розвідувальних свердловин (шпурів), відбір орієнтованих кернів, формування на кернах в лабораторних умовах зрізів, що є зразками моделі гірського масиву, по трьох взаємно перпендикулярних площинах, визначення в них координат вектора лінійності агрегатів породоутворюючих мінералів, виготовлення з них орієнтованих петрографічних шліфів, встановлення по мінеральних зернах морфологічних особливостей, інтенсивності та просторового положення виділених мікротріщин і визначення напрямку лінійної структури порід, який відрізняється тим, що для визначення напрямку вказаної лінійної структури зразки моделі гірського масиву протравлюють плавиковою кислотою і встановлюють за допомогою гірничого компаса орієнтировку мінеральних частинок шляхом виміру азимуту кутів між нанесеною 6 UA 111276 C2 5 10 горизонтальною проекцією вектора лінійності мінеральних агрегатів та напрямку виділених мінеральних частинок на орієнтованих протравлених зразках моделі гірського масиву, визначають координати вектора лінійності мінеральних агрегатів, далі на одних з підготовлених зразків моделі гірського масиву бурять один, а на інших - декілька шпурів, починаючи з компенсаційної порожнини в центрі, а навкруг неї - шпури в вершинах вписаного квадрата по радіусу, рівному (2-3)dкп, де dкп - діаметр компенсаційної порожнини, потім в шпурах розміщують високобризантну ВР, встановлюють ініціатори і комутують вибухову мережу, підготовлені зразки моделі гірського масиву розташовують у вибуховій камері і підривають, навантажені після вибуху зразки моделі гірського масиву заливають епоксидною смолою, після твердіння смоли зі зразків моделі гірського масиву виготовлюють потовщені прозорі шліфи, по яких світлооптичним методом оцінюють характер руйнування зразків моделі гірського масиву, тобто напрямок розвитку знов утворених вибухом мікротріщин, фракційний та мінералогічний склад зруйнованих фрагментів, та його зв'язок з просторовим положенням вектора лінійності мінеральних агрегатів у породах різного генезису. 7 UA 111276 C2 8 UA 111276 C2 9 UA 111276 C2 10 UA 111276 C2 11 UA 111276 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for estimation of pattern cracking in rocks of complex structure at dynamic loads on massif model samples

Автори англійською

Ischenko Kostiantyn Stepanovych, Kratkovskyi Ihor Leonidovych

Назва патенту російською

Способ оценки характера трещинообразования в горных породах сложного строения при динамических нагрузках на образцах модели горного массива

Автори російською

Ищенко Константин Степанович, Кратковский Игорь Леонидович

МПК / Мітки

МПК: F42D 3/00, G01N 3/313, E21C 39/00

Мітки: зразках, складної, динамічному, породах, масиву, характеру, моделі, тріщиноутворення, будови, гірського, оцінки, гірських, спосіб, навантаженні

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/14-111276-sposib-ocinki-kharakteru-trishhinoutvorennya-v-girskikh-porodakh-skladno-budovi-pri-dinamichnomu-navantazhenni-na-zrazkakh-modeli-girskogo-masivu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб оцінки характеру тріщиноутворення в гірських породах складної будови при динамічному навантаженні на зразках моделі гірського масиву</a>

Подібні патенти