Способ моделирования напряженного состояния горного массива

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 А АНИЕ ИЗОБРЕТ СВИДЕТЕЛЬСТВУ РСК А И. Мячина,етенник ехани ческ тельство СССР9/00, 1966.льство СССР39/00, 1977 (протоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт геотехАН УССР(54) (57) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА, основанный на передаче давления через промежуточную. среду, отличающийся тем, что, с целью повышения точности моделирования напряженного состояния горного массива с различными физико-механическими свойствами при воздействии на него динамической нагрузкой, регистрируют значения амплитуды напряжений, пропорциональные созданному давлению, сравнивают их с заданными и в случае превышения последнего производят динамическое нагружение, а затем производят оценку взаимодействия созданного давления с динамическим нагружением.Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано дляизучения закономерностей разрушения напряженных сред при воздействии на нихди на ми чес к их на грузо к.Известен способ и устройство для егоосуществления, в которых напряженноесостояние горной породы или модели, выполненной из эквивалентных материалов,достигается путем объемного сжатия засчет нагнетания жидкости в камеру через 1 Оразличные приспособления или путем сжатия образца в одном направлении, а сжатие в других направлениях осуществляетсяреактивным способом при соприкосновенииобразца со стенками камеры 1.Недостатком способа является то, что15он не обеспечивает имитацию напряженногосостояния горного массива в широких пределах.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ моделирования напряженного состояния горного массива, основанный на передаче давления через промежуточную среду 2.Однако этот способ не позволяет решатьзадачи имитации напряженного состояниягорного массива в широких пределах и исследовать поведение напряженной среды привоздействии на нее динамической нагрузкой.Целью изобретения является повышениеточности при моделировании напряженногосостояния горного массива с различнымифизико-механическими свойствами при воздействии на него динамической нагрузкой.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу моделирования напряженного состояния горного массива, основанному на передаче давления через промежуточную среду, регистрируют значения амплитуды напряжений, пропорциональныесозданному давлению, сравнивают их с заданными и в случае превышения последнего производят динамические нагружение, 40а затем производят оценку взаимодействиясозданного давления с динамическим нагружением.На чертеже представлено устройство,поясняющее способ, общий вид, и блок-схема управления работой этого устройства.Способ осуществляется следующим об)а вом.Б камере высокого давления 1 расположена испытуемая модель 2 и пьезоэлектрик ский датчик давления 3, а также в специальном патроне пороховой заряд 4,В центре модели находится шпуровой за-ряд взрывчатого вещества 5, а на определенном расстоянии от него расположенпьезоэлектрический датчик 6, с помощьюкоторого производится регистрация напря- ужений, возникающих в модели при взрывепорохового заряда и взрыве заряда взрывчатого вещества. Поджиг порохового заряда осуществляют мостиком накаливания или искровым разрядом, а. инициирование заряда взрывчатого вещества - электровзрывателем, напряжение на которые поступает с накопительных конденсаторов С 2 и С 1. Эти конденсаторы перед взрывом заряжаются до напряжения источника питания 7 через зарядные сопротивления К 1, К 2. Сопротивление Й на несколько порядков превышает сопротивление взрывной цепи, образованной при нажатии кнопки 51, что обеспечивает незначительный разряд конденсатора С за время поджига порохового заряда.При нажатии кнопки Я образуется цепь разряда накопительного конденсатора С 2, в которую последсвательно включен мостик накаливания для поджига порохового заряда 4. Происходит взрыв порохового заряда, в результате чего импульсивно возрастает давление в камере и следовательно, увеличивается давление на испытуемую мо-дель, При этом датчик 6, расположенный в модели, регистрирует величину возрастающего напряжения в модели, вызванного увеличением давления в камере. При этом величина напряжения, поступающего с датчика, пропорциональна приложенному к нему давлению. Сигнал с датчика 6 поступает на вход усилителя 8, выполненного на операционном усилителе (типа К 140 УД 8 Б) с полевым входом по известной схеме интегратора тока, благодаря которому емкость датчика и подводящих проводов не сказываются на результатах измерения. С выхода усилителя сигнал через согласующий элемент - эмиттерный повторитель - поступает на вход регулируемого компаратора 9, выполненного на нескорректированном операционном усилителе (типа К 155 УД 2), и при достижении определенного уровня амплитуды открывает его. Порог срабатывания компаратора устанавливается переменным резистором. Сигнал с выхода компаратора поступает на управляющий электрод тринистора и открывает его. Открытый тринистор И образует цепь разряда накопительного конденсатора С 1, в которую последовательно включен электровзрыватель, инициирующий заряд взрывчатого вещества в модели. Таким образом осуществляется взрыв заряда модели (динамическое воздействие на модель) при определенном напряженном состоянии модели, вызванном давлением в камере путем регулирования уровня порога срабатывания компаратора.