Закономерности термостимулированной акустической эмиссии в горных породах и разработка способов геоконтроля на их основе

• Автор: Новиков, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 25.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Современное состояние и актуальность акустикоэмиссионных исследований структуры, свойств и состояния горных пород

1.1 Актуальность проблемы исследования структуры, свойств и

состояния горных пород

1.1.1 Структура горных пород

1.1.2 Состояние горных пород

1.1.3 Свойства горных пород

1.2 Современное состояние акустико-эмиссионных методов исследования горных пород и массивов

1.3 Современные методы термического анализа

1.4 Обзор современного состояния научных исследований в области термостимулированной акустической эмиссии гео- и иных материалов
1.4.1 Экспериментальные исследования
1.4.2 Теоретическое моделирование
1.4.3 Заключение
1.5 Выводы по главе и постановка задачи исследования
Глава 2. Экспериментальное исследование взаимосвязи параметров термостимулированной акустической эмиссии горных пород с их пределом прочности при сжатии
2.1 Общая характеристика и обоснование выбранного способа решения поставленной задачи
2.2 Использование метода термостимулированной акустической эмиссии для выбраковки (из выборки) образцов горных пород с аномальной дефектностью
2.2.1 Оценка наличия и типа трещиновидных дефектов в геоматериале по стимулированной в нем объемным нагревом акустической эмиссии
2.2.2 Цензурирование выборки с использованием метода термостимулировапной акустической эмиссии
2.3 Зависимость термостимулированной акустической эмиссии образцов горных пород от их предела прочности при одноосном
сжатии
2.4 О влиянии размера образцов горных пород на характер их термостимулированной акустической эмиссии
2.5 Выводы по главе

Глава 3. Структурная и вещественная диагностика геоматериала по особенностям характера акустической эмиссии, вызванной его нагревом
3.1 Физическое моделирование влияния размеров минерального зерна
на акустическую эмиссию горных пород при их нагревании
3.1.1 Постановка экспериментов
3.1.2 Результаты экспериментов и их обсуждение
3.2 Оценка вещественного состава горных пород методом термостимулированной акустической эмиссии
3.2.1 Приборное и методическое обеспечение экспериментов
3.2.2 Результаты экспериментов и их обсуждение
3.3 Взаимосвязь характера термостимулированной акустической эмиссии в горных породах со структурными изменениями протекающими в них под воздействием нагрева
3.3.1 Методическое и аппаратурное обеспечение
термоакустоэмиссионных измерений
3.3.2 Анализ экспериментально полученных результатов
3.4 Оценка окисленности проб углей по характеру их
термостимулированной акустической эмиссии
3.4.1 Методическое и аппаратурное обеспечение
термоакустоэмиссионных измерений
3.4.2 Обсуждение результатов экспериментов
3.5 Выводы по главе
Глава 4. Применение метода термостимулированной акустической эмиссии для исследования напряженно-деформированного состояния горных пород
4.1 Постановка экспериментов
4.2 Влияние величины нагрузки, действующей на горные породы и способа их нагрева на характер возникающей при этом акустической эмиссии
4.2.1 Результаты экспериментов на образцах мрамора и их анализ
4.2.2 Результаты экспериментов на образцах каменной соли и их анализ
4.2.3 Результаты экспериментов па образцах известняка, а также гранита и их анализ
4.3 Диагностика начала дилатансии в статически напряженной каменной соли по параметрам сё термостимулированной акустической эмиссии
4.4 Выводы по главе
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Наличие надежной информации о свойствах и структурных особенностях горных пород является необходимым условием принятия эффективных технологических и технических решений на всех стадиях освоения месторождений полезных ископаемых, строительства и эксплуатации подземных сооружений. Одним из основных источников указанной информации по-прежнему остаются исследования на получаемых из керна образцах, осуществляемые с использованием комплекса ультразвуковых, электрических, магнитных, деформационных, оптических и других видов измерений. В последние годы в этот комплекс все чаще включают акустико-эмиссионные измерения, зарекомендовавшие себя как эффективный инструмент неразрушагощего контроля структурно-неоднородных материалов в процессе их деформирования. Однако последнее предъявляет довольно жесткие требования как к размерам и форме исследуемых образцов, так и к подвергаемым механическому воздействию поверхностям, поскольку при их непараллельности и низком качестве обработки возникает интенсивная по-меховая составляющая акустической эмиссии (АЭ). Отмеченное обусловливает высокую трудоемкость и затратность традиционного метода АЭ при изучении геоматериалов и ограничивает его информативность. С другой стороны, известно, что возбуждение сигналов АЭ в твердом теле возможно не только при механическом, но и при термическом воздействии па него. Такое воздействие, приводящее к так называемой термостимулировапной акустической эмиссии (ТАЭ), является не только неразрушшощим, но и более технологичным, поскольку не предъявляет отмеченных выше жестких требований к исследуемым образцам. Достаточно лишь, чтобы они имели хотя бы одну относительно ровную поверхность, контактирующую с волноводом, через который осуществляется прием АЭ сигналов.
Для практической реализации потенциальных возможностей использования ТАЭ для исследования горных пород необходимо установить её закономерности в функции от параметров структуры и свойств последних и разработать основанные на этих закономерностях соответствующие способы геоконтроля. Кроме того, представляется важным с точки зрения перспектив развития метода термостимулированной акустической эмиссии установление закономерностей последней в зависимости от напряженно-деформированного состояния испытываемых образцов горных пород.

Информация о палеотемпературах, при которых проходил процесс формирования бассейна осадочных горных пород, весьма важна для прогнозирования возможности формирования в этих породах месторождений углеводородных полезных ископаемых. В работах [72, 73] показана возможность достаточно достоверного получения такой информации с помощью изучения термостимулированной акустической эмиссии (ТАЭ) образцов обследуемого массива осадочных горных пород. Для этого используется эффект, аналогичный эффекту Кайзера - ТЭП, наблюдаемому при цикличном механическом нагружении одного и того же твердого тела. Экспериментально доказано, что при прогреве образца горной породы до температуры, наибольшей, среди воздействовавших длительное время на массив, из которого взят этот образец, за всю его геологическую историю, происходит резкое возрастание числа испускаемых им сигналов ТАЭ. Полученные этим способом данные о температуре генезиса таких осадочных горных пород как песчаники и известняки качественно совпали с современным представлениями об условия формирования указанных пород.
Авторы рассматриваемой работы отмечают определенное влияние возраста массива горных пород на четкость срабатывания ТЭП, что может стать темой дальнейшего их исследования и, при положительном результате, позволит определять принадлежность массива пород к той или иной геологической эпохе. Это также имеет важное значение для определения областей возможного залегания месторождений углеводородных полезных ископаемых.
В работе [74] изучалось влияние на ТЭП помеховых факторов различной природы. Экспериментально исследовались особенности ТЭП образцов антрацита при циклическом нагревании в условиях временной задержки, увлажнения, замораживания, вариации величин установочной температуры и скоростей термического нагружения. Были исследованы также закономерности АЭ в процессе нагревания образцов каменного угля при влиянии временной задержки и увлажнения. Установлено, что временные интервалы выдержки на воздухе до шести недель незначительно влияют на ТЭП антрацита, воздействие во-