Способ моделирования напряженного состояния горного массива Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

//

кэ

со ел

TV

СПОСОБ ЛЮДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА, основанный на передаче давления через проме 1 ;уточную. среду, отличающийся тем, что, с целью повышения точности модели и рования напряженного состояния горного массива с различными физико-механическими свойствами при воздействии на него динамической нагрузкой, регистрируют значения амплитуды напряжений, пропорциональные созданному давлению, сравнивают их с заданными и в случае превышения последнего производят динамическое нагружение, а затем производят оценку взаимодействия созданного давления с динамическим нагружением.

/V 4

кг f/

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для изучения закономерностей разрушения напряженных сред при воздействии на них динамических нагрузок.

Известен способ и устройство для его осуществления, в которых напряженное состояние горной породы или модели, выполненной из эквивалентных материалов, достигается путем объемного сжатия за счет нагнетания жидкости в камеру через различные приспособления или путем сжатия образца в одном направлении, а сжатие в других направлениях осуществляется реактивным способом при соприкосновении образца со стенками камеры 1.

Недостатком способа является то, что он не обеспечивает имитацию напряженного состояния горного массива в широких пределах.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ моделирования напряженного состояния горного массива, основанный на передаче давления через промежуточную среду 2.

Однако этот способ не позволяет решать задачи имитации напряженного состояния горного массива в широких пределах и исследовать поведение напряженной среды при воздействии на нее динамической нагрузкой.

Целью изобретения является повышение точности при моделировании напряженного состояния горного массива с различными физико-механическими свойствами при воздействии на него динамической нагрузкой.

Поставленная цель достигается тем, что С01ласно способу моделирования напряженного состояния горного массива, основанному на передаче давления через промежуточную среду, рег истрируют значения амплитуды напряжений, пропорциональные созданьому давлению, сравнивают их с заданными и в случае превышения последнего производят динамические нагружение, а затем производят оценку взаи.модействия созданного давления с динамическим нагружением.

На чертеже представлено устройство, поясняющее способ, общий вид, и блок-схема управления работой этого устройства.

Способ осуществляется следующкм об)азом.

В камере высокого давления 1 расположена испытуемая модель 2 и пьезоэлектрический датчик давления 3, а также в специальном патроне пороховой заряд 4.

В центре модели находится шпуровой заряд взрывчатого вещества 5, а на определенном расстоянии от него расположен пьезоэлектрический датчик 6, с помощью которого производится регистрация напрялчений, возникающих в модели при взрыве порохового заряда и взрыве заряда взрывчатого вещества.

Поджиг порохового заряда осуществляют мостиком накаливания или искровым разрядом, а. инициирование заряда взрывчатого вещества - электровзрывателем, напряжение на которые поступает с накопительных конденсаторов С2 и С1. Эти конденсаторы перед взрывом заряжаются до напряжения источника питания 7 через зарядные сопротивления R1, R2. Сопротивление R1 на несколько порядков превышает сопротивление взрывной цепи, образованной при нажатии кнопки S1, что обеспечивает незначительный разряд конденсатора С1 за время поджига порохового заряда.

При нажатии кнопки S1 образуется цепь разряда накопительного конденсатора С2, в которую последбвательно включен мостик накаливания для поджига порохового заряда 4. Происходит взрыв порохового заряда, в результате чего импульсивно воз0 растает давление в камере и следовательно, увеличивается давление на испытуемую модель. При этом датчик 6, расположенный в модели, регистрирует величину возрастающего напряжения в модели, вызванного увеличением давления в камере. При этом

5 величина напряжения, поступающего с датчика, пропорциональна приложенному к нему давлению. Сигнал с датчика 6 поступает на вход усилителя 8, выполненного на операционном усилителе (типа К140УД8Б) с полевым входом по известной схеме инте гратора тока, благодаря которому емкость датчика и подводящих проводов не сказываются на результатах измерения. С выхода усилителя сигнал через согласующий элемент - эмиттерный повторитель - поступает на вход регулируемого компаратора 9, выполненного на нескорректированном операционном усилителе (типа К155УД2), и при достижении определенного уровня амплитуды открывает его. Порог срабатывания компаратора устанавливается переменным резистором. Сигнал с выхода компаратора поступает на управляющий электрод тринистора и открывает его. Открытый тринистор yi образует цепь разряда накопительного конденсатора С1, в которую последовательно включен электровзрыва5 тель, инициирующий заряд взрывчатого вещества в модели..

