Стенд для моделирования геомеханических процессов в толще горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Фиг.1

гтИзобретение относится к горной промышленности и предназначено для моделирования геомеханических процессов, возникающих в толще горных пород при отработке полезных ископаемых, в лабораторных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является стенд, включающий основание со стержнями и плоскими пластинами, эквивалентный материал и систему индикации напряжений и подвижек в эквивалентном материале,

Недостатком данного стенда является низкая ТОЧмбсть моделирования геологических условий залегания, в частности гипсометрии кровли залежи или ее гипсометрии. Это связано с тем, что гипсометрия воспроизводится на стенде набором плоских пластин, жестко закрепленных на концах выдвижных стержней. Это снижает точность воспроизведения геомеханических процессов в толще горных пород над отрабатываемой залежью, когда она имеет сложную гипсометрию контакта с породами кровли.

Целью изобретения является обеспечение адекватности моделирования геомеханических процессов за счет повышения точности воспроизведения гипсометрии залежи,

Цель достигается тем, что согласно стенду, включающему основание с отверстиями, имитирующий горные породы эквивалентный материал, боковые стенки, систему индикации напряжений, разуплотнений и подвижек в эквивалентном материале, размещенные в отверстиях основания, с возможностью фиксированного перемещения вдоль осей отверстий, стержни с ус- тановленными на их верхних концах вплотную друг к другу плоскими площадками, образующими единую поверхность для укладки эквивалентного материала, он снабжен закрепленными на верхних концах стержней шаровыми опорами с фиксаторами, а плоские площадки установлены на ша- ровых опорах с возможностью фиксированного вращения вокруг их.

На фиг. 1 показан стержень, установленный в основании стенда, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - стенд с уложенным эквивалентным материалом, вертикальный разрез (фрагмент),

Стенд для моделирования геомеханических процессов в толще горных пород включает основание 1 и имитирующий горные породы эквивалентный материал 2, боковые стечки 3, систему 4 индикации напряжений,

разуплотнений и подвижек эквивалентного материала, вертикальные отверстия, выполненные в основании 1, стержни 6, установленные в отверстиях 5 основания 1 с

возможностью фиксированного перемещения, например на резьбе, плоские площадки 7, установленные на шаровых опорах 8, которыми снабжены верхние концы стержней 6. Шаровые опоры 8 снабжены фиксаторами

0 положения площадок 7, выполненными в виде винтов 9 Площадки 7 образуют сплошную криволинейную поверхность (вариант - плоскость), которая является опорой для эквивалентного материала 2, толщина слоев

5 которого и состав подбираются по критериям геометрического и механического подобия.

Стенд работает следующим образом. По геологическим данным определяют

0 структуру, сложность и физико-механические свойства горных пород в кровле залежи, а также геометрические характеристики самой залежи. По этим данным строят гипсометрический план, отражающий геомет5 рию поверхности контакта кровли с залежью полезного ископаемого План строится в изолиниях Затем на этом плане определяются границы участка, отработка которого будет имитироваться на сгенде

0 Это участок на плане разбивается на квадраты (если площадки 7 квадратны), количество которых соответствует количеству площадок 7 стенда Затем определяется на гипсометрическом плане высотная отметка

5 центров всех квадратов. Таким образом, подготовлена информация для воспроизведения гипсометрии контакта залежь-кровля на стенде.

Каждый стержень 6 выдвигается на вы0 соту, подобную отметке центра соответствующего квадрата на гипсометрическом плане. После этого площадки 7 ориентируют так, чтобы образовалась сплошная поверхность, имитирующая криволинейную повер5 хность контакта залежь-кровля После этого с помощью болтов 9 фиксируют положение всех площадок. На поверхность площадок 7 укладывается эластичное полотно (не показано). Затем осуществляют укладку

0 эквивалентного материала 2. Одновременно с этим в искусственном массиве могут размещаться датчики системы 4 индикации,

После этого осуществляют пригрузку

5 стенда с помощью гидродомкратов, пнев- моподушек или мешков с дробью. Затем осуществляют имитацию процесса отработки залежи путем опускания отдельных площадок. Для этого частично вывинчивают стержни 6. При этом величину опускания

площадок 7 принимают подобной вынимаемой мощности залежи.

С использованием бесконтактной или контактной системы 4 индикации осуществляется измерение напряжений в массиве, его разуплотнение и деформации.

С помощью стенда возможно моделирование различных технологических ситуаций, а также воспроизводить динамику геомеханических процессов в породах кров- ли в процессе развития горных работ. Стенд целесообразно использовать для прогнозирования и выбора оптимальных вариантов развития горных работ по критерию напряженно-деформированного состояния гор- ных пород. Стенд обеспечивает возможность воспроизведения геомеханических процессов в крупных масштабах (для шахтного поля, этажа, панели) в их динамике. При воспроизведении крупномасштаб- ных процессов в горном массиве размеры стенда могут составлять (в плане) м Стенд оснащается системой механизации и автоматизации закатки искусственного массива.

Все геометрические характеристики модели, слоев, характер и состав материалов выбирают из требований геометрического и

механического подобия при моделировании геомеханических процессов в соответствии с известными принципами.

Формула изобретения Стенд для моделирования геомеханических процессов в толще горных пород, вклю- чающий основание с отверстиями, имитирующий горные породы эквивалентный материал, боковые стенки, систему индикации напряжений, разуплотнений и подвижек в эквивалентном материале, размещенные в отверстиях основания с возможностью фиксированного перемещения вдоль осей отверстий стержни с установленными на их верхних концах вплотную одна к другой плоскими площадками, образующими единую поверхность для укладки эквивалентного материала, отличающий- с я тем, что, с целью обеспечения адекватности моделирования геомеханических процессов за счет повышения точности воспроизведения гипсометрии залежи, он снабжен закрепленными на верхних концах стержней шаровыми опорами с фиксаторами, а плоские площадки установлены на ша- ровых опорах с возможностью фиксированного вращения вокруг них.

Изобретение относится - горной промышленности и гложет быть использовано для моделирование геомеханических процессов, происходящих в толще горных пород при выемке залежей полезного ископаемого, п лабораторных условиях. Стенд порышает адекватность моделирования геомеханических процессов в толще горных пород. Это достигается тем, что его плоское основание 1 снабжено отверстиями, в которых установлены стержни 6, соединенные с плоскими площадками 7 через шаровые опоры 8. Плоские площадки 7 образуют сплошную криволинейную поверхность, имитирующую гипсометрию контакта кровля-залежь Имитация процесса выемки залежи осуществляется путем опускания части площадок 7, при этом в эквивалентном материале, имитирующем породы кровли инициируются процессы роста и перераспределения напряжений, разуплотнение и разрыхление. Эти процессы контролируются с помощью cncfeMbi датчиков. 3 ил

Фиг.2

LLLLJ

О