(21)4063556/22-03
(22)03.03.86
(46) 23.03.88. Бюл. № 11
(71)Университет дружбы народов
им. Патриса Лумумбы и Шютитут проблем комплексного освоения недр АН СССР
(72)Б.И. Машковцев, И.Л. Машковцев и Г.А. Балыхин
(53) 622.023(088.8) (56) Машковцев И.Л. Проявления горного давления при выемке мощных пологих пластов. М.: ЦНИИуголь, 1979, с. 16-18.
Авторское свидетел1.ство СССР № 394678, кл. Е 21 С 39/10, 1971.
Кузнецов Р.Н. и др. Моделирование проявлений горного давления. - Л.: Недра, с. 61-64.
А-А
(54) СПОСОБ МОДЕШ-ПРОВАНга ПОДЗЕШОЙ РАЗРАБОТКИ Е.ПАСТОВЫХ МЕСТОРОВДЕНШ, СТЕНД И ЭКВРШАЛЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЕГО ОСЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения напряженно-деформированного -СОСТОЯНИЯ горных пород и параметров технолог ш добычи. Цель изобретения - повьипение точности и достоверности модели. Ее изготавливают путем ПОСЛОЙНО укладки эквивалентного материала (ЭМ). Затем производят его угшотнение и . По м ере укладки и сушки очередного слоя ЭМ тарир пот датчик напряжения (ДН). Затем производят отработку модели и одновременно регистрируют результаты измерений ДН 4 и регистрирующей апSfi
7X7 777 777 TTxy/VT: TW /х/ Х7х 77у
W
/
Фи&З
САЭ 00 ГО
со ел
Фи&З
паратурой (PA). Как при тарировке, так и при обработке модели ДН 4 и РА перемещают относительно друг друга по всей длине модели и одновременно автоматически регистрируют результаты измерений. После этого слои ЭМ извлекают раздельно, добавляют 1-20% воды, перемешивают до достижения однородной массы и используют повторно. Выполнен ДН 4 в виде цвух. параллельных пластин из прозрачного материала. Длина пластин равна длине слоев ЭМ и установлены они вертикально на расстоянии друг от друга, равном ширине слоев ЭМ. В качестве РА используют поляризационно1
Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для моделирования подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых на стендах из эквивалентных материалов для определения напряженно-деформированного состояния горных пород и параметров технологии добычи
Целью изобретения является повышение точности и достоверности моделирования.
На фиг. 1 схематически изображен
предлагаемый стенд при неподвижной установке датчика; на фиг. 2 - то же, при подвижной установке датчика; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2..
Способ заключается в следующем.
Горный массив, состоящий из различных пород: пласта полезного ископаемого (например, угольного), не-г посредственной кровли (алгиллита), основной кровли (песчаника), заменяют эквивалентными по свойствам ма териалами, которые укладывают в стенд 1 слоями 2. Предварительно в почву пласта 3 устанавливают датчик напряжений, представляющий собой две параллельные прозрачные пластины. Затем осуществляют отработку модели.
Для получения данных о напряженно деформированном состоянии вдоль всей модели или в любой заданной точке
оптическую систему 5-8, элементы которой расположены по обе стороны от ДН 4 на направляющих 12, закрепленных на жестком основании 10. Элементы системы 5-8 перемещаются посредством червячной передачи. В состав ЭМ входят следующие компоненты при их соотношении, мас.%: песок 5- 90; соль 80-5; вода - остальное. Изменяя процентное содержание компонентов ЭМ и производя испытания образцов, добиваюч ся того, чтобы расхождение фактических физико-механинес- ких свойств с расчетными не превышало 10%. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
источник 5 света и анализатор 6, размещенные с одной стороны датчика напряжений, поляризатор 7 и фотоэлектронный умножитель 8,, размещенные с
другой стороны, синхронно перемещают вдоль датчика 4 напряжений, или, наоборот, перемещают модель вместе с датчиком относительно поляриз ацион- но-оптйческой системы 5-8, установ0 ленной неподвижно, и регистрируют записывающей аппаратурой 9.
Стенд для осуществления способа выполнен следующим образом.
