Модель горного массива

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 7090 СПУБЛИК(5)5 Е ИЗОБРЕТ САН ИЯ ВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ ых поцесв,и ниядро тоя 1 к горному делу, орных процес- материалов, и я исследования ния при гидро- учетом состояойств горных ия в не относитсяироввмиюивалентных ьзовано дл нообразова массива содности св Изобретение а именно кмодел сов методом экв может быть испол механизма трещи разрыве горногония и неоднор пород. ается тем что ючающая кореформируемый. ерьер для подена экраном, ом и деформимый блок выочно-слоевую из материала,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(54) МОДЕЛЬ ГОРНОГО МАССИВА (57) Изобретение относится к горному д а именно к моделированию горных про сов методом эквивалентных материало может быть использовано для исследова механизма трещинообразования при ги разрыве горного массива с учетом сос Цель изобретения - моделированиепроцесса гидрообработки массива и опрения и неоднородности своиств горных пород. Цель изобретения - моделирование процесса гидрообработки массива и определение границ области распространения в нем жидкости. Модель горного массива содержит корпус, установленный в нем деформируемый блок (ДБ), нагружатель блока и инъектор для подачи жидкости в блок. Между корпусом и ДБ установлен экран. При этом ДБ выполнен из моделирующих блочно-слоевую структуру массива элементов из материала, обладающего адгезионнымц свойствами. Поверхность элементов ДБ покрыта составом, сохраняющим адгезионные свойства поверхностей элементов ДБ, Повер- хность экрана, контактирующая с элементами ДБ, покрыта составом, снижающим силу Я трения и обеспечивающим проскальзывание элементов ДБ относительно поверхности экрана,. Поверхности элементов ДБ и экрана покрыты гигроскопическим составом, который при взаимодействии с нагнетаемой Я жидкостью окрашивается. 1 з.п, ф-лы, 4 ил., 1 табл,деление области распростражидкости,Поставленная цель достигмодель горного массива, вклпус, установленный в нем дблок, нагружатель блока и интачи жидкости в блок, снабжустановленным между корпусруемым блоком, деформируеполнен из моделирующих блструктуру массива элементовобладающего адгезионными свойствами, при этом поверхность элементов блока покрыта составом, сохраняющим агдезионныесвойства поверхности элементов блока, а поверхность экрана, контактирующая с элементами блока, покрыта составом, снижающим силу трения и обеспечивающим проскальзывание элементов блока относительно поверхности экрана, а также тем, что поверхности элементов блока и экрана покрыты гигроскопическим составом, который при взаимодействии с нагнетаемой жидкостью окрашивается,На фиг, 1 изображена модель, общий вид; на фиг. 2 - горизонтальный вид модели с компоновкой деформируемого блока из однородных элементов;.на фиг. 3 - фронтальный вид модели с углом нагружения и компоновкой деформируемого блока из разнородных элементов; на фиг. 4 - горизонтальны й вид модели с компоновкой деформируемого блока из разнородных элементов,Модель состоит из коробчатого корпуса 1, элементов 2, подвижной крышки 3 с нагружателем 4. Для подачи жидкости в блок предусмотрен иньектор 5 с перфорированным наконечником 6, Между гранями деформируемого блока и внутренними поверхностями корпуса и крышки размещен экран 7, внутренняя поверхность которого покрыта составом, снижающим силу трения элементов по экрану. Поверхности экрана и элементов 2, изготовленных из эквивалентного горному массиву материала, покрыты составом, обеспечивающим в контакте с нагнетаемой жидкостью окраску в контрастный цвет области заводнения. Схема размещения элементов 2 в деформируемом блоке, моделирующем блочно-слоевую структуру горного массива, определяется структурой моделируемого горного массива.