Способ определения устойчивых размеров горных выработок

(51)М. Кл. с:рисоединением заявки йЪ(23) Приоритет Е 21 С 39/00 СВВПвв айэн взвфвйввйв втавытвй Онубликовано 15 0182, Бюллетень М 2 Дата опубликования описания 15.0 1.82(72) Авторы изобретения 6.И.Яковлев и Н.Е.Раденко Институт горного дела АН Казахской ССР(,5 Й) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТОЙЧИВЫХ РАЗМЕРОВ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОКИзобретение относится к горному делу и может быть использовано при обосновании безопасных параметров горных выработок и оптимизации систем разработки месторождений, залегающих в различных, в том числе сложных,гор 3 ногеологических условиях.Известен способ определения устойчивых размеров горных выработок путем физического моделирования условий и процессов, 4 влияющих на устойчивость выработанного пространства, при котором горные выработки и окружающий их массив воспроизводят в виде модели из эквивалентного материала с соб-, людением критериев подобия, гравитационное поле горного массива имитируют действием сил собственного веса модели и дополнительной нагрузки мо дели через промежуточный предварительно натянутый гибкий элемент 1,1.Недостатком данного способа явля. ется то, что моделирование горных разработок требует изготовления моде 2лей значительных размеров (до нескольких метров по длине, ширине и высоте).Известен способ определения устойчивых размеров горных выработок,включающий выбор эквивалентных материалов, изготовление из эквивалентных материалов модели, нагружение ее и пересчет полученных результатов по критериям подобия и с учетом прочности для условий натуры 21.Однако при центробежном нагружении модели требуется сложное и громоздкое оборудование с наличием коллекторных цепей в измерительной аппаратуре, что значительно снижает точность значений и достоверность получаемых результатов, а вращение модели затрудняет проведение визуальных и фотонаблюдений за динамикой процессов деформирования (например, разрушения)элементов модели. Кроме того, при вращении центрифуги модель испытывает действие сил Кориолиса, внося898062 щих некоторые искажения в напряженное состояние модели.Общим недостатком известных способов является практическая невозможность воспроизведения в моделях сложных и неравномерных полей напряжений, свойственных реальным горным масси-. вам 1,например, полей напряжений, выззанных одновременным воздействием Рил земного притяжения и силами, свя занными с проявлением в земных недрах тектонических процессов, а также процессов релаксации напряжений),Цель изобретения - увеличение ин 15 Формативности модели, повышение точности проводимых исследований и достоверности полученных результатов.Поставленная цель достигается тем, что в эквивалентный материал вводят ферромагнитные добавки и помещают модель в магнитное. поле.Количество ферромагнитной добавки определяют аналитическим и опытным путем, а для воспроизведения параметров сложных полей напряжений изменяют концентрацию Ферромагнитной добавки в различных участках,Сущность предлагаемого способа показана на примере испытаний модели из гипсопесцаной смеси.В соответствии с задачами исследований и моделируемыми натурными условиями по известной методике с соблюдением критериев подобия подбирают эквивалентный материал, конструкцию и размеры модели.П р и м е р, Для воспроизведения натуры, представленной породами малой, средней крепости и крепкими породами, в качестве эквивалентного материала применяют гипсопесчаную смесь. Подобие прочностных и деформационных свойств материала модели и пород горного массива обеспечивают подбором состава эксивалентного материала (ве совых отношений гипса к песку и гипса к воде, изменяемых в пределах соответственно от 1:0,5 до 1:4 и от 1:0,5 до 1:1), В гипсопесчаную смесь добавляют необходимое количество фер ромагнитного порошка (например, в весовой пропорции порошка к гипсу 0,5:1,О) и из полученной смеси изготавливают модель. При необходимости в модель устанавливают датчики давле ния. Размеры модели в зависимости от решаемых задач и параметров источника магнитного поля могут колебаться в широких пределах от несколькихсантиметров до десятков сантиметровпо длине, ширине и высоте). В качестве источника магнитного поля могутиспольэовать обычный стандартный соленоид с внутренним диаметром 0,2 м,обмоткой из 900 витков и током ввитках от 0 до 200 А. При необходимости (например, при моделированиивыработок в массиве из весьма крепких пород и на значительных глубинах)могут применять крупногабаритныесоленоиды с использованием эффектасверхпроводимости. Изготовленную модель помещают в магнитное поле соленоида и за счет взаимодействия магнитного поля с материалом модели, обладающим Ферромагнитными свойствами,приводят ее в напряженное состояние.Изменяя параметры основных несущихэлементов модели (пролеты обнажений,размеры поддерживающих целиков и т.п;)и параметры магнитного поля, находятпредельные устойчивые размеры выработок в модели и по критериям подобия и с учетом запаса прочности пересчитывают полуценные величины дляусловий натуры. Величину действующегов процессе испытаний в модели тензоранапряжений определяют по. напряженности и намагницивающей силе магнитногополя, т.е. по силе тока в витках соленоида, или непосредственно замеряют с помощью датчиков давления.При испытаниях модель находится внеподвижном состоянии,что позволяетбез снятия нагрузки с модели вноситьв нее любые изменения, проводить визуальные и фотонаблюдения,Таким образом, в предлагаемомспособе применение ферромагнитнойдобавки и магнитного поля позволяет,присоблюдении критериев подобия,уменьшить размеры модели и выполнитьее из более прочных эквивалентныхматериалов, и, тем самым, завыситьточность проводимых исследований всравнении с известным способом, напряженное состояние модели при котором обеспецивается ее собственнымвесом. Приведение модели в напряженное состояние в статике за счет сил,вызванных взаимодействием магнитного поля с ферромагнитной добавкой в эквивалентном материале, позволяет проводить визуальные и Фотонаблюдения за динамикой разрушения пород,формула изобретения Составитель Л.ПрошинаРедактор Н,Ромжа Техред Т, Иаточка Корректор С.Щомак Заказ 11907/47 Тираж 623 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,5 89806 что увеличивает информативность моделей, позволяет исключить коллекторные цепи измерительной аппаратуры и устранить влияние сил Кориолиса, а это, в конечном счете, приводит к по- з вышению точности проводимых исследований и достоверности получаемых результатов. Изменением концентрации ферромагнитной добавки в различных участках модели в предлагаемом спо собе можно воспроизводить параметры сложныхполей напряжений. Способ определения устойчивых размеров горных выработок, включающий выбор эквивалентных материалов, из 2 6Готовление из эквивалентных материалов модели, нагружение ее и пересчет полученных результатов по критериям подобия и с учетом прочности для условий натуры, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения информативности модели, повышения точности проводимых исследований и достоверности полученных результатов,в эквивалентный материал вводят ферромагнитные добавки и помещают модель в магнитное поле.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР М 2473506/22-03,кл.Е 21 С 39/00,1977.2. Турчанинов И.А. и др. Основы механики горных пород. Л., "Недра", 1977, с. 150-153 прототип).