Способ моделирования сдвижения горных пород на моделях из эквивалентных материалов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 12.06.80 (21) 2944175/22-03 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 622.235 (088.8) Дата опубликования описания 28.02.82. П. Зборщик, В. В. Прокопенко, В. В. Назимк онецкий ордена Трудового Красного Знамени п 71) Заявитель итут 4) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПО НА МОДЕЛЯХ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к области моделирования и может быть использовано при изучении процессов сдвижения горных пород при разработке месторождений полА- ных ископаемых.Известен способ моделирования методом фотомеханики, основанный на эффекте двойного лучепреломления, проявляющемся в оптически чувствительных материалах при воздействии механических напряжений. Для изучения напряженного состояния пород вокруг выработки изготавливают модель из оптически чувствительного материала с соблюдением условий геометрического и силового подобий. Через модель пропускают луч поляризованного света, а на экране получают поле наряжений в виде 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 21.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 конструктивныс 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 превышает 0,50 О. Очень трудно осуществить равномерный прогрев модели, что приводит к907249 Форлула изобретения Составитель Б. Усан-Подгорнов Техред А. Бойкас Корректор У. Пономаренко Тираж 624 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Г 1 роектная, 4Редактор В. ИвановаЗаказ 543/43 искажениям результатов, поэтому повторная отработка моделей почти никогда не проводится. Модель просто закатывают заново. Это резко увеличивает время проведения эксперимента и повышает его трудоемкость Объемные модели разогреть практически невозможно, ибо парафиновые смеси имеют очень низкую теплопроводность.Цель изобретения - упрощение процесса изготовления модели и повышение достоверности результатов.Поставленная цель достигается тем, что 1 ф предварительный нагрев эквивалентного материала производят вихревыми токами.Для моделирования процессов сдвижеция горных -пород ца плоской модели составляют смесь из эквивалентных материалов, состоящую из б 0% речного песка, 39% металлической стружки, 0,2% парафина и 0,8% канифоли. Канифоль и парафин измельчают, затем все тщательцо перемешивают. После этого смесь засыпают в опалубку и закатывают. В момент закатки уста навливают датчики давления, деформаций, стяжки. По окончании закатки в модели создают переменное высокочастотное электромагнитное поле с помощью соленоида. Для этого генерируют электромагнитное поле высокой частоты (10 в - 1 О Гц). В результате этого частицы металлической стружки разогревают до 300 С, а вся модель имеет среднюю температуру 30 С. При массе модели равной 2 т нагрев ведут 10 мин. После осты ва ния модель отрабатывают ( через 3 зо 5 и). При отработке одной лавы в масштабе 1:200 максимальные сдвижеция модели не превышают 3 - 5 мм. Для повторного использования модели ее опять облучают электромагнитным полем в течение 1 О мин. Через35 3 5 ч модель остывает и опять готова к новому эксперименту, поскольку в результате нагревания зерна песка и стружка теряют связь, увеличивают свою подвижность и зацимают такое положение, при котором распределение напряжений в толгцс опять 40 приближается к гидростатическому.Способ основан на явлении возбуждения вихревых токов (токов Фуко) в металлах под действием переменных электромагнитных полей высокой частоты. При возбужде 45 ции такого поля в модели частицы металлической стружки разогреваются, разогревая всю модель.Предлагаемый способ имеет ряд существенных преимуществ. Во-первых, осушествляется 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 использовании электромагнитного способа разогрева модели в ней нивелируются все неоднородности и искажения, неизбежно возникающие при закатке слоев. Таким образом, 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 повышения концентрации металлической стружки в смеси эквивалентных материалов. Способ моделирования сдвижения горньх пород на моделях из эквивалентных материалов, включающий изготовление модели с металлической стружкой, цементированной вяжущим с низкой температурой плавления с предварительным подогревом, отличаюи 4 ийея 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. Моделированиепроявлений горного давления. Л., Недра,1968, с. 51 - 55 (прототип) .