Способ моделирования сдвижения горных пород при нарушенном залегании слоев Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

(Л

с

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение точности и достоверности исследования процесса сдвижения горных 1пород и земной поверхности путем имитаШ1Н естественных условий образования разрывной и пликативной тектоники. Производят закатку горизонтальных слоев модели. Последнюю нагружают путем перемещения ее боковых стенок. Прн нагруженин модели одновременно с перемещением боковых cfe- нок осуществляют взаимосвязанное с ним перемещение секций основания модели, исходя из условий образования моделированной нарушенности. Затем срезают и удаляют верхнюю выступающую часть модели, после чего закатывают слой имитирующий наносы. Выемку слоев, имитирующих угольные пласты, производят после полного затухания деформаций. Одновременно с выемкой можно Производить незначительные смещения слоев модели в направления нарушения. 2 ил.

4 00

4

сл

Изобретение относится к горному делу и предназначено для моделирования сдвижений прн залегании горных пород в виде складки и при наличии разрывных тектонических .нарушений.

Цель изобретения - повышение точнос7и и достоверности исследования процесса сдвижения горных пород и земной поверхности путем имитации естественных .условий образования разрывной и плика- ивной тектоники.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа, т.е. устройство для моделирования разрывных

10

Оснащают модель измерительной аппаратурой и выдерживают модель в течение времени пока затухнут деформации модели, связанные с ее уплотнением и с изменением напряженного состояния. Производят извлечение слоев, воспроизводящих угольные пласты и определяют сдвижения и деформации в модели.

Пример 1. Моделируют сдвижения горных пород при подработке крутопадающего тектонического нарушения с углом падения плоскости сместителя, равным u 60°, и амплитудой смещения крыльев, равной А 50 м:

Масштаб моделирования 1:500. Подработку осуществляют одним пластом мощноформ нарушений; на .фиг. 2 - вариант устройства для моделирования складчатого за- fs стью 1,5 м. Мощность наносов 10 м. легания пород.

Устройство (фиг. .1) содержит жесткую раму I, в верхнем 2 и нижнем 3 элементах которой выполнены направляющие 4, боковые стенки 5, установленные с возможноДля моделирования используют устройство, показанное на фиг. I. Перед изготовлением модели подвижные секции 7 основания

устанавливают горизонтально, а подвижные

стью перемеще ния по направляющим 4 и 20 боковые стенки 5 закрепляют в верхних 2 имеющие направляющие 6, секции 7 основа- и нижних 3 элементах рамы I. В основание ния, концн которых связаны с направляющими 6, и домкраты 8 и 9, закрепленные на раме I и служащие для перемещения боковых стенок 5 и секций 7.25

Согласно варианту устройства (фиг. 2) концы секций 7 с одной стороны закреплены на оси 10 вращения, а с другой стороны поддерживаются и перемещаются с помоцхью

домкратов 9. Ось 10 вращения расположе---- .- -;

на на шарнирной опоре И, закрепленной на 30 yj. cj,ojj 3 высоту, равную глубине разра- элементе 3 рамы 1. Опора П может быть ботки с учетом масштаба моделирования, сменной. Опору 11 с малой высотой исполь- Определяют величины горизонтальных и зуют при моделировании залегания слоев вертикальных перемещений правой части мо в форме синклинальной складки, производя дели. Вертикальное перемещение fe равно ам- при этом подъем концов секций 7. Опору 11 . плитуде тектонического нарушения с уче

модели закатывают несколько слоев, которые образуют так называемое буферное пространство, которое несколько разрушается при смещении отдельной части модели. Выше буферного пространства укладывают слой 12, воспроизводящий угольный пласт. Для этих целей могут быть использованы стеклянные или металлические пластины. Сверху слоя 12 последовательно закладыва,с большой высотой используют при моделировании залегания слоев в форме антиклинальной складки, производя при этом опускание концов секций 7. Способ осуществляют следующим образом.

Исходя из условий залегания слоев горных пород в натуре, определяют в результате каких механических перемещений дан- н.ые условия могут быть созданы.

том масштаба модели -(в данном случае в 100 м). Величину горизонтального смешения

а определяют по формуле

о

40 ставляет 58 мм.

Открепляют правую подвижную боковую стенку 5. Осуществляют перемещение правой боковой стенки 5 на величину о, а правой секции 7 основания на величину Ь. В резульУстанавливают секции 7 подвижного ос- дд тате в модели возникает разрыв, воспроиз- нования горизонтально. Последовательно в водящий тектоническое нарушение. Подня- опалубку засыпают, разравнивают и уплотня- тую часть 13 модели срезают и удаляют (за- ют.материал моделирования. -В зависимости штрихованная области). После этого уклады- от условий моделирования осуществляют по- вают слой, имитирующий наносы. На верх- следовательные вертикальные перемещения ней поверхности модели устанавливают ин- секций 7 основания и горизонтальные пере- 50 дикаторы часового типа и фиксируют оседания всей толщи модели. Выемку слоя начимещения боковых стенок 5 или их совместное перемещение. После перемещения слоев срезают верхнюю выступающую часть модели, обеспечивая горизонтальность верхнают после того, как уплотнения модели полностью затухают.

