Способ исследования напряженного состояния горного массива на моделях из оптически чувствительных материалов Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 E21F5/00 

10

15

11452981

Изобретение относится к гopнo fy делу и может быть использовано при лабораторных методах оценки изменения напряженного состояния массива горных пород на плоских моделях из оптически чувствительных материалов.

Цель изобретения - повьшение достоверности исследования напряженного ;состояния горного массива на моделях путем соблюдения условия подобия при формировании зон изменения напряженного состояния в окрестности очистных выработок.

I На фиг.1 представлена модель с румя пластами, отрабатываемыми забо- |ями по падению (верхний - щиты, ниж- ний - ПНСГЗ); на фиг,2-5 - разрезы А-А, Б-Б, В-В, Г-Г на фиг.1 соответственно j. на фиг.6 и 7 - распределе- 1иие касательных напряжений в порядке ролос по сечению, проведенному в центре выработанного пространстваj на фиг.8 и 9 - построенные по фотографии язохром изоклины и изостаты соответ- 25 jCTBeHHOi на фиг. 10 и 11 - изоклины и изостаты, полученные при отработке Двух подэтажей с перфорацией отверс- тиями зон обрушений и трещиноватости ; Вокруг очистных выработок.

Различие в жесткости слоев угля и вмещающих пород создано уменьшением Ылщины модели 1 путем нанесения углубления 2. Толщина модели состав20

30

следующий пролет 10 обнажения с ими тацией зоны 11 трещиноватости и т.д Эти операции имитируют поэтапно отр ботку пластов забоями, двигающимися по линии падения и восстания, как с обрушением, так и с закладкой выработанного пространства. Кроме того, за счет поэтапного моделирования вн чале без имитации зон трещиноватост затем с их имитацией, а в дальнейше и с имитацией зон обрушений имитиру ется выемка угля забоями по простиранию.

Пример. Исследования напряж ного состояния горного массива пров дят в геометрическом масштабе 1:100 на плоских моделях из оптически чув ствительных материалов СД-5. Имитируют отработку одиночного пласта мощностью 3 м, залегающего под углом 60 . Выемка угля осуществлялась с разделением на два подэтажа, при зтом замораживание при Ts под нагрузкой осуществляют мостате или в центрифуге.

Пригрузку моделей осуществляют из расчета получения максимальной яркос ти полос.

Геометрические размеры модели в термостате составляют 280x280 мм, в центрифуге - 240x260 мм, при толщи не моделей 10,6 - 10,8 мм,

В термостате вертикальная пригруз

в тер|1яет 10,0 мм, а углубление 2- 1,0мм -- ка задается в зависимости от глуби1 Л 4 . гч. .А..-4.4/Л/Л(ЛJtJ .„. ..

40

при масштабе моделирования 1:1000.

Способ осуществляется следующим дбразом.

На модели 1 нанесением углубле- 2 создается уменьшение толщины ;Модели. На верхнем пласте после no- Этапного подвигания щита этаж отра- батьшается полностью на величину про- Лета 3с образованием Зоны 4 обруше- Иия и зоны 5 трепцшоватости пород Кровли и почвы с оставлением стен- tvi 6. Так как выработанное простран- Ьтво забучено обрушенными породами, to выеМка пролета 3 осуществлена Ле сквозным прорезанием модели, а а оставлением стенки 7, толщина стен- ки 6 5,0 мм, а стенки 7 2,0 мм.

На нижнем пласте осуществлена ыемка угля на величину пролета 8,

45

ны залегания пласта, боковая - из расчета задания бокового распора.

Выемка угля осуществляется как в однородном массиве, так и с изменяю- щимся модулем упругости вокруг очист ных забоев, т.е. с образованием зоны обрушений и значительной трещиноватости.

