Способ определения максимального главного нормального напряжения в закладочном массиве

, ЯО 1051275,СО)ОЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК р Е 21 СССРРЫТИЙ ЗОБРЕТЕН ИСА Р(71) Всесоюзный ордена Трудовогого Знамени научно-исследовательскитут горной,геомеханйки и маркшейдела(54)(57) С СИМАЛЬН ГО НАПР МАССИВЕности матедефррмаций эависимостяцелью новыдоемкост иобразцы выдеформации мени судят ного нормал нтьев . Кра Красной инсти- дерского детельство С 39100, 1971. ельство ССС 39/00, )979. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И К АВТОРСКОМУ СВ ПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАК- ОГО ГЛАВНОГО НОРМАЛЬНО ЯЖЕНИЯ В ЗАКЛАДОЧНОМ:включающий измерение плот- риала закладки и определениеи напряжений по эталонным м, отличающийся тем, что, с щения точности и снижения труизмерений, перед измерениями сущивают и определяют скорост , по изменению которой во вре:. о величине максимального глав ьного напряжения,Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к способамопределения деформаций и соответствующих им напряжений в закладочном массивеи может быть использовано ри подземнойразработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями,Известен способ определения напряженйй в массиве буроугольнай"пластов, для реализации которого из интересующего участ- Ока угольного массива извлекают образец угля, нагружают его в стабплометре, фиксиру.ют нагрузку, соответствующую появлениювлаги из образца, и.по этой нагрузке судя 1о напряжениях, действующих в массиве1Однако применять данный метод можнотолько при условии полного влагонасыцечия массива, что для массива твердеющейзакладки не всегда выполняется,.даже прилитых смесях, ибо значительная часть водырасходуется при твердении массива (химические реакции гидратации и кристаллиза-ции вяжущего), к тому же часть воды дренируется в окружающие породы или испаряется с обнаженийНаиболее близким к предлагаемому яв- .ляется способ определения главного нормаль. 25ного напряжения в закладочном массиве,включающий измерение. плотности материала закладки и определение напряжений идеформаций по эталонным зависимостям,Для реализации известного способа определяют также влажность и пористость закла-ЗОдочного материала, значения которых вхо.дят в эталонные зависимости 2).Известный способ трудоемок, так как требует определения нескольких параметров материала закладки, находящегося на значительном удалении от обнажений. Кроме то-З 5го, данным методом можно определить только среднее значение напряжений по главнымосям, а не тензор напряжений и деформаций,действующий в любой точке закладочногомассива. ;40Цель изобретения - повышение точнос. .Ы и снижение трудоемкости измерений,Указанная цель достигается тем, Что согласно способу определения максимальногсглавного нормального напряжения в закла-.дочном массиве, включающем измерение . 45плотности материала закладки и определение деформаций и напряжений по эталоннымзависимостям, перед измерениями образцывысушивают и определяют скорость деформации, по изменению которой во времени су,дят о величине максимального главного норОмального напряжения,Изобретение основано на следующих положениях механики.Закладочный массив на некотором уда;ленин от обнажений деформируется в ком-,прессионном режиме (6,Ъ б= бз-Л б з 4:8 ю= бфО),положительные значения 6 и Е - сжимающие, где 4 и 6 - главные нормальные компоненты тензора напряжений и деформаций соответственно; Я - к 1эффициент бокового распора.Упруго-пластические свойства закладкипри всестороннем сжатии, где доля необратимых (пластических) деформаций закладкив обшей деформации велика, обуславливаютизменение плотности в массиве закладочного материала,Напряжения и деформации закладкинаходятся в известной зависимости во времени как вязко-упруго-пластическое тело,Закладочный массив на достаточном удалении от обнажений нагружается в компрессионном режиме, т. е, Е,О, Ез = Е = 0и 6) 62= 6 з=А 6. Таким образом, объемная деформация равна нормальной к напластованию или близкой к ней деформациимассива закладки в рассматриваемой точке.Для закладки выработанного пространства в подавляющем большинстве случаев применяют твердеющие смеси,с избыточным количеством воды (литые смеси), в результатечего закладочный массив получается весьмапористым (пористость порядка 30 - 40/О),При нагружении такого материала в компресснонном режиме часть пор закрывается.