Способ моделирования напряженного состояния массива горных пород

(59 4 Е 21 С 39/00 Е ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектный институт угольной промышленности Центрогипрошахт(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВАГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к горной промышленности и позволяет расширить функ,801298377 А 1 циональные возможности способа путем обеспечения моделирования внутренних локальных динамических напряжений. Способ включает изготовление модели (М) из эквивалентного материала. Внутри М при изготовлении ее размещают рабочее тело (РТ), в качестве которого используют стержень из магнитострикционного материала с положительной константой магнитострикции. Нагружение осуществляют возрастающей нагрузкой путем воздействия на М внешнем магнитным полем, вызывая относительное удлинение РТ. Напряжение, возникающее при этом на М, регистрируется измерительной аппаратурой. Подбором табулированных характеристик относительного удлинения РТ выбирают магнитострикционный с материал, удлинение которого вызвало бы полное или частичное разрушение М, квази- р адекватное разрушению части массива гор- ЪФ У ных пород при горных ударах. 2 ил.1Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано прифизическом моделировании горного давленияметодом эквивалентных материалов, в частности при моделировании динамическихформ проявлений горного давления,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа путемобеспечения моделирования внутренних локальных динамических напряжений,На фиг.1 изображена модель цилиндрической формы, реализующая данный способ; на фиг.2 - модель в виде параллелепипеда.Способ заключается в том, что изготавливают из эквивалентного материала с учетом основных положений теории подобия модель 1, размещают внутри модели при ееформировании в требуемом по условиям моделирования месте рабочее тело 2 для создания нагрузки, выполненное из магнитострикционного материала с положительнойконстантой магнитострикции, и датчики 3для регистрации деформаций, воздействуютна модель магнитным полем, от механизма 4внешнего воздействия, вызывая при этомотносительное удлинение рабочего тела ирегистрируют напряжение, возникающее в 25модели.Магнитострикция - явление измененияразмеров и формы тела при его намагничивании - количественно характеризуетсяотносительным удлинением тела (для материалов с положительной константой магии- ЗОтострикции) . Величина относительного удлинения имеет наибольшие значения для тел,выполненных из редкоземельных элементовУ ферромагнетиков магнитострикция в сотнираз слабее, например в типичных ферромагнетиках - железе, никеле,-кобальте, а З 5также в их сплавах относительные магнитострикционные удлинения при намагничивании составляют величины порядка 10- з10 5. В антиферромагнетиках и тем более вдиапарамагнетиках они гораздо меньше. 40Для редкоземельных материалов относительные удлинения при магнитострикции достигают порядка 10- 10и более (явлениегигантской магнитострикции), причем этопроявляется даже вблизи абсолютного нулятемператур. Указанный эффект связан, в 45частности с тем, что атомные магнитныемоменты в редкоземельных материалах всреднем на порядок больше, чем у ферромагнетиков и их сплавов.Способ осуществляется следующим об О разом.При формировании модели из эквивалентного материала и после ее формирования в нее могут закладываться (и располагаться на ее поверхности) датчики 3 регистрации изменения деформационных характеристик модели, в качестве которых могут быть использованы, например, нашедшие широкое применение при контроле напряженно-деформированного состояния различных материалов, в том числе горных пород, проволочные тензодатчики с различной базой измерения и различной формы. Кроме того, процесс моделирования горного давления с помощью предлагаемого способа может регистрироваться сейсмоакустической аппаратурой (не показана) с помощью датчиков-геофонов, контролирующих стреляния и микроудары, возникающие в материале модели в процессе моделирования динамических форм проявления горного давления. Может быть использована также светочувствительная аппаратура (теле-и киносъем ка), особенно при выполнении модели из оптически прозрачных материалов, Регистрационные датчики 3 (тензодатчики) соединяют с вторичной контрольно-измерительной аппаратурой (не показана), например, с автоматическим измерителем деформаций АИД и т. п.При размещении модели 1 с находящимися внтури последней рабочим телом 2 для создания нагрузки (стержнем из магнитострикционного материала) в зоне активного воздействия магнитного поля, создаваемого механизмом воздействия 4 (электромагнитом, постоянным магнитом), рабочее тело получает удлинение в дискретной форме. При этом внутри модели дискретно увеличивается напряженное состояние, создавая локальную область повышения напряжений. Изменение первичного напряженно-деформированного состояния модели регистрируется указанной выше контрольно-измерительной аппаратурой, в том числе тензодатиками 3. Подбором табулированных характеристик относительного удлинения рабочего тела можно выбрать магнитострикционный материал, удлинение которого вызвало бы, например, полное или частичное разрушения модели, квазиадекватное разрушению части массива горных пород при горных ударах,Формула изобретенияСпособ моделирования напряженного состояния массива горных пород, включающий изготовление модели из эквивалентного материала, размещение внутри ее при изготовлении рабочего тела для создания нагрузки и нагружение модели возрастающей нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа, в качестве рабочего тела используют стержень из магнитострикционного материала с положительной константой магнитострикции, а нагружение осуществляют путем воздействия на модель внешним магнитным полем и регистрируют напряжение, возникающее в модели.по делам шская на тие, г. Уж Составитель И. фоТехред И. ВересТираж 455митета СССРЖ - 35, Рауское предприя ваКорректор Т. КолбПодписноезобретений и открытийд. 4/5ород у Проекгная 4