Способ моделирования сдвижения горных пород на моделях из эквивалентных материалов Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ СДВИЖЕНИЯ ГОРНБ1Х ПОРОД НА МОДЕЛЯХ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к области моделирования и может быть использовано при изучении процессов сдвижения горных пород при разработке месторождений полЛных ископаемых.

Известен способ моделирования методом 5 фотомеханики, основанный на эффекте двойного лучепреломления, проявляющемся в оптически чувствительных материалах при воздействии механических напряжений. Для изучения напряженного состояния по- ,Q род вокруг выработки изготавливают модель из оптически чувствительного материала с соблюдением условий гео.метрического и силового подобий. Через модель пропускают луч поляризованного света, а на экране получают поле наряжений в виде 5 линий различных цветов и оттенков 1.

Основным недостатком этого способа является то, что можно исследовать только качественный характер распределения напряжений. Картину деформаций изучать практически невозможно, поскольку реальная горная порода образует в процессе сдвижения трещины, плоскости скольжения, пластические зоны и т. д.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ моделирования сдвижения горных пород на моделях из эквивалентных материалов, включающий изготовление .модели с металлической стружкой, цементированной вяжущим с низкой температурой плавления с предварительным подогревом 2.

Недостатки способа заключаются в том, что после нагревания подготовленной смеси эквивалентных материалов ее надо быстро закатать в слой, успев при этом заложить датчики, стяжки и другие конструктивные элементы модели. Если разогретый материал остынет, качественную закатку осуществить нельзя, поэтому разогрев нужно начинать сначала. Это усложняет процесс изготовления модели и создает вредные условия для обслуживающего персонала из-за испарения парафина канифоли. Кроме этого разогрев плоской .модели для повторной отработки с помощью теплового излучения весьма неэффективен и долог. Установлено, что КПД такого процесса разогрева не превыщает 0,5%. Очень трудно осуществить равномерный прогрев модели, что приводит к

искажениям результатов, поэтому повторная отработка моделей почти никогда не проводптся. Модель просто закатывают заново. Это резко увеличивает время проведения эксперимента и повышает его трудоемкость Объемные модели разогреть практически певозможно, ибо парафиновые смеси имеют очень низкую теплопроводность.

Цель изобретения - упрощение процесса изготовления модели и повышение достоверности результатов.

Поставленная цель достигается тем, что предварительный нагрев эквивалентного .материала производят вихревыми токами.

Для моделирования процессов сдвижения горных ород на плоской модели составляют смесь из эквивалентных материалов, состоящую из 60% речного песка, 39% металлической стружки, 0,2% парафина и 0,8% канифоли. Канифоль и парафин измельчают, затем все тщательно перемешивают. После этого с.месь засыпают в опалубку и закатывают. В момент закатки устанавливают датчики давления, деформаций, стяжки. По окончании закатки в модели создают переменное высокочастотное электромагнитное поле с по.мощью соленоида. Для этого генерируют электромагнитное поле высокой частоты ( Гц). В результате этого частицы металлической стружки разогревают до 300°С, а вся модель имеет среднюю те.мпературу 130°С. При массе .модели равной 2 т нагрев вел1ут 10 мин. После остывания модель отрабатывают (через 3- 5 ч). При отработке одной лавы в масштабе 1:200 .максимальные сдвижения модели не превьипают 3-5 м.м. Для повторного использования модели ее опять облучают электромагнитным полем в течение 10 мин. Через 35 ч .модель остывает и опять готова к новому эксперименту, поскольку в результате нагревания зерна песка и стружка теряют связь, увеличивают свою подвижность и занимают такое положение, при котором распределение напряжений в толще опять приближается к гидростатическо.му.

Способ основан на явлении возбуждения вихревых токов (токов Фуко) в металлах под действием иеременных электромагнитных нолей высокой частоты. При возбуждеНИИ такого поля в модели частицы металлической стружки разогреваются, разогревая всю модель.

Предлагаемый способ имеет ряд существенных преимуществ. Во-первых, осуществляется более быстрая закатка модели, так как закатывается холодная сыпучая смесь. В связи с этим повышается качество закатки, кроме этого, не создается атмосфера, вредная для здоровья обслуживающего персонала. Во-вторых, при использовагпш электро.магнитного способа разогрееа модели в ней нивелируются все неоднородност.и и искажения, неизбежно возникаюнже при закатке слоев. Таким образо.м, способ гарантирует гидростатическое (однородное) распределение напряжений в модели перед ее отработкой. Это существенно повышает достоверность и точность результатов эксперимента. В-третьих, разогрев отработанной модели с целью повторного использования осуществляется эффективно и быстро. КПД разогрева составляет 40-50%, время разогрева уменьшается в 27 раз. Это время можно сокращать за счет повыщения концентрации .металлической стружки в смеси эквивалентных материалов.

Формула изобретения

Способ моделирования сдвижения горных пород на моделях из эквивалентных .материалов, включающий изготовле11ие модели с металлической стружкой, цементированной вяжущим с низкой температурой плавления с предварительны.м подогревом, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса изготовления модели и повышения достоверности результатов эксперимента, предварительный нагрев эквивалентного .материала производят вихревыми токами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Насонов И. Д. Моделирование горных процессов. М., «Недра, 1978, с. 104.

2. Кузнецов Г. Н. и др. Моделирование проявлений горного давления. Л., «Недра, 1968, с. 51-55 (прототип).