Способ определения зон разгрузки вокруг горных выработок моделированием Советский патент 1983 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу, к способам определения зоны разгрузки в горных породах. По основному авт.св. № 848689 известен способ определения зоны ра грузки вокруг горных выработок моделированием, используемый для определения зоны разгрузки в породах, опасных по, выбросам. Этот способ включает изготовление образца, размещение его в устройстве для моделирования, нагревание, осевое нагружение образца, разделение образца на сечения, получение по каждому сечению полос напряжений и пересчет по ним напряжений образца методом подо бия на натуру, причем образец выпол няют с отверстием, имитирующим горну выработку. После нагревания покрывают поверхность образца, за исключением поверхности полости, имитирую щей горную выработку, водоотталкивающим составом, создают одновремен но с осевым боковое нагружение -образца, затем в полость, имитирующую горную выработку, заливают водооттал кивающую жидкость, образец выдерживают во времени до полного заполнения порового объема материала образ ца и по заполненному водоотталкивающей жидкостью объему устанавливают размеры и конфигурацию зоны разгруз ки rfj. Недостатком известного способа является потеря точности из-за того что при разрезании модели, вследст,вие наличия определенной толщины . разреза, зона разгрузки в полученных сечениях модели отличается на величи ну, зависящую от толщины разреза и конфигурации зоны разгрузки в плоскости, перпендикулярной полости, именно поэтому в анизотропных породах размеры зоны разгрузки в любых плоскостях определяются очень приближенно, а разделение модели на очен большое количество сечений снижает оперативность определения, зоны разгрузки и еще больше точность измерений. Целью изобретения является повышение точности установления зон раз грузки вокруг горных выработок путем учета анизотропии пласта. Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения зон разгрузки вокруг горных выработок моделированием, в любом направлении производят дополнительное разрезание модели в плоскости, перпендикулярной оси полости, измеряют наибольший и наименьший диаметры объема породы, смоченной водоотталкивающей жидкость и конфигурацию и размеры зоны разгрузки в этой плоскости, производят корректировку размеров зоны разгрузк в плоскости вертикального разреза, а размеры зоны разгрузки вокруг горной выработки устанавливают по соотношению размеров зоны разгрузки, определенных в плоскости, перпендикулярной оси полости, и скорректированных размеров зоны разгрузки в плоскости вертикального разреза. Такая последовательность моделирования горной выработки позволяет повысить .точность измерений в любом направлении. На фиг.1 изображена установка для осуществления способа определения зоны разгрузки вокруг контура горных выработок; на фиг,2 - образец с полученной зоной рагрузки; на фиг.З - образец с полученной зоной разгрузки в плоскости, перпендикулярной оси полости, дополнительное разрезание. Изготавливают модель горной выработки, -для чего из кернА горной породы диаметром 76 мм отбирают образец длиной 140-160 мм. Торцевые поверхности о.брезают и обшлифовывают на плоскости, параллельные друг другу к перпендикулярные его .оси. Длина подготовленного образца не превышает 120 мм, непараллельность не более 0,1 мм по длине диаметра. После этого по оси образца 1 образовывали путем сверления полость 2 длиной 7060 мм, диаметром 6 мм. Таким образом, образец 1 с полостью 2 представляет модель горной выработки. Модель помещают в сушильный шкаф и высушивают при 105-115° в течение 1215 ч1 После остывания всю поверхность модели, за исключением поверхности полости 2, покрывают2-3 слоями клея № 88 или рФ-2. К торцевой поверхности модели со стороны полости 2 приклеивают шайбу 3 соосно с полостью .2 . Приклеивание шайбы осуществляют клеем следующего состава: 10 ч. эпоксидной смолы и 1 ч. отвердителя. Клеем покрывают поверхность модели со стороны полости 2, шайбу покрывают только с одной стороны (со стороны, которую приклеили к модели). Затем модель с приклеенной шайбой устанавливают в патрон 4, который соединен резьбой с крышкой 5 герметической камеры 6. Таким- образом, модель горной выработки устанавливается в герметическую камеру 6. Всестороннее нагружение модели горной выработки.создают путем осевого и бокового нагружения. Осевое (cfl) нагружение создают подачей масла под давлением насосом 7 в камеру 6 под поршень 8. Поршень поднимается и прижимает юстировочный подпятник 9 к модели 1. Давление масла контролируют по манометру 10. Боковое давление (сГ2 сГ) на модель 1 создают путем подачи в камеру 6 масла под давлением через патрубок 11. Изменяя давление масла в камере б или масла под поршнем 8, создают объемно напря женное состряние ;го схеме ( d Водоотталкивающую жидкость (веретен ное масло) подают в полость 2 через отверстие 12, имеющееся в крышке 5 камеры б, путем открытия крана 13 сосуда 14, укрепленного на .