CC BY
42
УДК 550.34+622.831
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ДОЛОМИТА ПО ОБРАЗЦАМ КЕРНА СКВАЖИН
Василий Дмитриевич Барышников
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, заведующий лабораторией диагностики механического состояния массива горных пород, тел. (383)217-05-41, e-mail: vbar@misd.ru
Владислав Генрихович Качальский
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории диагностики механического состояния массива горных пород, тел. (383)217-05-15, e-mail: kwg@ngs.ru
Дмитрий Васильевич Барышников
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, научный сотрудник лаборатории диагностики механического состояния массива горных пород, тел. (383)217-05-15, e-mail: vbar@misd.ru
В статье приведено краткое описание программно-технических средств для определения деформационных свойств горных пород при одноосном нагружении образцов керна. Дана оценка основных деформационных характеристик доломита, выполнены статистическая обработка и анализ полученных результатов.
Ключевые слова: доломит, образец, тензометрическая система, измерительный комплекс, нагрузка, деформация, модуль упругости, коэффициент Пуассона.
LABORATORY TESTING OF DOLOMITE DEFORMATION CHARACTERISTICS USING CORE SAMPLES
Vasily D. Baryshnikov
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Candidate of Engineering Sciences, Head of Laboratory for Diagnostics of Mechanical Condition of Rocks, tel. (383)217-05-41, e-mail: vbar@misd.ru
Vladislav G. Kachalsky
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Senior Researcher, tel. (383)217-05-15, e-mail: kwg@ngs.ru
Dmitry V. Baryshnikov
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Researcher, Laboratory for Diagnostics of Mechanical Condition of Rocks, tel. (383)217-05-15, e-mail: vbar@misd.ru
The paper offers a brief description of hardware/software meant for assessment of deformation properties of rocks in uniaxial compression testing of core samples. The authors give estimates of basic deformation characteristics of dolomite and data of statistical processing and analysis of the test results.
Key words: dolomite, sample, strain-gauge system, measurement equipment, loading, deformation, elasticity modulus, Poisson's ratio.
В связи с увеличением глубины горных работ при отработке подкарьерных запасов на руднике «Айхал» АК «АЛРОСА» и планируемым переходом на камерную систему разработки с твердеющей закладкой, актуальны вопросы обоснования рациональных параметров камер и выбора условий подтверждения полевых транспортных выработок.
Для корректного применения численных методов расчета НДС конструктивных элементов и оценки их устойчивости необходима исходная информация о величинах действующих напряжений и механических свойствах горных пород на глубоких горизонтах месторождения. Начальный этап определения механических свойств вмещающих пород, представленных переслаивающимися толщами доломитов и мергелей, выполнен по результатам лабораторных испытаний образцов керна скважин.
Исследования прочностных и деформационных свойств доломитов проводились в соответствии с ГОСТами [1-3].
Для выполнения испытаний деформационных свойств использован разработанный в ИГД СО РАН измерительный комплекс [4], приведенный на рис. 1. Измерения деформаций керна при нагружении осуществлялись с применением пружинного тензометра ДМ-12 конструкции ВНИМИ. Сигналы тензодатчиков, наклеенных на прижимные резиновые пластины тензометра, поступают на измерительный блок, включающий многоканальный аналогово-цифровой преобразователь, и передаются по дискретному каналу связи на ПК.
Рис.1. Комплекс аппаратуры для измерения деформационных свойств
образцов керна:
1 - гидравлический пресс; 2 - ручной насос; 3 - центрирующее устройство; 4 - пружинный тензометр ДМ-12; 5 - датчик усилия; 6 - контрольный манометр; 7 - компьютер
Программное обеспечение, разработанное для автоматизации процесса проведения экспериментов, позволяет вводить исходные данные образца керна: место и время отбора керна, геометрические размеры образца, характеристики тензодатчиков и т.п. В процессе нагружения программное обеспечение позво-ляетнаблюдать в режиме реального времени графики деформаций осевых (2 шт.) и радиальных (2 шт.) тензодатчиков при нагрузке и разгрузке образца (рис. 2).
Рис. 2. Экранная форма для отображения хода эксперимента
при одноосном сжатии:
верхний график - изменения деформаций по каждому тензодатчику; нижний график: средние значения осевых и радиальных деформаций при нагрузке и разгрузке образца
Визуализация графиков нагружения образца позволяет определить момент перехода процесса деформирования в неупругую область (при отклонении графиков от линейности) и прекратить дальнейшее нагружение с целью предотвращения разрушения образца и получения необходимых для расчетов показателей упругих свойств породы.
Для определения деформационных (модули деформации Ед и упругости Еу, коэффициентов поперечных деформаций г„и Пуассона V) и прочностных (прочность на одноосное сжатие и растяжение сгр) свойств доломита было отобрано 11 образцов керна из двух ортогонально расположенных горизонтальных скважин. Результаты испытаний керна приведены в табл. 1.
Анализ результатов статистической обработки данных механических свойств показывает, что коэффициент вариации не превышает значения 20%, рекомендованного ГОСТами. Сравнительная оценка средних значений механических СВОЙСТВ породы ПО скважине 1 (Е = 26,7 Г П а, V = ОД 6, = 47 Д МП а,
сгр = 2,9 МПа) и ПО СКВажине 2 (ЕУ = 22,9 ГПа, г = ОД9, = 51,6 МПа, стр = 2,7 МПа) позволяет отметить, что соответствующие показатели сопоставимы по величинам, а анизотропия параметров упругости доломита не наблюдается. Коэффициенты корреляции между модулем деформации Еди для образцов скважины 1 ~ ^кПр= 0,76, для скважины 2 - кк = 0,82.
Таблица 1
Показатели механических свойств доломита по образцам керна скважин
№ скв. № обр. 5,, ГПа V п 5,, ГПа V МПа МПа
1 23,6 0,22 24,5 0,14 38,1 2,9
2 22,6 0,12 23,8 0,13 49,4 3,0
1 3 22,3 0,21 23,2 0,17 45,4 3,2
4 25,0 0,19 26,1 0,16 45,3 2,4
5 34,2 0,17 35,7 0,18 57,2 2,8
1 23,7 0,25 24,3 0,23 47,0 2,6
2 19,5 0,18 21,2 0,18 43,4 2,0
о 3 22,0 0,17 23,2 0,17 45,6 2,3
2 4 23,0 0,16 23,6 0,16 52,3 2,8
5 23,4 0,18 25,1 0,18 52,7 3,8
6 25,6 0,22 27,1 0,22 68,4 2,9
Среднее знач. по 2 скв. 24,1 0,2 25,3 0,20 49,53 2,78
Сред.кв.откл. 3.7 0,035 3,8 0,03 8,110 0,48
Коэф. вариац., % 15.4 18,8 15,1 16,7 16,4 17,1
Таким образом, по результатам испытаний определены показатели механических свойств доломита на глубоких горизонтах рудника «Айхал». При этом установлен высокий коэффициент корреляции между модулем деформации и прочностью доломита на одноосное сжатие и квазиоднородный характер его упругого деформирования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ 21153.2-84 Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии.
2. ГОСТ 21153.3-85 Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном растяжении.
3. ГОСТ 28985-91 Породы горные. Методы определения деформационных характеристик при одноосном сжатии.
4. Барышников В.Д., Качальский В.Г. Универсальный измерительный комплекс для определения НДС и механических свойств горных пород. Труды конф. С участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы формирования техногенной среды» (28 июня - 2 июля 2010 г.) / Новосибирск: ИгД СО РАН, 2010.
© В. Д. Барышников, В. Г. Качальский, Д. В. Барышников, 2016
