Способ моделирования ледопородных ограждений и устройство для его осуществления Советский патент 1977 года по МПК E21D1/14 

(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛЕДОПОРОДНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ И УСТРОЙСТВО Для ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

илиндрического стакана 3, внутреннего теплообменника 4, приспособления 5 для передачи авления и внешнего нагревателя 6.

Внутренний теплообменник 4 выполнен в виде кольцевого ряда параллельных трубок 7, соединенных с верхним кольцом 8 идвумя нижними полукольцами 9, которые соединены с патубками 10, выходящими наружу через сальиковые уплотнения 11, расположенные в дние корпуса. При прокачке через внутренний еплообменник жидкого теплоносителя 12 с заанной температурой производится заморажиание грунта внутри корпуса и поддержание заанной температуры внутри ледопородной моели.

Приспособление 5 для передачи радиального давления на ледопородную модель выполнено из цилиндрической перфорированной трубы

13,расположенной коаксиально с корпусом, и крупнозернистой, например, гравийной засыпки

14,заполняющей зазор между ними. Путем нагнетания через штуцер 15 воды при заданном гидростатическом давлении создается равномерно распределенная радиальная нагрузка на боковую поверхность ледопородной модели.

Внешний нагреватель 6 расположен на внешней боковой поверхности цилиндрического корпуса и выполнен в виде электрической проволочной спирали, закрепленной на электроизоляционной основе. Внешняя поверхность цилиндрического корпуса покрывается слоем эпоксидной смолы и двумя слоями стеклоткани. Проволочная спираль пришивается к стеклоткани и покрывается двумя слоями стеклоткани и слоем эпоксидной смолы. Нагреватель подключается к электрической сети через трансформатор, позволяющий регулировать напряжение тока и, следовательно, величину теплового потока, создаваемого на внешней поверхности цилиндрического корпуса.

Устройство работает следующим образом.

Перед загрузкой грунта при снятой крышке 2 внутрь корпуса заводят через сальниковое уплотнение 16 различные датчики 17, предназначенные для измерения в заданных точках температуры, механических напряжений и деформаций. На дно укладывают слой гравия, который служит как для равномерного дренажа, так и для увлажнения грунта.снизу. Затем укладывают предварительно увлажненный исследуемый грунт. По мере укладки грунта в заданных точках размещают датчики. Когда уровень грунта достигает нижнего среза трубы 18, имитирующей крепь шахтного ствола, ее устанавливают на грунт и центрируют. Затем кольцевое пространство между перфорированной трубой 13 и трубой 18 заполняют грунтом до верхнего края корпуса. После этого устанавливают герметизирующую крышку 2. Ниже среза трубы 18 делают углубление на 15-20 мм меньще, чем необходимо для свободной посадки съемного цилиндрического стакана 3. Путем принудительной посадки последнего под ним дополнительно уплотняется грунт. Затем производят полное водонасыщение грунта путем медленной подачи воды через щтуцер 19. Для удаления вытесняемого воздуха открывают пробку 20. После полного водонасыщения грунта и

герметизации корпуса устанавливают в нем заданное гидростатическое давление через штуцер 15.

Замораживание грунта внутри корпуса производят путем прокачки через теплообменник 4 охлажденного до заданной температуры жидкого теплоносителя. Так как при замерзании вода увеличивается в объеме, то для поддержания .внутри корпуса заданного гидростатического давления периодически выпускают воду через штуцеры 15 и 19. Положение фронта 21 промерзания контролируется с помощью температурных датчиков. С момента достижения фронтом промерзания заданного положения с внешней от теплообменника стороны 5 включают электрический нагреватель 6. После полного промерзания грунта во внутренней зоне теплообменника обнажают внутреннюю полость ледопородной модели. Для этого снимают выдвижной цилиндрический стакан 3. Его отрыв и подъем производят с помощью винтов 22.

После снятия стакана 3 измеряют с помощью датчиков механические напряжения и деформации внутри ледопородной модели, а также радиальные и осевые перемещения обнаженной поверхности ледопородной модели на

5 участке, имитирующем незакрепленную заходку щахтного ствола. Указанные измерения производят периодически через определенные промежутки времени в течение двух-трех суток. В этот период фронт промерзания удерживается в одном заданном положении.

Для перемещения фронта промерзания в другое заданное положение, т.е. для изменения толщины стенки ледопородной модели, изменяют интенсивность внещнего теплового потока 5 путем изменения напряжения тока, подводимого к нагревателю. Новое положение фронта промерзания также поддерживают неизменным в течение всего периода измерений.

40

Формула изобретения

1.Способ моделирования ледопородных ограждений шахтных стволов, включающий создание модели в виде толстостенного цилиндрического стакана из увлажненного грунта и замораживания его с одновременным приложением радиальной нагрузки, отличающийся тем, что, с целью фиксации фронта промерзания в

заданном положении и управления его перемещением, к наружной поверхности стакана подводят тепловой поток регулируемой интенсивности.

2.Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее цилиндрический корпус,

съемный стакан, внутренний теплообменник и приспособление для создания радиальной нагрузки, отличающееся тем, что на внешней поверхности корпуса смонтирован нагреватель, а приспособление для создания радиальной нагрузки передает нагрузку через слой крупнозернистого материала, например гравия, расположенного между стенкой корпуса и моделью и отделенного от нее перфорированной трубой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 381771, кл; Е21 D 1/14, 1969.

2.Покровский Н. М. Сооружение и реконструкция горных выработок, ч. III М., Госгортехиздат, 1963, с. 90 - 91.

22

20