Для динамического воздействия на модель при различных уровнях напряжения в ней необходимо изменять в соответствующую сторону уровень порогового срабатывания компаратора. Так, при необходимости взрывного воздействия на модель при боль1102951 Составитель Г. Алексеева Редактор Ю. Петрушко Техред И. Верес Корректор А. Ильин Заказ 4820/23 Тираж 565 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4ших значениях напряжения в ней необходимо повысить пороговый уровень срабатывания компаратора. При этом для открывания компаратора на его вход необходимо подавать напряжение большей амплитуды, которое можно получить с датчика только при возросшем значении напряжения в модели и наоборот.Контроль за давлением в камере осуществляется с помощью датчика 3, который может быть использован и для управления компаратором в том случае, когда исследования проводятся на идентичных моделях.В этом случае необходимо предварительно произвести замеры при каких давлениях в камере достигаются определенные напряжения в модели, и при последующих экспериментах управлять компаратором импульсом тока, снимаемого с этого датчика. При этом отпадает необходимость постановки датчика в каждой модели.Амплитуда давления в камере и ее длительность определяются массой порохового заряда и его конструкцией. При длительности давления в ка мере до 1 с можно с достаточной точностью считать, что напряжение в модели, вызванное давлением, статическое по отношению к динамическому воздействию на модель (до 100 мкс) при взрыве заряда взрывчатого вещества в модели.Эксперименты по проверке способа проводят во взрывной камере, выполненной из листовой стали размером 25.25.30 см,Испытуемые модели готовят из песчано- цементной смеси кубической формы с размером ребра 1 О см.В качестве взрывчатого вещества для разрушения моделей (создание разных динамических нагрузок на модель) использует различные по величине навески ТЭНа (100- 500 мг), которые инициируют азидом свинца. Заряд ТЭНа размещают в пробуренном в модели шпуре диаметром 6 мм и изолируют забойкой из материала модели с клеем.Пьезоэлектрический датчик 6 для замера напряжений в модели, вызванных давлением пороховых газов и взрывом заряда взрывчатого вешества, располагают в необ 5 10 5 20 25 30 35 40 ходимом месте модели при ее изготовлении. Датчик 3 приклеивается к стенке камеры.Максимальное давление в камере при экспериментах ограничивается ее прочностью и не превышает 5,0 МПа. При этом напряжения в модели (в районе датчика) достигают 4,8 МПа. Оценку влияния напряженного состояния модели на дробление производят по полученным результатам вновь образованной поверхности и по размеру среднего куска.Так, в случае разрушения модели зарядом ТЭНа массой 500 мг при напряжении в ней, равном 4,0 МПа, получены результаты вновь образованной поверхности на 9,2 о/, меньше, чем вновь образованная поверхность, полученная при дроблении идентичной модели, находящейся в свободном состоянии, таким же зарядом взрывчатого вещества.В процессе эксперимента проведены испытания работоспособности схемы управления подрыва заряда взрывчатого вещества в модели при различных уровнях порога срабатывания компаратора. Эксперименты подтверждают возможность осуществления способа в широком диапазонее напряженного состояния исследуемых моделей с различными физико-механическими свойствами.Преимущества способа по сравнению с известными заключаются в том, что он позволяет исследовать дробление напряженной среды с различными физико-механическими свойствами при воздействии на нее различными по амплитуде динамическими нагрузками; исследовать различные конструкции шпуровых зарядов, обеспечивающие наилучшее дробление напряженных сред; исследовать распределение напряжения в моделях с различными физико-механическими свойствами при различных давлениях на них; упростить известные способы моделирования действия взрыва на предварительно напряженные среды,Предлагаемый способ способствует разработке эффективных методов отбойки горных пород энергией взрыва в глубоких карьерах и при взрывной проходке выработок в шахтах.