Имитацию выемки угля осуществляют сквозным прорезанием модели фрезой 0.3 мм, „

Имитацию зон обрушения и значител ной трещиноватости производят путем перфорирования в этих зонах отверстий 0 3 мм. Образцы с отверстиями и без отверстий нагружают из расчета 1 и 1,5 .кг/см и помещают в термостат, где их замораживают при Тд . Средние модули упругости

закладкой выработанного пространст- с образцов без отверстий и с различным

1)а, которая имитируется толщиной етенки 9 (толщина стенки 9 3,0 мм). На этом пласте после отжига модели будет имитироваться выемка угля на

количеством отверстий задают: в кровле пласта на высоту обрушения кровли h(j,i 10 m упругую среду с модулем Е 1.07. Ем, а выше на высоту трещи10

15

25

20

0

следующий пролет 10 обнажения с имитацией зоны 11 трещиноватости и т.д. Эти операции имитируют поэтапно отработку пластов забоями, двигающимися по линии падения и восстания, как с обрушением, так и с закладкой выработанного пространства. Кроме того, за счет поэтапного моделирования вначале без имитации зон трещиноватости, затем с их имитацией, а в дальнейшем и с имитацией зон обрушений имитируется выемка угля забоями по простиранию.

Пример. Исследования напряженного состояния горного массива проводят в геометрическом масштабе 1:1000 на плоских моделях из оптически чувствительных материалов СД-5. Имитируют отработку одиночного пласта мощностью 3 м, залегающего под углом 60 . Выемка угля осуществлялась с разделением на два подэтажа, при зтом замораживание при Ts под нагрузкой осуществляют мостате или в центрифуге.

Пригрузку моделей осуществляют из расчета получения максимальной яркости полос.

Геометрические размеры модели в термостате составляют 280x280 мм, в центрифуге - 240x260 мм, при толщине моделей 10,6 - 10,8 мм,

В термостате вертикальная пригруз:150 С

в тер- ка задается в зависимости от глубика задается в зависимости от глуби.„. ..

ны залегания пласта, боковая - из расчета задания бокового распора.

Выемка угля осуществляется как в однородном массиве, так и с изменяю- щимся модулем упругости вокруг очистных забоев, т.е. с образованием зоны обрушений и значительной трещиноватости.

Имитацию выемки угля осуществляют сквозным прорезанием модели фрезой 0.3 мм, „

Имитацию зон обрушения и значительной трещиноватости производят путем перфорирования в этих зонах отверстий 0 3 мм. Образцы с отверстиями и без отверстий нагружают из расчета 1 и 1,5 .кг/см и помещают в термостат, где их замораживают при Тд . Средние модули упругости

образцов без отверстий и с различным

количеством отверстий задают: в кровле пласта на высоту обрушения кровли h(j,i 10 m упругую среду с модулем Е 1.07. Ем, а выше на высоту трещиноватости кровли , 13 m упругую среду с модулем ЕЭ «-80% Ем, в почве пласта на глубину трещиноватости почвы h т, п 13 m упругую среду Ем. Затем фиксируют изменение напряжений в модели в виде изохром, замороженных под нагрузкой в термостате без

15

нанесения ослабленных зон вокруг очистных выработок, и в виде изохром, ю замороженных под нагрузкой в термостате с имитацией вокруг очистных выработок ослабленных зон перфорацией отверстий 0 3 мм.

По фотографии изохром строится характер распределения касательных

напряжений в порядке полос по сече- нию, проведенному в центре выработанного пространства (фиг.6 и 7). При сравнении характера распределения касательных напряжений в концевых участках забоев (фиг.6, точки О, 8, 9, 18) с аналогичными участками забоев (фиг.7, точки О, 4, 11, 12) делается

заключение, что наличие зон ослабления и трещиноватости вокруг очистных забоев вносит изменение в напряженное состояние пород в окрестности очистных забоев, а в данном примере изменй- ет характер распределения касательных ЗО напряжений на концевых участках очист - ных забоев в сторону уменьшения (на 2,1,4,1 порядков, считая сравниваемые точки с нижнего этажа вверх

20

25

25 боковых пород, пригрузку и заморажи вание модели, получение оптических картин изохром и изоклин, их расшиф ровку, отжиг, поэтапное повторение операций моделирования при увеличении пролета обнажения боковых пород на одиночном пласте или в их свите отл-и чающийся тем, что, с целью повышения достоверности иссле дования напряженного состояния горн го массива на моделях путем соблюде

по восстанию).25

На фиг.8 и 9 представлеш.1 постро- ния условия подобия при формирова- енные по фотографии изохром изоклины и изостаты, из которых видно, что максимальные возмущения напряжений поля находятся в целике между отра- 40 ботанными подэтажами и в концевых участках очистных забоев. Причем у верхних кромок очистных забоев максимум приходится на кровлю забоя, у нижних кромок - на почву забоя.

