Способ моделирования сдвижения горных пород при нарушенном залегании слоев

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК . 1448 21 С 39/00 Ъ1 ъ Е о научой геоОзеров СДВИ- НАРУму делу. верносгорных имитаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСАНИЕ ИЗО ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯКЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИШЕННОМ ЗАЛЕГАНИИ СЛОЕВ,ти исследования процесса сдвиженияпород и земной поверхности путем ции естественных условии образования разрывной и пликатнвной тектоники. Производят эакатку горизонтальных слоев модели, . Последнюю нагружают путем перемещения ее боковых стенок. При нагружении модели одновременно с перемещением боковых стенок осуществляют взаимосвязанное с ним перемещение секций основания модели, ис 4 ходя из условий образования моделированной нарушенности. Затем срезают и удаляют верхнюю выступающую часть модели, после чего закатывают слой имитирующий наносы. Выемку слоев, имитирующих угольные пласты, производят после полного затухания деформаций. Одновременно с выемкой можно Производить незначительные смещения слоев модели в направления нарушения. 2 ил,которой выполнены направляющие 4, боковые стенки 5, установленные с возможно. стью перемещения по направляющим 4 и 20 имеющие направляюшие 6, секции 7 основания, конць которых. связаны с направляюши 30 50 55 Изобретение относится к горному делу и предназначено для моделирования сдвижений при залегании горных пород в виде складки и при наличии разрывных тектонических нарушений.Цель изобретения - повышение точности и достоверности исследования процесса сдвижения горных пород и земной поверхности путем имитации естественных условий образования разрывной и пликаивной текгоники.На фиг. 1 показано устройство для осушествления предлагаемого способа, т.е. устройство для моделирования разрывных форм нарушений; на фиг. 2 - вариант устройства для моделирования складчатого залегания пород,Устройство (фиг. 1) содержит жесткуюраму 1, в верхнем 2 и нижнем 3 элементах ми 6, и домкраты 8 и 9, закрепленные на раме 1 и служащие для перемещения боковых стенок 5 и секций 7.Согласно варианту устройства (фиг. 2) концы секций 7 с одной стороны закреплены на оси 10 вращения, а с другой стороны под,держиваются и перемещаются с помощью домкратов 9. Ось 1 О вращения расположена на шарнирной опоре 11, закрепленной на элементе 3 рамы 1. Опора 1 может быть сменной, Опору 11 с малой высотой используют при моделировании залегания слоев в форме синклинальной складки, производя при этом подъем концов секций 7. Опору 1 с большой высотой используют при моделировании залегания слоев в форме антиклинальной складки, производя при этом опускание концов секций ,Способ осуществляют следуюшим образом.Исходя из условий залегания слоев горных пород в натуре, определяют в результа. те каких механических перемещений данные условия могут быть созданы.Устанавливают секции 7 подвижного основания горизонтально. Последовательно в опалубку засыпают, разравнивают и уплотняют,материал моделирования, В зависимости от условий моделирования осуществляют последовательные вертикальные перемещения секцийоснования и горизонтальные перемещения боковых стенок 5 или их совместное перемешение. После перемещения слоев срезают верхнюю выступающую часть модели, обеспечивая горизонтальность верхней поверхности, засыпают и уплотняют при необходимости слой имитирующей четвертичные отложения, залегаюший несогласно с коренными породами и снимают опалубку,5О5 Оснащают модель измерительной аппаратурой и выдерживают модель в течение времени пока затухнут деформации модели, связанные с ее уплотнением и с изменением напряженного состояния. Производят извлечение слоев, воспроизводящих угольные пласты и определяют сдвижения и деформации в модели.