Способ определения зон разгрузки вокруг горных выработок моделированием

3 СОВЕТСНИ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ЗОБРЕТ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР 3 3 ТИ(71) Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 848689, кл. Е 21 Г 5/00, 1979.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНЙЯ ЗОН РАЗГРУЗКИ ВОКРУГ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК МОДЕ ЛИРОВАНИЕМ по авт.св, Р 848689, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности установления зон разгрузки вокруг горных вы,.ЯО 104017 работок йутем учета анизотропии пласта, производят дополнительноеразрезание модели в плоскости, пер"пендикулярной оси полости, измеряют наибольший ифнаименьший диаметры объема породы, смоченной водоотталкивающей жидкостью, и конфигурацию . и размеры зоны разгрузки в этой :плоскостипроизводят корректировку эоны разгрузки в плоскости вертикального разреза, а размеры,.зоны разгрузки вокруг горной выработки устанавливают по .соотношению размеров зоны разгрузки, определенных в , плоскости, перпендикулярной оси полости,.и скорректированных размеров зоны разгрузки в плоскости верти кального разреза.Изобретение относится к горномуделу, к способам определения зоныразгрузки в горных породах.По основному авт.св. Р 848689известен способ определения зоны разгрузки вокруг горных выработок моделированием, используемый для определения зоны разгрузки в породах,опасных по выбросамЭтот способвключает изготовление образца, размещение его в устройстве для моделирования, нагревание., осевое нагружение образца, разделение образца насечения, получение по каждому сечению полос напряжений и пересчет поним напряжений образца методом подобия на натуру, причем образец выполняют с отверстием, имитирующим горнуювыработку. После нагревания покрывают поверхность образца, за исключением поверхности полости, имитирую щей горную выработку, водоотталкивающим составом, создают одновременно с осевым боковое нагружение образца, затем в полость, имитирующуюгорную выработку, заливают водооттал кивающую жидкость, образец выдержи вают во времени до полного заполнения порового объема материала образца и по заполненному водоотталкивающей жидкостью объему устанавливаютразмеры и конфигурацию зоны разгрузки СЦ,Недостатком известного способаявляется потеря точности из-за того,что при разрезании модели, вследст,вие наличия определенной толщиныразреза, зона разгрузки в полученныхсечениях модели отличается на величину, зависящую от толщины разреза иконфигурации зоны разгрузки в плоскости, перпендикулярной полости, 40именно поэтому в анизотропных породах размеры зоны разгрузки в любыхплоскостях определяются очень приближенно, а разделение модели на оченьбольшое количество сечений снижает 45оперативность определения зоны разгрузки и еще больше точность измерений.Целью изобретения является повышение точности установления эон разгрузки вокруг горных выработок путемучета анизотропии пласта.Указанная цель достигается тем,что согласно способу определения зонразгрузки вокруг горных выработокмоделированием, в любом направлениипроизводят дополнительное разрезаниемодели в плоскости, перпендикулярнойоси полости, измеряют наибольший инаименьший диаметры объема породы,смоченной водоотталкивающей жидкостью 60и конфигурацию и размеры эоны раз"груэки в этой плоскости, производяткорректировку размеров эоны разгрузкив плоскости вертикального разреза,а размеры зовы разгрузки вокруг гор ной выработки устанавливают по соотношению размеров зоны разгрузки, определенных в плоскости, перпендикулярной оси полости, и скорректированных размеров зоны разгрузки в плоскости вертикального разреза.Такая последовательность моделирования горной выработки позволяет повысить точность измерений в любом направлении.На фиг.1 изображена установка для осуществления способа определения эоны разгрузки вокруг контура горных выработок; на фиг,2 - образец с полученной зоной рагрузки; на Фиг.3 - образец с полученной зоной разгрузки в плоскости, перпендикулярной оси полости, дополнительное разрезание.Изготавливают модель горной выработки, для чего иэ керна горной породы диаметром 76 мм отбирают образец длиной 140-160 мм. Торцевые поверхности обрезают и обшлифовывают на плоскости, параллельные друг другу и перпендикулярные его .оси. Длина подготовленного образца не превышает 120 мм, непараллельность не более 0,1 мм по длине диаметра. После этого по оси образца 1 образовывали путем сверления полость 2 длиной 70- 60 мм, диаметром б мм. Таким образом, образец 1 с полостью 2 представляет модель горной выработки. Модель помещают в сушильный шкаф и высушивают при 105-115 О в течение 12- 15 ч. После остывания всю поверхность модели, эа исключением поверхности полости 2, покрывают 2-3 слоями клея Р 88 или ф. К торцевой поверхности модели со стороны полости 2 приклеивают шайбу 3 соосно с полостью .2. Приклеивание шайбы осуществляют клеем следующего состава: 10 ч. эпоксидной смолы и 1 ч. отвердителя, Клеем покрывают поверхность модели со стороны полости 2, шайбу покрывают только с одной стороны (со стороны, которую приклеили к модели) . Затем модель с приклеенной шайбой устанавливают в патрон 4, который соединен резьбой с крышкой 5 герметической камеры б. Таким образом, модель горной выработки устанавливается в герметическую камеру 6,Всестороннее нагружение модели горной выработки. создают путем осевого и бокового нагружения. Осевое (Д") нагружение создают подачей масла под давлением насосом 7 в камеру б под поршень 8. Поршень поднимается и прижимает юстировочный подпятник 9 к модели 1. Давление масла контролируют по манометру 10. Боковое давление (д 2 д") на модель 1 создаютпутем подачй в камеру б масла под давлением через патрубок 11. Изменяя давление масла .