На жестком основании 10 установлен
5 датчик 4 напряжений, выполненный из двух параллельных пластин- из прозрачного материала, расположенных на расстоянии, равном ширине слоев 2 эквивалентного материала. Пластины
0 установлены вертикально, а их длина составляет длину слоев эквивалентного материала (т.е. равна длине модели) , При необходимости пластины по длине могут быть составлены из нескольких частей. Поверх пластин уложены. Например, металлическая лента 1 1J, а затем слои эквивалентного материала. С одной стороны датчика напряжений (или жесткого основания 10)
0 расположены источник 5 света, в качестве которого применяют, например, лазер, и анализатор 6, с другой стороны - поляризатор 7, и фотоэлект- ронный умножитель 8. Поляризационнооптическую систему 5-8 и датчик 4 напряжений выполняют подвижными относительно друг друга.
Луч света-от источника 5, проходя анализатор 6, датчик 4 напряжений и поляризатор 7, попадает в фотоэлектронный умножитель 8. Регистрация показаний производится автоматически непосредственно с фотоэлектронного умножителя, например, печатающим устройством, ленточным перфоратором, микрокомпьютерной системой и т.п.
При неподвижной установке датчика напряжений (т.е. жесткого основания и всего стенда в целом) жесткое основание 10 (фиг. 1-3) имеет ширину больше, чем слои эквивалентного материала. На выступающих частях основания установлены направляющие 12, по которым могут синхронно перемещаться каретка 13с лазером 5 и анализатором 6 и каретка 14 с поляризатором 7 и фотоэлектронным умножи- - для различных пород и углей в дальтелем В....Перемещение кареток 13 и 14 может быть осуществлено, например, посредством червяка 15, связанного через шестеренчатую передачу с валом реверсивного электродвигателя 16.
В случае установки поляризационно оптической системы 5-8 стационарно жесткое основание 10 (фиг. 2 и 4) снабжается катками 17 с возможностью eVo перемещения с датчиком 4 напря 30
неишем используется для изготовления модели по стратиграфической колонке моделируемой толщин; конкретного пла стового месторождения.
Пример 1. Содержание компонентов для аргиллитов, мас.%:
Песок 84,4
Соль 13,8
Вода1,8
Пример 2. Содержание компо-
жений (т.е. всего стенда) по направ- 35 нентов для песчаников, мас.%:
ляющим 18 относительно луча света.
Эквивалентный материал содержит песок, соль и воду с диапазонами изменения, в зависимости от крепости пород, мас.%1 песок 5-90, соль 80-5, вода - остальное.
Изготовление состава и подбор процентного содержания компонентов эквивалентного материала ос уществля- ют следующим обра:зом.
В сухом виде перемешивают песок и соль в различных пропорциях, добавляют 1-20% воды и вновь перемешивают до достижения нормальной консистенции смеси. Полученный материал укладывают в формы и сушат, получая таким образом образцы для испытания его физико-механических свойств. По результатам испытаний строятся диаграммы Гиббса-Розебома.
Пример совместной работы способа, стенда и эквивалентного материала для осуществления способа.
10
3829534
По данным физико-механических свойств угля и пород в натуре опреде- ляют в соответствии с теорией подобия расчетные физико-механические свойства эквивалентного материала. Первоначально процентный состав материала, эквивалентного, например, углю,- аргиллиту, песчанику и так далее, находят по построенным диагра мам Гиббса-Розебома. Затем из полученных материалов изготавливают образцы, на которых определяют физико-механи-г ческие свойства конкретной горной породы (в модели.). Изменяя процентное содержание компонентов материала и производя испытания образцов, добиваются того, чтобы расхождение фактических физико-механических свойств с расчетными не превышало 10%, что является достаточным для обеспечения достоверности моделирования.
Установленное данным способом процентное содержание компонентов
15
20
30
неишем используется для изготовления . модели по стратиграфической колонке моделируемой толщин; конкретного пластового месторождения.