При этом, чем большая деформация получена материалом, тем большее количествопор закрывается и тем самым увеличивается его плотность в массиве, а между деформацией и плотностью в массиве существует зависимость вида 4 = Х(3 = ), где9 - относительная деформация, ОО; К -эмпирический коэффициент, определяемыйдля каждой закладочной смеси; 3 - плот.ность в массиве деформированной закладки,кг/м, 3; - начальная плотность в массивезакладки, кг/м.При этом коэффициент К не зависит отвлажности нагружаемой закладки. При на-,гружении в компрессионном режиме матери.ал не разрушается и, следовательно, приве.1 денное соотношение плотности в массиве отдеформации сохраняется до весьма высокихосевых давлений порядка (ОО МПа, чтосоответствует глубинам порядка .3000 м.Зная общую деформацию закладки в данный момент времени и ее приращение эакакой.то промежуток времени, находят скорость деформирования закладки и ее (скорости) изменение во времени, в, имея реологические характеристики закладки, можноперейти от деформаций к напряжениям, дей.ствующим в закладочном. массиве. При этомнеобходимо определить только активную сос.тавляющую напряжениИ (б), две же другиесоставляющие в силу нагружения закладкив компрессионном режиме будут равны меж.ду собой и равны активной сос-авляющей,умноженной на коэффициент бокового распора,Пример, После заполнения очередной заходки (камеры) и затвердевания закладки,но до начала выемки соседней заходки (ка.1051275 3меры и т. д,), т. е, когда закладочным мас- сив еше свободен от деформаций,напряжений, в нем пробуривают нз подготовительных выработок скважину, из которой отбирают образцы закладки и в лабораторных условиях по ГОСТУ 127801-78, после высу. шивания, определяют их плотность в массиве (У,). На отобранных образцах в установке бокового распора устанавливают характер зависимости деформация-плотность и устанавливают внд и параметры функции, 1 О связывающей деформации с напряжениями и временем, вид и характер функции, связываку 1 цей деформации и время с коэффициентом бокового распора. Испытания выполняют в лаборатории по существующим стан. дартным методикам. Таким образом получа ют эталонные зависимости.По мере подвигания фронта очистных работ в выбранные сроки в закладочный массив на расстоянии 0,5 -м друг от друга бурят вторую, а далее третью и четвертую , скважины, отбирают необходимое количество образцов (количество образцов зависит от вариации свойств закладки .в массиве н требуемой достоверности результатов), по которым определяют плотность закладки и . по эталонным кривым находят деформацию.;5 По приращению деформации между вторым и третьим и.третьим и четвертым определениями вычисляют скорость и приращение скорости деформирования. Затем поэталонным зависимостям между напряжениями и деформациями, скоростью деформации и вре- Зц менем определяют главное максимальное, нормальное напряжение ,) и по нзвест 4ной зависимости между коэффнциентбм бокового . распора и главным максимальным (осевым) напряжением находят две другие номпоненты напряжений,Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение всех компонентов деформаций и напряжений в интересующей точке закладочного массива в любое инте,ресуюшее время, при пробурении скважийы и подборе необходимого количества образцов. При этом, если характеристики твердеющей закладки (состав, водовяжушее отношение, технология укладки и т. д.) постоянны, т, е. выдерживаются на больших площадях, то эталонные зависимости достаточно определить для нескольких (3 - 4) точек и распространить их на весь закладочный массиив. Тогда можно определить деформации и напряжения в любой точке массива, определив для нее только объемный. вес закладки 2 - 3 раза, чтобы обеспечить получение деформаций, скорости деформации и .изменение скорости деформации, без которых нельзя перейти от деформаций к напряжениям.Путем уменьшения числа определяемых показателей н проведения измерений повышается производительность труда исследователей, уменьшается трудоемкость работ н сокращается число людей, находящихся под землей во время проведения эксперимента,Предлагаемый способ может быть при,менен в принципе на любом месторождении, отрабатываемом с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.Редактор А. ВласенкоЗаказ В 632/35 Составитель И. Назаркина 1 ехредИ. Верес Корректор О, Билак Тираж ЧОЗ Подписное ЬЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытиФ 113035, Москва, ЖЗБ, Раушская наб., д. 45 Филиал ППП Патент, г. Уагород, ул. Проектная, 4