Таким образом осуществляется взрыв заряда модели (динамическое воздействие

Q на модель) при определенном напряженном состоянии модели, вызванном давлением в камере путем регулирования уровня порога срабатывания компаратора.

Для динамического воздействия на модель при различных уровнях напряжения в

5 ней необходимо изменять в соответствующую сторону уровень порогового срабатывания компаратора. Так, при необходимости взрывного воздействия на модель при больших значениях напряжения в ней необходимо повысить пороговый уровень срабатывания компаратора. При этом для открывания компаратора на его вход необходимо подавать напряжение большей амплитуды, которое можно получить с датчика только при возросшем значении напряжения в модели и наоборот. Контроль за давлением в камере осуществляется с помощью датчика 3, который может быть использован и для управления компаратором в том случае, когда исследования проводятся на идентичных моделях. В этом случае необходимо предварительно произвести замеры при каких давлениях в камере достигаются определенные напряжения в модели, и при последующих экспериментах управлять компаратором импульсом тока, снимаемого с этого датчика. При этом отпадает необходимость постановки датчика в каждой модели. Амплитуда давления в камере и ее длительность определяются массой порохового заряда и его конструкцией. При длительности давления в камере до 1 с можно с достаточной точностью считать, что напряжение в модели, вызванное давлением, статическое по отношению к динамическому воздействию на модель (до 100 мкс) при взрыве заряда взрывчатогр вещества в модели. Эксперименты по проверке способа проводят во взрывной камере, выполненной из листовой стали размером 25.25.30 см. Испытуемые модели готовят из песчаноцементной смеси кубической формы с размером ребра 10 см. В качестве взрывчатого вещества для разрушения моделей (создание разных динамическихнагрузокна модель) использует различные по величине навески ТЭНа (100500 мг), которые инициируют азидом свинца. Заряд ТЭНа размещают в пробуренном в модели щпуре диаметром 6 мм и изолируют забойкоЯ из материала модели с клеем, Пьезоэлектрический датчик 6 для замера напряжений в модели, вызванных давлением пороховых газов и взрывом заряда взрывчатого в.ещества, располагают в необходимом месте модели при ее изготовлении. Датчик 3 приклеивается к стенке камеры. Максимальное давление в камере при экспериментах ограничивается ее прочностью и не превышает 5,0 МПа. При этом напряжения в модели (в районе датчика) достигают 4,8 МПа. Оценку влияния напряженного состояния модели на дробление производят по полученным результатам вновь образованной поверхности и по размеру среднего куска. Так, в случае разрушения модели зарядом ТЭНа массой 500 мг при напряжении в ней, равном 4,0 МПа, получены результаты вновь образованной поверхности на 9,2/о меньше, чем вновь образованная поверхность, полученная при дроблении идентичной модели, находящейся в свободном состоянии, таким же зарядом взрывчатого вещества. В процессе эксперимента проведены испытания работоспособности схемы управления подрыва заряда взрывчатого вещества в модели при различных уровнях порога срабатывания компаратора. Эксперименты подтверждают возможность осуществления способа в широком диапазонее напряженного состояния исследуемых моделей с различными физико-механическими свойствами. Преимущества способа по сравнению с известными заключаются в том, что о позволяет исследовать дробление напряженной среды с различными физико-механическими свойствами при воздействии на нее различными по амплитуде динамическими нагрузками; исследовать различные конструкции шпуровых зарядов, обеспечивающие наилучшее дробление напряженных сред; исследовать распределение напряжения в моделях с различными физико-механическими свойствами при различных давлениях на них; упростить известные способы моделирования действия взрыва на предварительно напряженные среды. Предлагаемый способ способствует разработке эффективных методов отбойки горных пород энергией взрыва в глубоких карьерах и при взрывной проходке выработок в шахтах.