Способ моделирования проявлений горного давления на моделях из эквивалентных материалов Советский патент 1987 года по МПК E21C39/00 

1 1

Изобретение относится к моделированию и может быть использовано для исследования проявления горного давления при разработке месторождений полезных ископаеъях.

Цель изобретения - повьшшние достоверности результатов моделирования .

На чертеже представлена зависимость изменения относительной деформации эквивалентного материала во времени при нагружении по данному и известному способам, кривые 1 и 2.

Снособ осуществляют следующим образом.

В известном способе моделирования методом эквивалентных материалов, включакядем изготовление модели и приложение через гибкий промежуточный элемент, находящийся под натяжением, компенсирующей пригрузки, производят нагружение модели до, величины геоста тических напряжений, действовавших на глубине доинверсионного залегания моделируемых пород, выдерживают модель под нагрузкой до тех пор, пока скорость деформаций ползучести будет равна нулю, разгружают модель до величины напряжений, действующих на современной глубине, залеганиями выдерживают модель под нагрузкой до тех пор, пока скорость деформаций ползучести будет равна нулю, а затем проводят исследование проявлений гор кого давления.

Проявление деформаций упругого восстановления и обратной ползучести горных пород при их разгрузке обусловлено следующим.

В процессе формирования в доин- версионный период осадочные горные породы находились на глубинах, значительно превыщающих глубину их современного залегания. Так угли марки Ж, залегакяцие на глубине 300-1200 м, сформировались на глубинах 5000- 6000 м. По мере погружения на эту глубину породы претерпевали как упругие, так и пластические деформации. Существенную часть в общем объеме деформирования играли деформации ползучести. Так как данный период длился миллионы лет, то можно считать, что в конце доинверсионного периода скорость течения деформаций ползучести близка к нулю. За миллионы лет они исчерпали свои потенциальные возможности.

053442

В период инверсии пласты были подняты на современную глубину залегания, т.е. частично разгружены. Да1шо- му периоду соответствуют деформации

5 упругого восстановления и обратной ползучести определенной величины. Так же, как и в предыдупгем случае, правомерно предположить, что за время после инверсии скорость деформаfO ций обратной ползучести практически стала равной нулю.

При ведении горных работ в результате разгрузки массива пород имеют место деформации упругого восстанов15 ления и обратной ползучести.

Их скорость и величина, помимо технологических особенностей ведения горных работ в каждом конкретном забое, прежде всего зависят от уров 0 ня деформирования горных работ, определяемого величиной геостатических напряжений, действовавших на глубине доинверсионного погружения и действующих на современной глубине

5 разработки, т.е. того объема деформирования, который они перетерпели в предшествующие периоды своего формирования.

Пример. В соответствии с ре30 комендациями модель угольного пласта изготавливают из эквивалентного материала, состоящего из 4,85% игдантина и 95,15% кварцевого песка. Игдантин измельчают и тщательно пе ремешивают с песком, нагретым до 70 С. После этого материал засыпают в опалубку и закатывают катком с удельным давлением 230 Н/м, количество циклов закатки 15. В момент закат40 ки устанавливают датчики деформации состоящие из двух балочек, между которыми находится пластинка из фосфористой бронзы толщиной 0,5 мм с электротензометрами сопротивления.

45 Точность регистрации относительных деформаций составляет 510.

После окончания закатки над моделью устанавливают гибкий промежуточ50 ньй элемент в виде стальной ленты толщиной 1 мм, которую натягивают параллельно плоскости напластования пород посредством пружин, обеспечивающих постоянное усилие натяжения в

55 Определяют глубину доинвер- сионг ого залегания моделируемого угольного пласта ,и величину геостатических напряжений, действующих на этой глубине.

313

Уголь пласта h имеет марку К. Глубина его доинверсиоиного залегания составляет 4000 м. Геостатические напряжения на этой глубине определяются как произведение среднего удель- ного веса толщин осадочных пород (г, Н/м) на их глубину Зсапегания (И, м).. В нашем случае ,5 О -4000 1 00 ffla. С учетом масштаба моделирования 1:100 через гибкий промежуточный элемент нагружаьзт модель до 1,0 МПа и выдерживают до снижения скорости деформации ползучести до нуля.

