Способ определения устойчивых размеров горных выработок Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при обосновании безопасных параметров горных выработок и оптимизации систем разработки месторождений, залегающих в различных, в том числе сложных,горногеологических условиях. Известен способ определения устойчивых размеров горных выработок путем физического моделирования условий и процессов,влияющих на устойчивость выработанного пространства, при котором горные выработки и окружающий их массив воспроизводят в виде модели из эквивалентного материала с соблюдением критериев подобия, гравитационное поле горного массива имитируют действием сил собственного веса модели и дополнительной нагрузки модели через промежуточный предваритель но натянутый гибкий элемент f1. Недостатком данного способа является то, что моделирование горных разработок требует изготовления моделей значительных размеров (до нескольких метров по длине, ширине и высоте). Известен способ определения устойчивых размеров горных выработок,включающий выбор эквивалентных материалов, изготовление из эквивалентных материалов модели, нагружение ее и пересчет полученных результатов по критериям подобия и с учетом прочности для условий натуры С }Однако при центробежном нагружении модели требуется сложное и громоздкое оборудование с наличием коллекторных цепей в измерительной аппара туре, что значительно снижает точность значений и достоверность получаемых результатов, а вращение модели затрудняет проведение визуальных и фотонаблюдений за динамикой процессов деформирования (например, разрушения) элементов модели. Кроме того, при вращении центрифуги модель испытывает действие сил Кориолиса, внося389щих некоторые искажения в напряженное состояние модели. Общим недостатком известных спосо бов является практическая невозможность воспроизведения в моделях слож ных и неравномерных полей напряжений свойственных реальным горным масси- вам (например, полей напряжений, выз занных одновременным воздействием );ил земного притяжения и силами, свя занными с проявлением в земных недрах тектонических процессов, а также процессов релаксации напряжений). Цель изобретения - увеличение информативности модели, повышение точности проводимых исследований и достоверности полученных результатов Поставленная цель достигается тем что в эквивалентный материал вводят ферромагнитные добавки и помещают модель в магнитное, поле. Количество ферромагнитной добавки определяют аналитическим и опытным путем, а для воспроизведения параметров сложных полей.напряжений изменяют концентрацию ферромагнитной добавки в различных участках. Сущность предлагаемого способа по казана на примере испытаний модели из гипсопесчаной смеси. В соответствии с задачами исследований к моделируемыми натурными условиями по известной методике с соблюдением критериев подобия подбирают эквивалентный материал,конструкцию и размеры модели. Пример. Для воспроизведения натуры, представленной породами малой, средней крепости и крепкими породами , в качестве эквивалентного ма териала применяют гипсопесчаную смес Подобие прочностных и деформационных свойств материала модели и пород гор ного массива обеспечивают подбором состава эксивалентного материала (.ве совых отношений гипса к песку и гипса к воде, изменяемых в пределах соответственно от 1:0,5 до :k и от 1:0,5 до 1:1). В .гипсопесчаную смесь добавляют необходимое количество фер ромагнитного порошка (например, в весовой пропорции порошка к гипсу 0,5: 1 0) и из полученной смеси изготав ливают модель. При необходимости в модель устанавливают датчики давления. Размеры модели в зависимости от решаемых задач и параметров источника магнитного поля могут колебаться в широких пределах .от нескольких сантиметров до десятков сантиметров по длине, ширине и высоте). В качестве источника магнитного поля могут использовать обычный стандартный соленоид с внутренним диаметром 0,2 м, обмоткой из 900 витков и током в витках от О до 200 А. При необходимости (например, при моделировании выработок в массиве из весьма крепких пород и на значительных глубинах) могут применять крупногабаритные соленоиды с использованием эффекта сверхпроводимости. Изготовленную модель помещают в магнитное поле соленоида и за счет взаимодействия магнитного поля с материалом модели, об-. ладающим ферромагнитными свойствами, приводят ее в напряженное состояние. Изменяя параметры основных несущих элементов модели (пролеты обнажений, размеры поддерживающих целиков и т;п;) и параметры магнитного поля, находят предельные устойчивые размеры выработок в моде;1и и по критериям подобия и с учетом запаса прочности пересчитывают полученные величины для условий натуры. Величину действующего в процессе испытаний в модели тензора напряжений определяют по напряженности и намагничивающей силе магнитного поля, т.е. по силе тока в витках соленоида, или непосредственно замеряют с помощью датчиков давления. При испытаниях модель находится в неподвижном состоянии , что позволяет. без снятия нагрузки с модели вносить в нее любые изменения, проводить визуальные и фотонаблюдения. Таким образом, в предлагаемом способе применение ферромагнитной добавки и магнитного поля позволяет, присоблюдении критериев подобия, уменьшить размеры модели и выполнить ее из более прочных эквивалентных материалов, и, . тем самым, %высить точность проводимых исследований в сравнении с известным способом, напряженное состояние модели при котором обеспечивается ее собственным весом. Приведение модели в напряженное состояние в статике за счет сил,вызванных взаимодействием магнитного поля с ферромагнитной добавкой в эквивалентном материале, позволяет проводить визуальные и фотонаблюдения за динамикой разрушения пород.

что увеличивает информативность моделей, позволяет исключить коллекторные цели измерительной аппаратуры и устранить влияние сил Кориолиса, а это, в конечном счете, приводит к повышению точности проводимых исследований и достоверности получаемых результатов. Изменением концентрации ферромагнитной добавки в различных участках модели в предлагаемом способе можно воспроизводить параметры сложных полей напряжений.

Формула изобретения 15

Способ определения устойчивых размеров горных выработок, включающий выбор эквивалентных материалов, изготовление из эквивалентных материалов модели, нагружение ее и пересчет полученных результатов по критериям подобия и с учетом прочности для условий натуры, отличающийс я тем, что, с целью увеличения информативности модели, повышения точности проводимых исследований и дос- товерности полученных результатов,в эквивалентный материал вводят ферро магнитные добавки и помещают модель в магнитное поле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР N 2 73506/22-03,кл.Е 21 С 39/00,1977Z. Турчанинов И.А. и др. Основы механики горных пород. Л., Недра, 1977, с. (прототип).