Устройство для моделирования внезапных выбросов Советский патент 1982 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к механике горных по род, и может быть использовано для изучения склонности горных пород к газодинамическим проявлениям.

Известно устройство для моделиро вания внезапных выбросов, включающее матрицу с установленной моделью угольного пласта, пресс, создающий давление на модель, аппаратуру для создания постоянного фильтрационного потока газа и регистрирующие приборы, при этом матрица снабжена откидной стенкой, позволяющей мгновенно переводить модель из объемного равномерного сжатия в напряженное состояние, характерное для призабойной части пласта 1 .

Недостатками устройства являются сложность герметизации матрицы прямоугольного сечения, необходимость использования модели горной породы определенной конфигурации и проведение моделирования только в условиях равномерного сжатия.

Известно устройство для моделирования выбросов, включающее цилиндр с отверстиями для подачи газа, мембрану, разрушающуюся под действием газового давления, и образец. В заданвый момент времени под действием давления газа мембрана прорывается с образованием ударной волны, образец высвобождает накопленную энергию в направлении, обратном распределению. волны разряжения, при этом массовая скорость частиц превышает критическую скорость на отрыв, в результате чего образец paзpyшaeтcя| J .

Недостатками устройства являются невозможность регулирования скорости разгрузки и создание неравнокомпонент ного поля напряжений.

Цель изобретения - повьшгение точности и достоверности результатов исследований при проведении экспериментов в условиях неравномерного сжатия образцов.

Указанная цель достигается тем, что в цилиндрическом корпусе размегцены поршень с подпятником в виде шаровой опоры и крышка с камерой, с нижней стороны которой герметично закреплен образец, а с верхней стороны размещена мембрана из хрупкоразрушающегося материала, например оргстекла, при этом в камере между образцом и мембраной установлена регулировочная перфорированная шайба с отверстиями, часть которых перекрыта-пробка-

, причем камера крышки и подпоршневая камера снабжена патрубками высокого давления.

На чертеже приведено устройство для моделирования внезапных выбросов

Устройство включает корпус 1, крыky 2, поршень 3, шаровую опору 4, стакан 5 для крепления -образца, образец 6, мембрану 7, перфорированную шайбу 8, пробку 9, зажимную гайку 10, камеру 11 в крышке, камеру 12 в корпусе- подпоршневую камеру 13 стяжной болт 14, датчик 15 давления, штуцера 16-18 ввода высокого давления ,кольцо 19 герметизатора, слой |20 клея, уплотнительное кольцо 21, изолирующие прокладки 22 и 23.

Устройство работает следующим -образом.

Образец б приклеивается слоем 20 клея, например БФ-2, к станку 5, который затем ввинчивается в крышку до упора уплотнительного кольца 21, перекрывающего сообщение газа междукамерами 11 и 12. Затем .с помощью болтов 14 состыковываются верхняя и нижняя части камер, которые посредством герметизирующей прокладки 19 изолируются от атмосферы. В крышке размещают изолирующую прокладку 22, сверху которой последовательно накладывают перфорированную шайбу 8, изолирующую прокладку 23 и мембрану 7, зажимной гайкой 10 уплотняют прокладки 22 и 23. Создают давление ж дкости в камере 13 через ввод 16 высокого давления. Перемещающийся пр этом поршень 3 через шаровую опору 4 передает нагрузку на торец образца б, обеспечивая первую из компонентов поля напряжений. Через ввод 17 в камеру корпуса 12 подается газ и .одновременно производится насыщение образца газом и его нагружение, - что обеспечивает вторую компоненту поля напряжений. Через ввод 18 производят подачу газа в камеру крышки под давлением, заданным в данном эксперименте, чем обеспечивается создание третьей компоненты нагрузки на образец.

При достижении в камере 11 критического давления, совпадающего по величине с пределом разрушения мембраны 7, последняя разрушается и создает условия для истечения газа из

камеры 11. со скоростью, определяемой количеством перекрытых пробками 9 отверстий в перфорированной шайбе 8. Скорость истечения газа из камеры 11 определяется скоростью разгрузки торцовой поверхности образца.

Варьируя величинами прикладываемых компонент напряжений и скоростью разгрузки, определяют параметры усточивого разрушения торцовой поверхности образца со стороны камеры 11, моделируя условия проявления внезапных выбросов.

Предлагаемое устройство может быт использовано для изучения влияния напряженно-деформированного, газодинамического состояний и скорости их изменения на склонность горных --ггород к самопроизвольному разрушению.при .разгрузке при параметрах, близких IK естественным в горных породах.

Формула изобретения

Устройство для моделирования внезапных выбросов, включающее цилиндрический корпус с отверстием для подачи газа, мембрану, разрушающуюся под действием газового давления, и образец,- отличающееся тем что, с целью повышения точности и достоверности результатов исследований при проведении экспериментов в условиях неравномерного сжатия образцов. В цилиндрическом корпусе размещены поршень с подпятником в виде шаровой опоры и крьпика с камерой, с нижней стороны которой герметично закреплен образец, а с верхней стороны размещена мембрана из хрупкоразрушающегося материала, например оргстекла, при этом в камере между обрацом и мембраной установлена регулировочная перфорированная шайба с отверстиями, часть которых перекрыта пробками, причем камера крышки и подпоршневая камера снабжены патрубками высокого давления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ходат В.В. Внезапные выбросы угля и газа. М., Недра, 1961.

2.Проблема разрушения горных пород взрывом. Под ред.Мельникова Н.В. М., Недра, 1967 с.26 (прототип).