За момент равенства скорости де- формации ползучести нулю принимают конец дпенадцатичасового промежутка времени, деформация ползучести в пределах которого изменяется на величину, равную точности регистрации относительных деформагий деформометром, составлякщую 5-10. Это время составляет 3 сут. Разгружают модель до 0,3 МПа - напряжения, соответствующего уровню современного напряженного состояния на глубине 1200 м, выдерживают во времени до снижения скорости деформаций ползучести до нуля. Оно составляет 2 сут. После этого производят отработку модели.

Зависимость изменения относительной деформации эквивалентного материала во времени при описанных выше стадиях процесса нагружения и разгрузки представлена на кривой 1. Уча сток АВ отражает нагружение модели пласта до геостатических напряжений в 1,0 МПа, которые соответствуют напряжениям, действовавишм на пласт в доинверсионньй период на глубине 4000 м. Участки ВС и CD отражают, соответственно, деформации упругог восстановления и обратной ползучести соответствующие разгрузке пласта до 0,3 МПа - напряжений, действующих на пласт на современной глубине залегания 1200 м.

Как нагружение, так и разгрузка продолжаются до тех пор, пока скорость деформаций ползучести в преде- лах чувствительности прибора не будет равна нулю. Этим обеспечивается соответствие во времени процессов деформирования в модели процессам де- формировашгя горных пород, скорость деформаций ползучести которых за мил лийны лет также практически стала равной нулю. Участки DE и ЕК соответствуют деформациям упругого восст44

новления и обратной ползучести чч- сти модели пластл раз -рухченно горной пырпботко1г.

Существенность отличий ре ульта- тов моде.пировсчния но предлагаемому способу по сравнению с моде.гщрова- нием по известному способу наглядно прослеживается из сравнения кривых I и 2. Кривая 2 соответствует деформированию модели пласта по известному способу. Участок AD отражает нагруже п1е модели пласта до 0,3 МПа, Участок DE соответствует деформациям упругого восстановления, а участок ЕК - дейх1рмациям обратной ползучести, имеющим место ггри разгрузке части модели горного массива выработкой .

Из сравнения участков DE и ЕК соответственно на кривых 1 и 2 имеем, что величина деформаций упругого .. восстановления в 5 раз, а обратной ползучести материала в 1,5 раза больше в предлагаемом способе по отношению к соответствующий деформациям, полученным при моделировании по известному способу.

Такое значительное отличие в величинах деформаций cyi iecTBenHO приближает процессы деформирования в модели к реальным процессам деформирования массива горных пород, что цовьшгает качество и достоверность результатов моделирования.

Формула изобретения

Способ моделирования проявлений горного давления на моделях из эквивалентных материалов, включающий изготовление модели и приложение через гибкий промежуточный элемент, нахоящийся под натяжением.компенсируюей пригрузки, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения достоверности результатов моделирования, для создания компенсирующей пригрузки производят нагружение модели о величины геостатических напряжений, действовавших на глубине доин- версионного залегания моделируемых пород, выдерживают модель под нагрузкой до тех пор, пока скорость деормаций ползучести будет равна нулю, разгружают модель до величины напряений, действующих на глубине заае- гания и выдерживают модель до тех пор, пока скорость деформаций ползуести будет равна нулю.

Составитель И.Фомичева Редактор П.Гереши Техред Л.Сердюкова

Заказ 1406/30 Тираж 455Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор С.Шекмар

Изобретение относится к моделированию и предназначено для исследования горного давлен ия при разработке месторождений полезных ископаемых. Цель изобретения - повьше- ние достоверности результатов моде-. лирования. Способ включает изготовление модели (М) и приложение через гибкий промежуточный элемент, находящийся .под натяжением, компенсирующей пригрузки. Производят нагру- жение М до величины геостатических напряжений, действующих на глубине доинверсионного залегания моделируемых пород. Затем выдерживают М под . нагрузкой до тех пор, пока скорость деформаций ползучести будет равна нулю. Разгружают М до величины напряжений, действующих на современной глубине залегания. Выдерживают М под нагрузкой до тех пор, пока скорость деформаций ползучести будет равна нулю. Затем исследуют проявления горного давления. Величина деформаций упругого восстановления при описываемом способе в 5 раз, а обратной ползучести материала в 1,5 раза больше, чем при известном. Такое значительное отличие в величинах деформаций существенно приближает процессы деформирования в М.к реальным процессам деформирования массива горных пород. ил. с (Л СОо Сл 00 4: 4