штативе 15 так, чтобы Отверстие, из которого вытекает водоотталкивающая жидкость было соосно с полостью 2 образца 1. Послесоздания объемно напряженно го состояния в полость 2 через отверстие 12 заливают водоотталкивающую жидкость {веретенное масло) в объеме 6-10 см- и выдерживают модель под нагрузкой в течение 10-12 ч. За это время весь фильтрационный объем вокруг полости 2 пропитывается маслом (водоотталкивающей жидкостью Размеры фильтрационного объема горных пород зависят от напряженного состояния, под которым находится модель, и определяются изолинией рав ных напряжений вокруг полости порядка 50 кгс/см. При этом значении на пряжений проницаемость горных пород практически отсутствует, т.е. ее можно принять равной нулю. Поэтому проникновение масла в объем модели ограничивается изолинией напряжений порядка 50 кгс/см. Размеры зоны разгрузки будут соответствовать размерам фильтрационного объема модели под нагрузкой. После выдержки модели под нагрузкой удаляют остатки масла из полости 2 с помощью ватного тампона и модель разгружают. Модель распиливают по вертикальной плоскости. Для предотвращения испарения водоотталкйвающе жидкости поверхность обильно смачивают водой, при этом объем, заполненный водоотталкивающей жидкостью, не смачивается, и граница 16 его со смоченной поверхностью становится видна невооруженным глазом (фиг.2) Производят зарисовку конфигурации этой границы по отношению к контуру выработки модели полости 2 в масштабе модели. Расстояние от контура полости 2 до границы 16 будет размером зоны 17 разгрузки в плоскости вертикального разреза в масштабе модели. Пользуясь известными уравнениями подобия, пересчитывают эти расстояния и получают размеры зоны разгрузки вокруг контура горных выработок в полученных сечениях. Для полу|Чения скорректированных размеров зоны разгрузки по плоскости вертикального размера производят дополнительное разрезание модели (половин моделей) в плоскости, перпендикулярной оси полости, на расстоянии от забоя выработки в модели, которое выбирают из соотношения: 2J)ec3D, где D - диаметр отверстия, имитирующего выработку, в нашем примере разрезание осуществили на расстоянии 20 мм от забоя модели (фиг.З). Пользуясь известными размерами образца, производят совмещение обеих половин модели, для чего на кальке рисуют окружность мм, затем передвигают левую и правую половинки модели так, чтобы образующая правой 18 и левой 18половин модели совпали с нарисованной окружностью на кальке, а линии среза в плоскости. вертиксшьного разреза 19 и 19 были параллельны. .Зарисовали конфигурацию и размеры зоны 16 к 17 разгрузки по отношению к границе полости 2 и линиям 19 и,19 среза. Находили максимальный и минимальный размеры зоны разгрузки d 22 мм и d 14 мм, которые являются осями зоны разгрузки в дополнительном, сечении. Из зарисовки зоны азгрузки видно, что она симметрична относительно осей и представляет собой эллипс с осями d и d. Поэтому за размер зоны разгрузки в плоскости вертикального разреза 20 принимают соответствующие размеры зоны разгрузки в направлении, перпендикулярном плоскости 20. На фиг.З это направления 21 и 21 , величины которых соот- ветственно равны 5 мм. Пользуясь установленным.ранее размером зоны разгрузки 22, находят корректирующее отношение К, для левой половины модели, Величина которого составила 5/4 1,25. Пользуясь этим отношением и установленными размерами и конфигурацией зоны разгрузки,производят корректировку размеров зоны разгрузки в плоскости вертикального разреза. При установлении конфигурации и размеров зоны разгрузки в любом другом направлении, например в направлении плоскости максимального размера d.., зоны разгрузки, установили пересчетный коэффициент Kg 7/5 1,4 величина для зоны 17 разгрузки в направлении плоскости максимального размера зоны разгрузки. Пересчетн|лй коэффициент позволяет с достаточной степенью точности определять зону разгрузки в любом направлении без разрезания модели. В случае, если свойства породы неравномерно одинаковые в различных направлениях а зона разгрузки не образует геометрически правильных фигур, методика предусматривает несколько иной порядок выполнения определений. В таком случае последовательность операций следующая.. До разрезания модели по вертикальной плоскости производят дополнительное разрезание модели по плоскости, перпендикулярной оси полости, и устанавливают конфигурацию, размер зоны разгрузки и пересчетные коэффициенты,и только после

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОН РАЗГРУЗКИ ВОКРУГ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК МОДЕ ЛИРОВАНИЕМ ПО авт.св. 848689, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности установления зон разгрузки вокруг горных выработок путем учета анизотропии -.пласта, производят дополнительное разрезание модели в плоскости, пер;пендикулярной оси полости, измеряют наибольший инаименьший диаметры объема породы, смоченной водоотталкивающей жидкостью и конфигурацию и размеры зоны разгрузки в зтой плоскости, .производят корректировку зоны разгрузки в плоскости верти- , кального разреза, a размеры:, зоны разгрузки вокруг горной выработки устанавливают по соотношению размеров зоны разгрузки, определенных в плоскости, перпендикулярной оси полости, и скорректированных размеров зоны разгрузки в плоскости вертикального разреза. (Л