Пример 2. Расматривакуг моделирование

ней поверхности, засыпают и уплотняют при процесса сдвижения в условиях асимметрич- необходимости слой имитирующей четвер.- ной складки, угол падения одного крыла составляет 30°, а второе крыло залегает горизонтально. Для моделирования использутичные отложения, залегающий несогласно с коренными породами и снимают опалубку.

Оснащают модель измерительной аппаратурой и выдерживают модель в течение времени пока затухнут деформации модели, связанные с ее уплотнением и с изменением напряженного состояния. Производят извлечение слоев, воспроизводящих угольные пласты и определяют сдвижения и деформации в модели.

Пример 1. Моделируют сдвижения горных пород при подработке крутопадающего тектонического нарушения с углом падения плоскости сместителя, равным u 60°, и амплитудой смещения крыльев, равной А 50 м:

Масштаб моделирования 1:500. Подработку осуществляют одним пластом мощностью 1,5 м. Мощность наносов 10 м.

боковые стенки 5 закрепляют в верхних 2 и нижних 3 элементах рамы I. В основание

--- .- -;

yj. cj,ojj 3 высоту, равную глубине разра- ботки с учетом масштаба моделирования, Определяют величины горизонтальных и вертикальных перемещений правой части мо дели. Вертикальное перемещение fe равно ам- плитуде тектонического нарушения с уче

модели закатывают несколько слоев, которые образуют так называемое буферное пространство, которое несколько разрушается при смещении отдельной части модели. Выше буферного пространства укладывают слой 12, воспроизводящий угольный пласт. Для этих целей могут быть использованы стеклянные или металлические пластины. Сверху слоя 12 последовательно закладыва,. cj,ojj 3 высоту, равную глубине разра- ботки с учетом масштаба моделирования, Определяют величины горизонтальных и вертикальных перемещений правой части мо дели. Вертикальное перемещение fe равно ам- плитуде тектонического нарушения с уче

том масштаба модели -(в данном случае в 100 м). Величину горизонтального смешения

а определяют по формуле

о

нают после того, как уплотнения модели полностью затухают.

Пример 2. Расматривакуг моделирование

ют устройство, показанное на фиг. 2. Подвижные секции 7 основания закрепляют на оси 10 вращения, располагаемой на шарнирной опоре 11. Закатку горизонтальных слоев модели производят в такой .же последовательности, как и в предыдущем примере.

Определяют необходимое вертикальное перемещение, осуществляемое с помощью домкратов 9. Оно может быть получено графически или вычислено по формуле Ь 1 tgoC где - расстояние от оси вращения до точки установки домкрата; о. - заданный угол падения слоев крыла складки. С помощью домкрата 9 осуществляют постепенное поднятие левой секции 7 основания. С помощью домкрата 8 подвигают боковую стен- ку 5. После придания секции 7 основания заданного угла наклона поднятую часть 13 модели (заштрихованная область) среза- кя и удаляют. Далее производят операции, аналогичные описанным в примере 1.

При моделировании тектонически активных районов одновременно с выемкой угольных пластов можно дополнительно производить незначительные (на несколько порядков ниже первоначальных) перемещения слоев модели в тех же направлениях, что и при образовании нарущения.

Благодаря имитаций условий образования складок, нарущений и тектонических

0

5

0

5

напряжений, предлагаемый способ позволяет исследовать влияние нарущеннй на процесс сдвижения подрабатываемой толщи, сдвижения и деформации земной поверхности и влияние мощности наносов.

Формула изобретения

Способ моде 1ирования сдвижения горных пород при нарушенном залегании слоев, включающий закатку горизонтальных слоев модели, нагружение модели путем перемещения ее боковых стенок, выемку слоев, ими- тиру.эщих угольные пласты, и наблюдение за смещением точек модели, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности исследования процесса сдвижения горных пород и земной поверхности путем имитации естественных условий образования разрывной и пликативной тектоники, при нагружении модели одновременно е перемещением боковых стенок осуществляют взаимосвязанное с ним перемещение секций основания модели, исходя из условий образования моделируемой нapyJшeннocти, затем срезают и удаляют верхнюю выступающую часть модели, после чего закатывают слой, имитирующий наносы, а выемку слоев, имитирующих угольные пласты, производят после полного затухания деформаций.