Пример 1. Моделируют сдвижения горных пород при подработке крутопадаюшего тектонического нарушения с углом падения плоскости сместителя, равным ь =60, и амплитудой смещения крыльев, равной А =50 м,Масштаб моделирования 1:500. Подработку осуществляют одним пластом мошно- стью 1,5 м. Мощность наносов 10 м. Для моделирования используют устройство, показанное на фиг, 1, Перед изготовлением модели подвижные секции 7 основания устанавливают горизонтально, а подвижные боковые стенки 5 закрепляют в верхних 2 и нижних 3 элементах рамы 1, В основание модели закатывают несколько слоев, которые образуют так называемое буферное пространство, которое несколько разрушается при смещении отдельной части модели. Выше буферного пространства укладывают слой 12, воспроизводящий угольный пласт. Для этих целей могут быть использованы стеклянные или металлические пластины, Сверху слоя 12 последовательно закладывают слои на высоту, равную глубине разработки с учетом масштаба моделирования, Определяют величины горизонтальных и вертикальных перемещений правой части мо дели. Вертикальное перемещением равно амплитуде тектонического нарушения с учетом масштаба модели (в данном случае в 100 м), Величину горизонтального смешенияа определяют по формуле И= -- , что соЬ1 уЬставляет 58 мм,Открепляки правую подвижную боковую стенку 5, Осушествляют перемещение правой боковой стенки 5 на величину а, а правой секции 7 основания на величину 6, В результате в модели возникает разрыв, воспроизводящий тектоническое нарушение, Поднятую часть 13 модели срезают и удаляют (заштрихованная область). После этого укладывают слой, имитирующий наносы. На верхней поверхности модели устанавливают индикаторы часового типа и фиксируют оседания всей толщи модели. Выемку слоя начи. нают после того, как уплотнения модели полностью затухают,Пример 2. Расматривают моделирование процесса сдвижения в условиях асимметричной складки, угол падения одного крыла составляет 30, а второе крыло залегает горизонтально. Для моделирования использу448045 Формула изобретения 3ют устройство, показанное на фиг. 2. Подвижные секцииоснования закрепляют на осиО вра щения, рас пола гаемой на шарнирной опоре 1, Закатку горизонтальных слоев модели производят в такой же последовательности, как и в предыдущем примере,Определяют необходимое вертикальное перемещение, осуществляемое с помойью домкратов 9. Оно можетбыть получено графически или вычислено по формуле Ь =1 дЫ где- расстояние от оси вращения до точки установки домкрата; о - заданный угол падения слоев крыла складки, С помощью домкрата 9 осуществляют постепенное поднятие левой секции 7 основания. С помощью домкрата 8 подвигают боковую стенку 5. После придания секции 7 основания заданного угла о наклона поднятую часть 3 модели (заштрихованная область) среза. ют и удаляют. Далее производят операции, аналогичные описанным в примере .При моделировании тектонически актив. ных районов одновременно с выемкой угольных пластов можно дополнительно производить незначительные (на несколько порядков ниже первоначальных) перемещения слоев модели в тех же направлениях, что н при образовании нарушения.Благодаря имитации условий образования складок, нарушений и тектонических 4напряжений, предлагаемый способ позволяет исследовать влияние нарушений на процесс сдвижения подрабатываемой толщи, сдвнження и деформации земной поверхности и влияние мощности наносов. Способ моделирования сдвижеиия горных пород при нарушенном залегании слоев, включающий закатку горизонтальных слоев модели, нагружение модели путем перемещения ее боковых стенок, выемку слоев, имитиру,эщих угольные пласты, и наблюдение за смещением точек модели, отличающийся 5 тем, что, с целью повышения точности и достоверности исследования процесса сдвижения горных пород н земной поверхности путем имитации естественных условий образования разрывной и плнкативной тектоники, при нагружении модели одновременно е перемещением боковых стенок осуществляют взаимосвязанное с ним перемещение секций основания модели, исходя из условий образования моделируемой нарушенности, затем срезают н удаляют верхнюю выступаю щую часть модели, после чего закатываютслой, имитирующий наносы, а выемку слоев, имитирующих угольные пласты, производят после полного затухания деформаций.ктная,едактор А. Ревинаказ б 823/38НИИПИ Государств113035,Производственно-по Составитель В. ТалТехред И. ВересТираж 459нного комитета СССР по делМосква, Ж - 35, Раушскаяиграфическое предприятие, г войцКорректорПодписноеи изобретенийнаб., д. 4/5Ужгород, ул, Пр