Способ моделирования напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

1

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при моделировании напряженного состояния массива горных пород.

Цель изобретения - снижение трудоемкости.

На фиг. 1 показано размещение в опалубке модели рабочего поля; на фиг. 2 - добавление в опалубку модели периферийной области модели; на фиг.З- направленное воздействие на периферийную область модели теплового или магнитного поля; на фиг. 4 - модель в

опалубке с крышкой в процессе твердения, вид сбоку.

Способ осуществляется следующим образом.

Дополнительно создают напряженное состояние при формировании модели путем помещения в опалубку 1 профилирующего элемента 2, в котором формируют центральную часть модели 3 из самонапряженного в процессе твердения цементного раствора, а затем из расширяющегося цемента формируют периферийную область модели 4, ко-

4

О

00

to

торую подвергают воздействию теплового или магнитного поля в направлении от периферии к центру модели (направление показано стрелками 5). Опалубка закрывается крышкой 6. Профилирующий элемент 2 выполняют из тонкостенного материала v удаляют ег из опалубки после размещения в последней периферийной области модели. Для нагревания периферийной области модели могут быть использованы любые нагревательные приборы, например электронагревательные с регулируемой подачей напряжения на нагревающий элемент, а в качестве источника магнитного поля - электрические или постоянные магниты. Эти элементы перемещаются по кольцеобразным траекториям в направлении от периферии к центру модели.

Для изготовления самонапряженного в процессе твердения цементного раствора могут быть использованы напрягающие цементы НЦ-20, НЦ-40. При моделировании можно применять ка расчетные табличные значения самонапряжения получаемого цементного камня, так и значения, определенные согласно существующей методике. Для формирования периферийной област модели применяют глиноземистый расширяющийся цемент или расширяющийся портландцемент РГЩ марок 400; 500; 600.

Воздействие на материал модели производят в условиях ограниченности свободного расширения твердеющего цементного теста. При этом рабочая часть модели может находиться как в отверждением, так и в пластичном состоянии. Крепление крышки (не показано) должно обеспечивать предотвращение ее смещения в вертикальном направлении в процессе твердения расши ряющегося цемента.

Отверждение рабочего поля модели, изготовленного из самонапряженного в процессе твердения цементного раствора, вызывает формирование напряженного состояния материала тела мо1 дели. Усилить напряженное состояние рабочего поля модели призвано формирование периферийной области модели из расширяющегося цемента. Создание такой области из указанного цемента определяет подверженность сжатию рабочего тела модели расширяющимся цементом, в результате чего сжимаю

,-

,Q jc п

25 .д

55

40

50

щие напряжения в рабочем поле модели увеличиваются. Изменяя толщину слоя расширяющегося цемента и конфигурацию периферийной области модели в необходимом для условий моделирования диапазоне, можно изменять напряженное состояние рабочего поля модели, направленно формировать последнее, делая его, например, неоднородным.

Пример . Исследованиями установлено, что горизонтальные составляющие напряжений сжатия для данного рудника составляют 3,5 и 5,0 величины вертикальных напряжений сжатия от воздействия массы вышележащих пород. Для моделирования рабочего поля модели (в котором располагаются скважинные заряды) используется самонапряженный в процессе твердения цементный раствор из цемента НЦ - 20; 40, который смешивается с песком и водой в соотношениях 1:3:1. Полученное цементное тесто помещается в опалубку из фанеры, в центре которой устанавливается профилирующий элемент из пластмассы, толщиной 2 мм. Залитое в профилирующий элемент опалубки цементное тесто застывает в течение 5 сут, после чего профилирующий элемент из опалубки удаляется. Сформированный материал рабочего поля модели имеет напряжение, эквивалентное напряжению сжатия и равное 980 кг/см2 , что принимается в качестве базового, адекватного напряжению, возникающему под воздействием массы вышележащих пород. Далее из глиноземистого расширяющегося цемента марки 500 формируется периферийная область модели, геометрия которой выполняется таким образом, что ширина слоя расширяющегося цемента, прилегающего к модели со стороны направления в крест простирания, составляет 5 см, а ширина слоя, прилегающего к модели со стороны направления по простира-1 нию, - 3,5 см. Размеры рабочего поля модели 100 х 100 х 50 мм, ив процессе отвердения периферийной области последняя закрывается крышкой из металла. Время изготовления модели с учетом набора необходимой прочности материала составляет 25-26 сут.

Преимущество предложенного способа изготовления модели физического , тела, в сравнении с базовым вариантом, описанным в прототипе, заключается в снижении трудозатрат при

физическом моделировании напряженного состояния массива горных пород за счет ликвидации для этого специальных механических устройств и средств контроля напряженного состояния массива, обслуживания их в процессе работ по моделированию.

Формула изобретения

Способ моделирования напряженного состояния массива горных пород, включающий формирование модели из цементного раствора в опалубке и последующее создание в ней напряженного сое-

тояния внешним воздействием, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, дополнительно создают напряженное состояние при формировании модели в опалубке путем заливки центральной ее части самонапряженным в процессе твердения цементным раствором, а периферийной области - расширяющимся в процессе твердения цементным раствором, внешнее воздействие на периферийную область осуществляется путем теплового или магнитного поля в направлении от периферии к центру модели.

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - снижение трудоемкости. Дополнительно создают напряженное состояние при формировании модели в опалубке путем последовательной заливки ее центральной части и периферийной области. На первом этапе формируют центральную часть модели из самонапряженного в процессе твердения цементного раствора, создавая заданное напряженное состояние в модели без применения механических устройств, деформирующих тело модели. На втором этапе формируют периферийную область модели из расширяющегося в процессе твердения цементного раствора. На последнюю воздействуют тепловым или магнитным полем в направлении от периферии к центру модели. Благодаря этому опережающее отвердевание внешних слоев периферийной области модели приводит к возникновению во внутренних слоях периферийной области более интенсивных сжимающих напряжений, чем без этого воздействия. Данный способ позволяет моделировать напряженное состояние в моделях горных пород, выполненных из цементного раствора без применения специального оборудования, предназначенного для механических испытаний пород. 4 ил.

фиг.1

фиэ.2