Способ определения максимального главного нормального напряжения в закладочном массиве Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

ел

ю sj

ел Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к способам определения деформаций и соответствующих им напряжений в закладочном массиве и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Известен способ определения напряжеН1 й в массиве буроугольнвНг-пластов, для реализации которого из интересующего участка угольного массива извлекают образец угля, нагружают его в стабилометре, фиксируют нагрузку, соответствующую появлению влаги из образца, и по этой нагрузке судят о напряжениях, действующих в массиве , Однако применять данный метод можно голько при условии полного влагонасыщечия массива, что для массива твердеющей закладки не всегда выполняется, даже при литых смесях, ибо значительная часть воды расходуется при твердении массива (химические реакции гидратации и кристаллизации вяжущего), к тому же часть воды дренируется в окружающие породы или испаряется с обнажений Наиболее близким к предлагаемому является способ определения главного нормаль ного напряжения в закладочном массиве, включающий измерение плотности материала закладки н определение напряжений к деформаций по эталсжным зависимостям. Для реализации известного способа определяют также влажность и пористость закладочного материала, значения которых входят в эталонные зависимости (2). Известный способ трудоемок, так как требует определения нескольких параметров материала закладки, находящегося на значительном удалении от обнажений. Кроме то-. го, данным методом можно определить только среднее значение напряжений по главным осям, а не тензор напряжений и деформаций, действующий в любой точке закладочного массива. Цель изобретения - повышение точноеtn и снижение трудоемкости измерений. Указанная цель достигается тем, нто согласно способу определения максимального главного нормального напряжения в закладочном массиве, включающем измерение плотности материала закладки и определение деформаций и напряжений по эталонным зависимостям, перед измерениями образцы высущивают и определяют скорость деформации, по изменению которой во времени cy.дят о величине максимального главного нормального напряжения. Изобретение основано на следующих положениях механики. Закладочный массив на некотором уда; .пении от обнажений деформируется в ком-, YipeccHOHHOM режиме (6,, ),положительные значения б и - сжимающие, где 6i и 6i -глав ные нормальные компоненты тензора напряжений и деформаций соответственно; Д- к эффициент бокового распора. Упруго-пластические свойства закладки при всестороннем сжатии, где доля необратимых (пластических) деформаций закладки в общей деформации велика, обуславливают изменение плотности в массиве закладочного материала. Напряжения и деформации закладки находятся в известной зависимости во времени как вязко-упруго-пластическое тело. Закладочный массив на достаточном удтлении от обнажений нагружается в компрессионном режиме, т. е. Ej / О, Е Е} 0 и j 62 . Таким образом, объемная деформация равна нормальной к напластованию или близкой к ней деформации массива закладки в рассматриваемой точке. Для закладки выработанного пространства в подавляющем больщинстве случаев -применяют твердеющие смеси с избыточным количеством воды (литые смеси), в результате чего закладочный масснв получается весьма пористым (пористость порядка 30-40%). При нагружении такого материала в компрессионном режиме часть пор закрывается. При этом, чем большая деформация получена материалом, тем большее количество пор закрывается и тем самым увеличивается его плотность в массиве, а между деформацией н плотностью в массиве существует зависимость вида ) K( ), где - относительная деформация, /о; К - ; эмпирический коэффициент, определяемый для каждой закладочной смеси; f - плотность в массиве деформированной закладки, Ув - начальная плотность в массиве закладки, кг/м. При этом коэффициент К не зависит от влажности нагружаемой закладки. При нал труженик в компрессионном режиме материал не разрущается и, следовательно, приаенное соотношение 1лотности в массиве от деформации сохраняется до весьма высоких осевых давлений порядка 10() МПа, что соответствует глубинам порядка .3000 м. Зная общую деформацию закладки в данный момент времени и ее приращение за какой-то промежуток времени, находят скорость деформирования закладки н ее (скорости) изменение во времени, а, имея реологические характеристики закладки, можно перейти от деформаций к напряжениям, действующим в закладочном массиве. При этом необходимо определить только активную составляющую напряжений (6t), две же другие составляющие в силу нагружения закладки в компрессионном режиме будут равны между собой и раЪны активной сосравляюшей, умноженной на коэффициент бокового распора. Пример. После заполнения очередной заходки (камеры) и затвердевания закладки, но до начала выемки соседней заходки (камеры и т. д.), т. е. когда закладочный массив еще свободен от деформаций, напряжений, в нем пробуривают из подготовительных выработок сквйжину, из которой отбирают образцы закладки и в лабораторных условиях по ГОСТу 127301-78, после высушивания, определяют их плотность в массиве (Yg). На отобранных образцах в установке бокового распора устанавливают характер зависимости деформация-плотность и устанавливают вид и параметры функции, связывающей деформации с напряжениями и временем, вид и характер функции, связываю цей деформации и время с коэффициентом бокового распора. Испытания выполняют в лаборатории по существующим стандартным методикам. Таким образом получают эталонные зависимости.

По мере подвигания фронта очистных работ в выбранные сроки в закладочный массив на расстоянии 0,5-1 м друг от друга бурят вторую, а далее третью и четвертую скважины, отбирают необходимое количество образцов {количество образцов зависит от вариации свойств закладки .в массиве и требуемой достоверности результатов), по которым определяют плотность закладки и по эталонным крнвым находят деформацию. По приращению деформации между вторь1М и третьим и-третьим и четвертым определениями вычисляют скорость и приращение скорости деформирования. Затем по эталонным зависимостям между напряжениями и деформациями, скоростью деформации и временем определяЬт главное максимальное, нормальное напряжение ($|) и по известной зависимости между коэффициентам бокового . распора и главным максимальным (осевым) напряжением находят две другие компоненты няпряжений.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение всех компонентов деформаций и напряжений в интересующей точке закладочного массива в любое интеI ресующее время, при пробурении скважины и подборе необходимого количества образцов. При этом, если характеристики твердеющей закладки (состав, водовяжущее отношение, технология укладки и т. д.) постоянны, т. е. выдерживаются на больших площадях, то эталонные зависимости достаточно определить для нескольких 3-4) точек и распространить их на весь закладочный массиив. Тогда можно определить деформации и напряжения в любой точке массива, определив для нее только объемный, вес закладки 2-3 раза, чтобы обеспечить получение деформаций, скорости деформации и изменение скорости деформации, без которых нельзя перейти от деформаций к напряжениям.

Путем уменьшения числа определяемых показателей и проведения измерений .повышается TfipoHSBOflHTeflbHoctb труда исследователей, уменьшается трудоемкость работ и сокращается число людей, находящихся под землей во время проведения эксперимента.

Предлагаемый способ может быть применен в принципе на месторождении, отрабатываемом с закладкой выработанного .пространства твердеющими смесями.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ГЛАВНОГО НОРМАЛЬНО ТО НАПРЯЖЕНИЯ В ЗАКЛАДОЧНОМ МАССИВЕ, включающий измерение плотности материала закладки и определение дефррмаций и напряжений по эталонным зависимостям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сниження трудоемкости измерений, перед измерениями образцы высушивают и определяют скорости деформации, по изменению которой во времени судят о величине максимального глав4 него нормального напряжения.