Совершенствование метода непрерывного контроля напряженного состояния массива горных пород на основе сплошных фотоупругих датчиков

• Автор: Гуменный, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Введение

1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования

1.1. Динамические проявления горного давления на угольных и рудных месторождениях при подземной разработке полезных ископаемых

1.2. Методы контроля напряженного состояния

1.3. Метод фотоупругих датчиков

] .4. Выводы и задачи исследования

2. Теоретические основы метода контроля напряженного состояния массива горных пород на основе сплошных фотоупругих датчиков

2.1. Физические основы метода контроля на основе сплошных фотоупругих датчиков

2.2. Расчет разности хода оптических лучей в сплошном фотоупругом датчике, установленном в различных горных породах и углях
2.3. Моделирование интерференционной картины, полученной от сплошного фотоупругого датчика
2.4. Выводы
3. Экспериментальные исследования по разработке устройства контроля напряженного состояния массива горных пород на основе использования сплошных фотоупругих датчиков
3.1. Лабораторная установка для определения зависимости между радиусом т-то интерференционного кольца и нагрузкой на сплошной фотоупругий датчик
3.2. Оценка напряженного состояния образца горной породы сплошным фотоупругим датчиком, ультразвуковым и электромагнитными методами в лабораторных условиях
3.3. Оценка информативности метода определения напряженного состояния образца горных пород сплошным фотоупругим датчиком

3.4. Определение границ применения сплошного фотоупругого датчика для контроля напряженного состояния массива горных пород
3.5. Определение зависимости погрешности измерений сплошным фотоупругим датчиком от его коэффициента жесткости
3.6. Выводы
4.Оценка влияния волоконно-оптического кабеля на параметры передаваемого сигнала, полученного от сплошного фотоупругого датчика
4.1. Устройство оптического волокна
4.2. Частотно-контрастная характеристика волоконно-оптического кабеля
4.3. Выводы
5.Разработка устройства и методики непрерывного контроля напряженного состояния массивов горных пород на основе волоконно-оптических элементов
5.1. Разработка устройства контроля напряженного состояния массива горных пород на основе волоконно-оптических элементов
5.2. Программа обработки интерференционной картины
5.3. Методика непрерывного контроля напряженного состояния
массива горных пород
5.4. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

Введение
Актуальность работы. Горнодобывающая промышленность является основой экономики России, поэтому задача непрерывного контроля напряженного состояния массива горных пород является одной из важнейших, потому что от ее решения зависит своевременность прогноза опасных проявлений горного давления.
Разработка полезных ископаемых сопряжена с перераспределением напряжений в массиве горных пород, это обусловлено как техногенным воздействием на массив, так и естественными геологическими процессами. Горные удары, внезапные выбросы угля и газа, обрушение кровли, разрушение охранных целиков, разрушение крепи и другие опасные проявления горного давления связывают с критическим ростом и концентрацией напряжений в краевых зонах массива горных пород. Контроль изменения напряженного состояния массива горных пород позволяет принимать соответствующие технические и технологические решения по их предотвращению, либо минимизации последствий.
Существующие геомеханические методы контроля напряженного состояния, как правило, трудоемки, связаны с бурением скважин, созданием искусственного давления, разрушением области массива горных пород, поэтому эти методы не находят широкого применения при текущем контроле напряженного состояния, а используются, в основном, при ведении научных исследований и экспериментов. Геофизические методы, в свою очередь, характеризуются меньшей трудоемкостью и большей оперативностью, но всегда сопряжены с трудностями интерпретации экспериментальных данных.
Одним из методов контроля, позволяющих определять напряженное состояние массива горных пород в месте установки датчика, является метод фо-тоупругих датчиков, основанный на использовании фотоупругих датчиков с центральной скважиной, которая выполняет роль концентратора напряжений. Этот метод требует присутствия квалифицированного специалиста по расшифровке оптических картин, полученных от фотоупругого датчика с центральной

ределял напряженное состояние породы вокруг фотоупругого датчика. Для наблюдения оптической картины использовались специальные приборы — полярископы (ПШ-2 конструкции ИГД СО РАН), которые предназначены для формирования пучка поляризованного света, направленного на датчик, и наблюдения вышедшего луча.

Рис. 1.3.Оптическая картина в фотоупругом датчике.
Замерная станция из пяти фотоупругих датчиков была оборудована в вентиляционном штреке на расстоянии 220-225 м от забоя лавы. Фотоупругие датчики были установлены в скважины диаметром 42-45 мм и глубиной 0,8-1,2 м.
По мере приближения забоя лавы, показания датчиков постепенно увеличивались до момента, когда забой лавы приблизился к датчикам на расстояние 15-20 м, показания датчиков резко возросли до 2,5-3 МПа, что свидетельствовало о попадании датчиков в зону опорного давления. Затем показания датчиков снизились почти до нуля.
Описанный эксперимент доказывает работоспособность и возможность использования фотоупругих датчиков для определения напряженного состояния массива горных пород. Быстрая и точная расшифровка оптической картины (рис. 1.3) требует значительного опыта в работе с фотоупругими датчиками и