Пример 1. Содержание компонентов для аргиллитов, мас.%:
Песок 84,4
Соль 13,8
Вода1,8
Пример 2. Содержание компо-
0
5
5
Песок . 78,6
Соль17,4
Вода4,0
Пример 3. Содержание компонентов для угля, мас.%:
Песок 86,2
Соль12,0
Вода1,8
В результате проведенных испытаний образцов установлено, что предложенный состав позволяет моделиро- вать с высокой точностью и достоверностью различные горные породы в широком диапазоне от крепких пород (содержание соли до 80 мас.%) до слабых и сыпучих пород (содержание песка до 90 мас.%). В зависимости от требуемой ;консистенции смеси и содержания соли общее количество воды
составляет 1-20% от массы смеси. Слои материала, эквивалентные разным горным породам, укладывают в модель по стратиграфической колонке
моделируемого пластового месторождения. Для укладки материала по бо- каи модели возводят временную опалубку на 3-4 слоя материала. Уложив и разровняв слой материала, производят его уплотнение и cyniKy путем подави теплого воздуха к поверхности
)Я.
Тарировку датчика ,4 напряжений производят после укладки- и сушки оч(;рвдного слоя модели, Дпя этого сначала регистрируют значение интен- СИ1ШОСТИ прошедшего через ненагруженный датчик напряжений света пу- Teii перемещения поляризационно-опти- че1;кой системы (или датчика напряжений) вдоль всей .модели с помощью записывающей аппаратуры 9. Затем ук- ла давают слой эквивалентного матери- ал известной сухой массы, сушат его
новь регистрируют показания датчии
ка
до
4 напряжений. Тарировку производя окончания укладки слоев в стенд. При необходимости, т„е. для моде- эования заданной глубины разработ производят поэтапную пригрузку 5ивалентного материала известными 1ичинами, также перемещая полярилики эк ве за на1тряжений относительно друг друга
;ионно-оптическую систему и датчик
и
Та ел пр
егистрируя результаты измерении сим образом, по окончании укладки
ев эквивалентного материала и их сгрузки получают тарировочный графи , зависимости изменения интенсив- 35 ноСти света от пригрузки на датчик напряжений.
После этого приступают к отра- бЬтке модели, для чего производят последовательную выемку пласта 3 по выбранной методике моделирования с учетом масштабов времени. Вынув оч|ередную часть пласта, производят регистрацию показаний датчанка напряжений описанным сиособом. Во время отработки пласта 3 происходит перераспределение напряжений.в модели, что вызывает изменение интенсивности света, попадающего в фотоэлектронный умножитель 8. Это регистрируется записывающей аппаратурой 9. Значения полученных величин нормальных напряжений в модели определяют путем сопоставления данных измерений с тариро- вочным графиком. Таким образом определяется опорное давление (впереди очистного забоя) и давление обру
шенных пород в выработанном пространстве на почву пласта.
После того, как модель отработана (т.е., пласт или группа пластов полностью вынуты), приступают к разборке модели. Для этого слои материала, эквивалентного одной и той же горной породе, извлекают отдельно от других слоев и помещают в отдельную емкость. При повторной подготовке модели в извлеченный материал добавляют 1-20% воды, перемешивают материал до достижения однородной массы и используют его повторно при укладке слоев в новый стенд.
Формула изобретение
и извлечение слоев эквивалентного материала после отработки модели, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности и достоверности моделирования, тарировку датчика напряжений ведут по мере укладки и сушки очередного слоя эк- ..вивалентного материала, при этом как и при отработк е модели, датчик напряжений и регистрирующую аппаратуру перемещак1Т относительно друг друга по всей длине модели и одновременно автоматически регистрируют резул-ь- таты измерений, после чего слди эквивалентного материала извлекают раздельно, добавляют 1-20% воды, перемешивают до достижения однородной массы и. используют повторно.
янии друг от друга, равном ширине слоев эквивалентного материала, а в качестве регистрирующей аппаратуры применена поляризационно-оптическая система, элементы которой расположены по обеим сторонам от датчика напряжений.
2- 2г,. -,, - . .- ,./ . - -.
, . . .- : . . .. J -.. . .-.,-. у , . т . , , , ,
.. . .,-.. ; г -.
., в. у V V У V V V V
JL
X. X ./ X
л X /
7
/// /// А// ///У// ///////// // /// // ///./// /// /-
,
Фиг,1
ляризационно-оптической системы установлены неподвиясно с обеих сторон от датчика напряжений, а жесткое основание выполнено подвижным на опорных катках,
Песок
Соль
Вода
5-90 80-5 Остальное
I
:i%x
;-.;;.:;/
/
V У V V V V
X ./ X
л X /
/
12
3
11
WW
- - . /7
SФи. г
5 6
- ЕЗ/Vx // /XV X
75 Фиг. Ц
