Стенд для объемного моделирования кустовых систем дренажных скважин Советский патент 1986 года по МПК E21D5/00 G01M19/00 

Изобретение относится к области моделирования гидродинамических процессов в горных породах.

Цель изобретения - повышение эффективности исследований.

На фиг. 1 изображена схема дренирования очистного блока системой кустовых скважин; на фиг. 2 - поперечный разрез через очистной блок - осушаемый массив - горная выработка; на фиг. 3 - общий вид стенда в плане; на фиг. 4 - поперечный разрез стенда; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 6 - узел I на фиг. 5.

Стенд включает емкость 1 (фиг. 1-4) с вмонтированными впускным 2 и выпускным 3 кранами, фильтрующими вертикальными перегородками 4. В задней стенке 5 емкости 1 выполнены по крайней мере два ряда отверстий 6, которые расположены на различной высоте от дна емкости. Для обеспечения водонепроницаемости служат эластичные резиновые прокладки - манжеты 7 (фиг. 5), уплотнительные шайбы 8, гайки 9. Манжеты прикрепляются к корпусу прибора винтами 10. Расположение отверстий позволяет регулировать величину а - расстояние между соседними кустами сква- жин, а также высоту расположения одного из рядов при каждой постановке опыта.

Каждый элемент приспособления для имитации дренажных скважин состоит из набора сменных перфорированных трубок 11 различного диаметра (фиг. 6), конусооб- разных по наружному диаметру коротких трубок 12, центрального оголовка 13 со съемной крышкой 14. Центральный оголовок соединен с выпускной трубой 15, которая поддерживается и фиксируется в заданном положении хомутами 16 и 17 скрепленными с помощью шарниров 18, 19 с фиксаторами 20, оборудованными стопорными винтами 21. С помощью шарниров 22 фиксаторы соединяются со штоками 23 и далее с роликовыми опорами 24, движущимися в П-образных направляющих 25, скрепленными траверсами 26 с емкостью 1.

Требуемое положение роликовых опор 24 в П-образных направляющих и относительно друг друга при изменении ориентации выпускной трубы 15 и всего элемента в целом фиксируется зажимными хомутами (условно не показаны), устанавливаемыми на П-образные направляющие.

Стенд работает в соответствии с гидро- динамической схемой водопритока к очистному блоку, схема осушения которого приведена на фиг. 1 и 2.

В модели сохраняется физическое и математическое подобие природного процесса, причем засыпаемый в стенд фильтрующий материал эквивалентен натурному по физико-механическим и фильтрационным характеристикам.

При этом уравнение движения потока: а) в натурных условиях:

Q Ко

ДН

0

0 5

0

5

0

5

б) на модели:

QM KM сом i,

tn

где Q и QM - расход водного потока соответственно в натурных условиях и на модели;

К и KM - коэффициент фильтрации грунтов осущаемого массива соответственно в натурных услови- виях и на модели (поскольку засыпаемый в прибор грунт эквивалентен натурному, то К Км); (О и (Ом - площадь поперечного сечения

потока;

ЛН и АН„-потери напора; I и м - длина пути фильтрации.

Цри переходе от натурных условий к модели имеет место сохранение масштабных факторов:

а) масштаб расходов- aQ;

v

,,„ „, Е

6} линейный масштаб- ае

л

В натурных условиях размеры осущаемого очистного блока 250Х 100Х 2 (м).

Математическое подобие используется с учетом аналогии между потенциальными полями, в которых количество потока, проходящего через любую площадь поперечного сечения о, пропорционально градиенту некоторой потенциальной величины, характеризующей энергию потока. Фильтрационный поток характеризуется расходом Q (по количеству), напором Н (энергия) и коэффициентом фильтрации (фильтрация) К

Закон Дарси о движении жидкости в фильтрующей среде в математическом выражении имеет вид:

Q K ogradH.

Исследования на стенде производятся в такой последовательности.

В соответствии с заданной величиной ст - расстоянием между кустами скважин, - на модели выбирается величина ом. В стенд заливается чистая вода с напором Нм. Путем регулирования взаимного положения элементов приспособления для имитации дренажных скважин и положения перфорированных трубок 11 в каждом из них с учетом минимальной интерференции между элементами определяется максимальный дебит системы. На общем сливе может быть установлен контрольный расходомер.

Далее, не меняя положения элементов, имитирующих кусты скважин, выпускают воду из прибора и засыпают грунт, эквивалентный натурному, и вновь определяют суммарный дебит системы имитирующих скважин, и затем полученные данные с учетом масщтабного фактора переносят в натуру.

Для более щирокого диапазона измерений сменные перфорированные трубки 11, имитирующие скважины, могут быть вы

полнены различной длины и диаметра, т. е. в виде набора.

Кроме того, если в натурных условиях изучена водопроводимость пород осущаемого массива как в площадном отнощении, так и в разрезе, то грунт, эквивалентный натурному, может помещаться в емкость I с учетом этих условий, в связи с чем повыща- ется точность и достоверность полученных данных.

/////////////

.l

26 26 15

..l

.п.- .IPs .

H-:H;-| A.- ,.-..

7/ 11 Т

Фиг.

;С;М1-Л

/ 11 Т

W

/

/ff

у1-А

Фиг.5

Фиг.6

Редактор О. Колесникова Заказ 1101/43

Составитель В. Малышев Техред И. ВересКорректор А. Тяско

Тираж 470Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4