Способ моделирования сдвижения горных пород Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

СО

ю

-f

/

иг./ Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения возможных деформаций инженерных сооружений и массива пород в зоне сдвижения методом моделирования на эквивалентных материалах. Целью изобретения является получение достоверной информации о механике процессов сдвижения пород под влиянием водопонижения, а также изучение деформаций горных пород, прилегающих к шахтному стволу. На фиг. 1 изображена схема исследуемого участка (геологический разрез); на фиг. 2 - модель исследуемого участка в стадии подготовки к исследованиям влияния водопонижения на деформации моделируемого массива и шахтного ствола; на фиг. 3 - модель после проведения исследований. Для моделирования пород (фиг. 1) - водоносный горизонт 1, слой пластичных глин 2, .мело-мергельные породы 3, прилегающих к шахтному стволу 4, подготавливают стенд. В нижней части стенда 5 (фиг. 2) располагают слой песка 6 (имитирующий водоносный горизонт 1). Расположенные над водоносным горизонтом слои консолидируемых пород (глины 2, мергель 3) имитируют в модели (фиг. 2) смесью песка 7 и растворимого в воде материала, например соли 8, причем процентное соотношение растворимой и нерастворимой частей подбирают в соответствии с консолидационным свойствами исследуемых пород. Бес вышележащих пород, коснолидация которых не ожидается, заменяется пригрузкой 9. Шахтный ствол исследуемого участка (фиг. 1) имитируется отрезками трубок 10, соединенных эластичными кольцами 11. Для замачивания пород модели в ней размещены подающая 12 и сливные 13 трубки. Последние снабжены кранами 14. Для наблюдений и анализа поведения слоев пород 7 и 8 в модели (фиг. 2) в них закреплены марки 15. После подготовки модели ее выдерживают несколько суток для стабилизации и фиксируют положение марок 15.Затем подают воду через трубку 12 и замачивают слой моделируемых пород, после чего сливают раствор по частям из трубок 13. Управляя кранами 14, получают заданную депрессионную кривую (воронку) 16, вид которой рассчитывают заранее. При этом регулярно фиксируют (фотографируют) положение марок 15 для последующего анализа и выявляют закономерности деформирования сдвижения пород при водопонижении. II 2 Создание депрессионной воронки 16 в исследуемых слоях пород 6-8 неминуемо приводит к опусканию всей толщи пород и искривлению модели шахтного ствола 10 в сторону воронки депрессии. Пример. Изучают поведение при водопонижении пластов киевских глин, песков бучакского горизонта и пород мело-мергельной толщи, В соответствии с коэффициентами сжимаемости этих пород подбирают и эквивалентные материалы. Так, для имитирования пластов глин с коэффициентом сжимаемости 0,019 МПа необходимо иметь соотношение растворимого материала (поваренная соль) и нерастворимого 1:50, т.е. 2% соли и 98% песка. Для имитирования бучакского горизонта с коэффициентом сжимаемости 0,0045 МПа нужно взять 0,4% соли и 99,6% песка, породы мело-мергельной толщи имитируют смесью растворимого и нерастворимого материалов (3% растворимого и 97% нерастворимого). Идентичность силового воздействия на массив в масштабе модели выдерживают с учетом коэффициента моделирования. Поведение инженерных сооружений в массиве пород, подверженных осушению, изу чается с помощью модели шахтного ствола, расположенного в моделируемом массиве. В масштабе модели моделируемый шахтный ствол представляет собой составную конструкцию отрезков трубок высотой 140 и диаметром 70 мм с соединением трубок резиновыми кольцами. Использование способа моделирования сдвижения пород позволит решить ряд задач, связанных с прогнозированием поведения массива пород и инженерных сооружении при водопонижении в натуре, так как тождественность механики процессов сдвижения в натуре и в модели достига модель имитирует основные факторы, вызывающие консолидацию (уплотнение в результате осушения) пород, т.е. увеличение эффективного давления на скелет (нерастворимую часть материала модели) и уплотнение материала модели пропорционально коэффициенту сжимаемости пород в натуре, Изучение совместного деформирования массива пород и инженерных сооружений (шахтных стволов) позволит выбрать ряд ,gp о предотвращению опасных деформаций самой конструкции ствола как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

10

/

f2

Вода

1. СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включаюший послойное размешение эквивалентных материалов в исследуемой зоне, отличающийся тем, что, с целью получения достоверной информации о механике процессов сдвижения пород под влиянием водопонижения, Б нерастворимые в воде материалы исследуемой зоны вводят растворимое вещество, причем процентное соотношение растворимой и нерастворимой частей подбирают в соответствии с консолидационными свойствами исследуемых пород. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью изучения деформаций горных пород, прилегающих к шахтному стволу, составные части модели шахтного ствола соединяют эластичным материалом. сл

3 ZSS11 III1 I

li

. ..в/.

л SS |вл- .V «.- / - A - ..

. 0%- - -Д-o o Г

. ЯДь

о -..-. т . -Ус . . -XV . .х-

, -, . . f N. : /7,- V ../... -. Г r/-. -/Ч/ -А.. .... /.-.лГ1-. . -П 4.

/ фиг.2.

/

..4...:;

-

№:- лЛ - w г ЧУ V

Г:,...у.;1Т;.4 Tt A-4vi

Фиг.д

/5

/J /«

12

15 8

13