в камере б или масларазрезание осуществили на расстоянии20 мм от забоя модели (фиг.З).Пользуясь известными размерамиобразца, производят совмещение обеихполовин модели, для чего на калькерисуют окружность ф: 76 мм, затем.передвигают левую и правую половинки модели так, чтобы образующая правой 18 и левой 18 половин моделисовпали с нарисованной окружностьюна кальке, а линии среза в плоскости,вертикального разреза 19 и 19 былипараллельны. Зарисовали конфигурацию и размеры эоны 16 и 17 разгруз-.ки по отношению к границе полости 15 2 и линиям 19 и,19 среза. Находилимаксимальный и минимальный размерыэоны разгрузки й ., = 22 мм и й214 мм, которые являются осями эоны разгрузки в дополнительном сечении. Иэ зарисовки зоны разгрузкивидно, что она симметрична относительно осей и представляет собойэллипс с осями д 1 и Й. Поэтому заразмер зоны разгрузки в плоскостивертикального разреза 20 принимаютсоответствующие размеры зоны разгруз.ки в направлении, перпендикулярномплоскости 20. На фиг.З это направления 21 и 21 , величины которых соотгветственно равны 5 мм. Пользуясьустановленным. ранее размером зоныразгрузки 22, находят корректирующееотношение К для левой половины мо 35 40 установлении конфигурации и размеровэоны разгрузки в любом другом направлении, например в направлении плоскости максимального размера д зоны разгрузки, установили пересчет ный коэФфициент Кс, = 7/5 = 1,4величина для зоны 17 разгрузки в направлении плоскости максимального размера зоны разгрузки, Пересчетный коэффициент позволяет с достаточной степенью точности определять зону разгрузки в любом направлении без 60 под поршнем 8, создают объемно напряженное состряние ю схеме (д 7 д":бГг=. з Водоотталкивающую жидкость (веретейное масло) подают в полость 2 через отверстие 12, имеющееся в крышке 5 камеры 6, путем открытия крана 13 сосуда 14, укрепленного на штативе 15 так, чтобы бтверстие, из которого вытекает водоотталкивающая жидкость, было соосно с полостью 2 образца 1.Послесоздания объемно напряженного состояния в полость 2 через отверстие 12 заливают водоотталкивающую жидкость (веретенное масло) в объеме 6-10 см и выдерживают модель под нагрузкой в течение 10-12 ч. За это время весь фильтрационный объем вокруг полости 2 пропитывается маслом (водоотталкивающей жидкостью Размеры Фильтрационного объема горных пород зависят от напряженного состояния, под которым находится модель, и определяются изолинией равных напряжений вокруг полости порядка 50 кгс/см 2При этом значении напряжений проницаемость горных пород практически отсутствует, т.е. ее можно принять равной нулю. Поэтому проникновение масла в объем модели. ограничивается изолинией напряжений порядка 50 кгс/см 2. Размеры зоны разгрузки будут соответствовать размерам фильтрационного объема модели под нагрузкой.После выдержки модели под нагрузкой удаляют остатки масла иэ полости 2 с помощью ватного тампона и модель разгружают. Модель распиливают по вертикальной плоскости. Для предотвращения испарения водоотталкивающеФ. жидкости поверхность обильно смачивают водой, при этом объем, заполненный водоотталкивающей жйдкостью, не смачивается, и граница 16 его со смоченной поверхностью становится, видна невооруженным глазом (фиг.2) . Производят зарисовку конфигурации этой границы по отношению к контуру выработки модели полости 2 в масштабе модели. Расстояние от контура полости 2 до границы 16 будет разме" ром зоны 17 разгрузки в плоскости вертикального разреза в масштабе модели. Пользуясь известными уравнениями подобия, пересчитывают эти рас" стояния и получают размеры зоны разгрузки вокруг контура горных вырабо ток в полученных сечениях. для полу чения скорректированных размеров зоны разгрузки по плоскости вертикального размера производят дополнительное разрезание модели (половин моделей) в плоскости, перпендикулярной оси полости, на расстоянии от забоя выработки в модели, которое выбирают иэ соотношения: 2 РСГ(32 где 1) - диаметр отверстия, имитирую щего выработку, в нашем примере дели, величина которого составила 5/4 = 1,25.Пользуясь этим отношением и установленными размерами и конфигурацией зоны разгрузки, производят корректировку размеров зоны разгрузки вплоскости вертикального разреза. При разрезания модели. В случае, если свойства породы неравномерно одинаковые в различных направлениях, азона разгрузки не образует геометрически правильных фигур, методикапредусматривает несколько иной порядок выполнения определений, В такомслучае последовательность операцийследующая. До разрезания модели повертикальной плоскости производят дополнительное разрезание моделипо плоскости, перпендикулярной осиполости, и устанавливают конфигурацию, размер эоны разгрузки и пересчетные коэффициенты,и только после1040177 каз б 851/37 Тир ИИПИ одписное ент", г. Ужгород, у ПП ил оектная,4 этого производят вертикальный разрезмодели и корректировку размеров зонразгрузки в этой плоскости. Такая последовательность выполнения операции позволяет на 25-30 5 (увеличить. точность измерений зоны разгрузки, а также делает возможным установление эоны разгрузки в любомнаправлении, что очень удобно приопределении зоны разгрузки в аниэотропных породах. Кроме того, отпадает необходимость производить несколько разрезаний модели, при кОтОрых неизбежно теряется точность из-,мерений,