Способ моделирования ледопородных ограждений и устройство для его осуществления

:ойгГхъте" ОП ИСАИЗОБРЕТЕ оюз Советских циалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИД(22) Заявлено 25.06.75 (21)с присоединением заявкиГосударственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор изобретени А, Селезн сесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институто осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам,рудничной геологии и маркшейдерскому делу(71) Заявител 4) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛЕДОПОРОДНЫХ ОГРАЖДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯается от известрхности стакана лируемой интенжа ка ни Изобретение относится к способам и средствам лабораторных исследований, применяемым при физическом моделировании напряженно-деформированного состояния ледопородных ограждений шахтных стволов.Известна термобарокамера для моделирования ледопородных ограждений шахтных стволов, включающая корпус на поворотной оси, герметизирующие крышки со стаканами и теплообменник 11.Недостатком ее является то, что она не обеспечивает требуемой точности моделирования.Известен также способ моделирования ледопородных ограждений шахтных стволов, который состоит в создании модели в виде толстостенного стакана из увлажненного грунта и замораживании его с одновременным приложением радиальной нагрузки 2.Способ осуществляется устройством, содерщим цилиндрический корпус, съемный стан, внутренний теплообменник и приспособлее для создания радиальной нагрузки.Известные устройства, реализующие способ физического моделирования напряженно-деформированного состояния леаопородиых ограждений шахтных стволов, не позволяют в течение всего периода исследований поддерживать на внешней поверхности ледопородной модели заданную температуру. равную температуре замерзания воды и, следовательно, не позволяют получать достоверные результаты при моделировании. Кроме того, при переходе от одной толщины стенки ледопородной модели к другой требуются трудоемкие демонтажно-монтажные операции.Цель изобретения - обеспечение возможности фиксации фронта промерзания в заданном положении и управление его перемещением,Предлагаемый способ отличного тем, что к наружной повеподводят тепловой поток регусив ности.Такой способ может быть осуществлен устройством, отличающимся от известного тем, что на внешней поверхности корпуса смонтирован нагреватель, а приспособление для создания радиальной нагрузки передает нагрузку через слой крупнозернистого материала, например гравия, расположенного между стенкок корпуса и моделью и отделенного от нее перфорнрованнои трубой,На чертеже изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, герметизирующей крышки 2, съемногоцилиндрического стакана 3, внутреннего теплообменника 4, приспособления 5 для передачи давления и внешнего нагревателя 6.Внутренний теплообменник 4 выполнен в виде кольцевого ряда параллельных трубок 7, соединенных с верхним кольцом 8 идвумя нижними полукольцами 9, которые соединены с патрубками 10, выходящими наружу через сальниковые уплотнения 11, расположенные в днище корпуса, При прокачке через внутренний теплообменник жидкого теплоносителя 12 с заданной температурой производится замораживание грунта внутри корпуса и поддержание заданной температуры внутри ледопородной модели.Приспособление 5 для передачи радиального давления на ледопородню модель выполнено из цилиндрической перфорированной трубы 13, расположенной коаксиально с корпусом, и крупнозернистой, например, гравийной засыпки 14, заполняющей зазор между ними. Путем нагнетания через штуцер 15 воды при заданном гидростатическом давлении создается равномерно распределенная радиальная нагрузка на боковую поверхность ледопородной модели.Внешний нагреватель 6 расположен на внешней боковой поверхности цилиндрического корпуса и выполнен в виде электрической проволочной спирали, закрепленной на электроизоляционной основе. Внешняя поверхность цилиндрического корпуса покрывается слоем эпоксидной смолы и двумя слоями стеклоткани. Проволочная спираль пришивается к стекло- ткани и покрывается двумя слоями стеклоткани и слоем эпоксидной смолы, Нагреватель подключается к электрической сети через трансформатор, позволяющий регулировать напряжение тока и, следовательно, величину теплового потока, создаваемого на внешней поверхности цилиндрического корпуса,Устройство работает следующим образом.Перед загрузкой грунта при снятой крышке 2 внутрь корпуса заводят через сальниковое уплотнение 16 различные датчики 17, предназначенные для измерения в заданных точках температуры, механических напряжений и деформаций. На дно укладывают слой гравия, который служит как для равномерного дренажа, так и для увлажнения грунта. снизу. Затем укладывают предварительно увлажненный исследуемый грунт, По мере укладки грунта в заданных точках размещают датчики. Когда уровень грунта достигает нижнего среза трубы 18, имитирующей крепь шахтного ствола, ее устанавливают на грунт и центрируют. Затем кольцевое пространство между перфорированной трубой 13 и трубой 18 заполняют грунтом до верхнего края корпуса, После этого устанавливают герметизирующую крышку 2, Ниже среза трубы 18 делают углубление на 15-20 мм меньше, чем необходимо для свободной посадки съемного цилиндрического стакана 3. Путем принудительной посадки последнего под ним дополнительно уплотняется грунт. Затем производят полное водонасыщение грунта путем медленной подачи воды через штуцер 19. Для удаления вытесняемого воздуха открывают пробку 20. После полного водонасыщения грунта и герметизации корпуса устанавливают в нем заданное гидростатическое давление через штуцер 15.Замораживание грунта внутри корпуса про изводят путем прокачки через теплообменник4 охлажденного до заданной температуры жидкого теплоносителя. Так как при замерзании вода увеличивается в объеме, то для поддержания,внутри корпуса заданного гидростатического давления периодически выпускают воду через штуцеры 15 и 19. Положение фронта 21 промерзания контролируется с помощью температурных датчиков, С момента достижения фронтом промерзания заданного положения с внешней от теплообменника стороны включают электрический нагреватель 6. После полного промерзания грунта во внутренней зоне теплообменника обнажают внутреннюю полость ледопородной модели. Для этого снимают выдвижной цилиндрический стакан 3. Его отрыв и подъем производят с помощью винтов 22.20После снятия стакана 3 измеряют с помощью датчиков механические напряжения и деформации внутри ледопородной модели, а также радиальные и осевые перемещения обнаженной поверхности ледопородной модели на участке, имитирующем незакрепленную заходку шахтного ствола. Указанные измерения производят периодически через определенные промежутки времени в течение двух-трех суток.В этот период фронт промерзания удерживается в одном заданном положении.30Для перемещения фронта промерзания вдругое заданное положение, т.е. для изменения толщины стенки ледопородной модели, изменяют интенсивность внешнего теплового потока 35 путем изменения напряжения тока, подводимого к нагревателю. Новое положение фронта промерзания также поддерживают неизменным в течение всего периода измерений.Формула изобретения. Способ моделирования ледопородных45 ограждений шахтных стволов, включающий создание модели в виде толстостенного цилиндрического стакана из увлажненного грунта и замораживания его с одновременным приложением радиальной нагрузки, отличающийся тем,что, с целью фиксации фронта промерзания в50 заданном положении и управления его перемещением, к наружной поверхности стакана подводят тепловой поток регулируемой интенсивности,2. Устройство для осуществления способа 55 по п. 1, включающее цилиндрический корпус,съемный стакан, внутренний теплообменник и приспособление для создания радиальной нагрузки, отличающееся тем, что на внешней поверхности корпуса смонтирован нагреватель, ау приспособление для создания радиальной нагрузки передает нагрузку через слой крупнозер.М ичен едактор С, Тит Тираж 757 ИИПИ Государственного комитета по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш Филиал ППП Патент, г. Ужгоаказ 2 5нистого материала, например гравия, расположенного между стенкой корпуса и моделью и отделенного от нее перфорированной трубой.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: ПодписноеСовета Министрови открытийская наб., д. 4/5род, ул. Проектная