5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
УПРУГИХ ПРОДОЛЬНЫХ И УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИХ ВОЛН В
ГОРНЫХ ПОРОДАХ
Определение скорости продольной волны но наблюдениям в выработках и скважинах
5.1. Для определения скорости продольной волны вдоль стенки скважины пли горной выработки необходимо регистрировать прямую продольную волну, распространяющуюся от пункта возмущения, и время пробега ее фронта до каждой точки наблюдения.
В качестве регистрирующей аппаратуры следует применять осциллограф Н-700, а в качестве измерительной аппаратуры—сейсмо-приемники марки С-1-30 в комплекте с 20-канальным усилителем СБ-12 конструкции ВНИМИ.
5.2. При регистрации сейсмоприемники необходимо устанавливать по профилю в пунктах наблюдений, расположенных на расстоянии 10, 20, 40, 60 и 80 м от пункта взрыва. В пунктах наблюдений бурят наклонные шпуры в направлении к очагу взрыва таким образом, чтобы их забой находился на расстоянии 1,5 м от стенки выработки. В этих шпурах жестко с помощью клиновых зажимов укрепляют сейсмоприемники. Для возбуждения упругих колебаний применяют взрывы зарядов ВВ весом 1—3 кг.
5.3. По сейсмограммам взрывов определяют время пробега и строят годограф вступлений прямой полны относительно первого пункта наблюдений. Этот способ дает точные результаты в монолитных магматических и осадочных породах. В слоистых осадочных метаморфических породах для учета анизотропии обязательно необходимо определить скорости упругих волн в направлении, перпендикулярном к слоистости. Для измерения скорости вкрест напластования рекомендуется использовать вертикальные выработки, скважины, а также выработки, расположенные па разной глубине от земной поверхности.
При скважинных наблюдениях сейсмоприемники помещают в специальных устройствах, расклиниваемых на заданной глубине. Если в скважинах имеется буровой раствор, то жесткое закрепление не применяют.
5.4. Шаг установки сейсмоприемников выбирают с учетом мощности слоев покрывающих пород. Для пород, продставленных слоями мощностью свыше 10 м, расстояние между сейсмоприемниками вблизи охраняемого объекта следует принимать в пределах 10 м, выше оно может быть увеличено до 50 м. Детальными измерениями охватывают зону радиусом 40 м от объекта.
Если мощность слоев в породах налегающей толщи меньше 5 м, то расстояние между сейсмоприемниками вблизи объекта необходимо сокращать до 5 м, а в вышележащих слоях—до 20—30 м. Возбуждение упругих волн производят взрывами зарядов на земной поверхности или в скважинах.
5.5. Сейсмический каротаж при расположении пункта взрыва у устья скважины позволяет получать продольные вертикальные годографы. По этим годографам для отдельных стратиграфических и литографических пачек пород определяют пластовые или средние скорости. Если разница между пластовой и средней скоростью не превышает погрешности измерений ±10??, то при расчете используют любую из вычисленных скоростей.
5.6. Пластовую скорость Vпл вычисляют по формуле
(29)
где dz и dt—приращения определяют по отдельным интервалам на продольном годографе.
Среднюю скорость Vср рассчитывают по формуле
(30)
где ??h— мощность свиты, м;
??t— время пробега волны от кровли до подошвы свиты.
Определение скорости упругих волн на образцах
5.7. Измерение скорости упругих волн в образцах производят с помощью импульсной аппаратуры. Для регистрации применяют установку УКБ-1М (Кишинев, з-д «Электроточприбор»), позволяющую измерять время пробега упругих волн в пределах от 0 до 5500 мкс.
Образцы перед измерениями необходимо подвергать механической обработке—обрезают торцы с соблюдением параллельности их плоскостей, которые в дальнейшем шлифуют. Поперечный размер образца должен быть больше длины излучаемого импульса, а его высота должна быть равна трем-четырем длинам импульса,
5.8. Скорость продольной волны V вычисляют по формуле
(31)
где l0—длина образца;
t—время пробега волны от излучателя до приемника.
В трещиноватых образцах скорость измеряют для импульсов с частотой 25 кГц, в монолитных—с частотой 60, 100 и 150 кГц. Пластовые и средние скорости определяют по формулам п. 5.6,
Определение скорости распространения ударной волны в зоне упругопластических деформаций в натурных условиях
5.9. Скорость фронта ударной волны в зоне пластических деформаций определяют регистрацией моментов прохождения фронта ударной волны через датчики, расположенные на известном расстоянии от центра взрыва (эпицентра взрыва). Для возбуждения упругопластической волны применяют заряды ВВ в количестве, определяемом необходимостью обеспечения возникновения пластических деформаций в местах расположения датчиков. Величину заряда необходимо рассчитывать исходя из физико-механических свойств породы и типа применяемого взрывчатого вещества.
5.10. В качестве датчиков необходимо использовать турмалиновые пьезоэлектрические датчики давления для регистрации импульсов давления, длительности переднего фронта 1—2 м/с в зоне 7—10 радиусов заряда и в зоне до 20 радиусов с учетом длительности нарастания переднего фронта, равной 2—5 м/с.
Регистрация давления осуществляется катодным двухлучевым осциллографом C1-24 (ОК-17м) с однократной ждущей разверткой, позволяющим регистрировать динамические процессы с частотой до 1 мГц. Для предварительного усиления импульсов может быть использован измерительный усилитель типа 103-И.
Определение скорости распространения упругопластических
волн на модели
5.11. Наиболее распространенными и точными методами экспериментального определения ударной сжимаемости (ударной адиабаты) горных пород следует считать метод торможения. Суть метода заключается в соударении двух образцов исследуемой горной породы посредством заряда ВВ.
Измерение скорости ударной волны необходимо производить на неподвижном образце, именуемом мишенью, посредством электроконтактных датчиков, шлейфового осциллографа Н-700 и усилителя УТС-112.
Метод торможения позволяет получить ударные адиабаты твердых тел при высоких давлениях —до 50 ??106 кгс/см2.