На фиг.10 и 11 представлены изонии зон изменения напряженного состояния в окрестности очистных выраб ток, исследование напряженного сост яния ГОРНОГО массива на моделях ведут этапами, при этом на первом эта пе имитируют обнажение боковых поро на пролет обнажения боковых пород, не допускающий образования зон тре- jg щиноватости, а на последующих этапа имитируют выемку угля с образование

клины и изостаты, полученные при отю2Ч814

работке этих же двух подэтажей с перфорацией отверстиями зон обрушений и тревциноватости вокруг очистных выработок. На фиг.10 и 11 видйо, что по сравнению с фиг.8 и 9 картина напряженного состояния массива вокруг очистных забоев резко изменилась, в сторону уменьшения.

Формула изобретения

Способ исследования напряженного состояния горного массива на моделях из оптически чувствительных материалов, включающий нанесение на пластид ны из оптически чувствительных материалов контуров пластов угля путем уменьшения жесткости модели

фрезерованием, имитацию выемки угля прорезанием сквозной щели при выемке с обрушением или уменьшением толщины пласта при выемке с закладкой на заданный пролет обнажения

боковых пород, пригрузку и замораживание модели, получение оптических картин изохром и изоклин, их расшифровку, отжиг, поэтапное повторение операций моделирования при увеличении пролета обнажения боковых пород на одиночном пласте или в их свите, отл-и чающийся тем, что, с целью повышения достоверности исследования напряженного состояния горного массива на моделях путем соблюде

ния условия подобия при формирова-

нии зон изменения напряженного состояния в окрестности очистных выработок, исследование напряженного состояния ГОРНОГО массива на моделях ведут этапами, при этом на первом этапе имитируют обнажение боковых пород на пролет обнажения боковых пород, не допускающий образования зон тре- щиноватости, а на последующих этапах имитируют выемку угля с образованием

зон трещиноватости и обрушений.

ABB

гл-/г

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при лабораторных методах оценки изменения напряженного состояния (не) массива гор- ньк пород на плоских моделях из оптически чувствительных материалов.Цель изобретения - повышение достоверности исследования НС горного массива на моделях путем соблюдения условия подобия при формировании зон изменения НС в окрестности очистных выработок. На модели нанесением углубления создается уменьшение толщины модели. При исследовании НС операции моделирования имитируют поэтапную отработку пластов забоями, двигающимися по линии падения и восстания с обрушением или акладкой выработанного пространства. На первом этапе без имитации зон трещиковатости,затем с их имитацией, а в дальнейшем с имитацией зон обрушения моделируется выемка угля забоями по простиранию. Образцы с отверстиями или без них нагружают и помещают в термостат, где их замораживают, задают средние модули упругости образцов: в кровле- на высоту обрушения, высоту трещино- ватости, а в почве - на высоту трещи- новатости, фиксируют изменение НС в модели в виде изохром, замороженных под нагрузкой в термостате без нанесения и с нанесением ослабленных зон вокруг очистных выработок.Затем по изохромам строят распределение, касательных напряжений в порядке полос по сечению, проведенному в центре вьфаботанного пространства. По сравнению полученных значений касательных напряжений в концевых участках забоев в различных условиях моделирования делается заключение о изменении НС в окрестности выработки. 11 ил. ю г 00

.ц

А в 8Г

Фиг. 1

Ш 8:J

Фиг. 2 .З Фи фие.5

W-/

5

фиг.8

фие.9

фив.Ю