Для моделирования слоев и/или участков горного массива, отличающихся по физико-механическим свойствам, в деформируемый блок вместе с элементами 2 (фиг. 3.4) помещен один или несколько слоев и/или участков из изготовленных(из специально подобранных материалов) элементов 8, и/или 9, и/или 10, различающихся по физико-механическим свойствам, например по модулю упругости Юнга, коэффициенту Пуассона, величине проницаемости, адгезионной способности.Модель горного массива собирается и работает следующим образом.В коробчатый корпус 1. (фиг. 1, 3), установленный на столе, помещается экран 7, например медная фольга, который покрывается составом, например, посредством на 10 по причине их эластичности. Состав моделирует заполнитель природных трещин горного массива и способствует релаксации напря 15 20 30 35 распространения жидкости является основой для установления и измерения густоты и радиуса трещинообразования,40 455055Ф пылегия, снижающим силу трения элементов по экрану и, фиксирующем границы заводнения. Затем участками послойно укладывают элементы 2, покрытые составом например, посредством напыления), обеспечивающим в контакте с нагнетаемой жидкостью окраску в контрастный цвет области заводнения и не снижающим адгезионную способность поверхностей элементов блока жений в нагружаемой модели. В процессе укладки элементов в центральной части модели помещают инъектор 5 с перфорированным наконечником 6.На деформируемый блок, составленный из элементов 2, сверху накладывается экран 7, а через крышку 3 нагружателем 4 создается расчетная вертикальная нагрузка на блок,При моделировании гидрообработки массива нагнетаемая жидкость через инъек тор 5 поступает в полость перфорированного наконечника 6, а затем проникает в деформируемый блок, создавая сеть искусственных трещин и образуя характернуюобласть заводнения,Границы распространения жидкости, подаваемой вдеформируемый блок, фиксируются с помощью красителя, растворенного в рабочей жидкости, и состава, покрывающего поверхности элементов блока и экрана, Цветовая область с контрастными границами Модель горного массива разбирают в обратном порядке; При этом в первую очередь фиксируют (например, фотографируют и измеряют) границы распространения жидкости и параметры трещин (густота трещины, равномерность образования трещин по обьему, радиусы трещинообразования, зияние трещин по интенсивности окраски элементов), а затем снимают поэлементноочередной слой блока; Места выхода жидкости за пределы деформируемого блока фиксируются на экране в виде точек, полос ипятен благодаря окраске красителем, растворенным в рабочей жидкости, покрывающего экран состава,Результаты наблюдений и измеренийпозволяют получить картину процесса гидрообработки. При необходимости цикл повторяют,Конструкцйя предложенной модели позволяет использовать деформируемый блокразличной толщины и структуры за счет из- .менения количества выкладываемых слоев170909 О Нат а Мо ель Показатели 500 2,5 1,0 101,0 .12,5 12,2 10,8 Глубина залегания пласта, мПлотность элементов и пород, т/мМодуль Юнга элементов и угля, МПаДинамическая вязкость рабочей жидкости, сПВертикальное горное давление, МПаДавление гидроразрыва, МПаГо изонтальный ади с т ещино-об азования, м 1,2 0,0025 10 1,0 1,25 1,22 0,08и/Или участков из элементов 2, 8, 9, 10 (фиг, 3, 4) и проводить эксперименты на блоке, моделирующем различные виды трещиноватости горного массива за счет варьирования в широком диапазоне линейных размеров (длины, ширины, толщины, формы) элементов 2, 8, 9, 10, а также за счет величины их проницаемости, адгезионной способности модуля Юнга и коэффициента Пуассона,П р и м е р. Для физического моделирования гидроразрыва угольного пласта с применением эквивалентных материалов модель горного массива была выполнена в следующем виде.Коробчатый корпус и подвижная крышка изготовлены из легированной стали толщиной 75 мм и укреплены ребрами жесткости. Внутренние размеры коробчатого корпуса составили 414 мм вдоль инъектора, 324 мм поперек инъектора и 80 мм высотой. В центре короткой стенки корпуса профреаеровано отверстие под инъектор с небольшим зазором по диаметру и эллипсностью по вертикали. Размеры подвижной крышки 410 х 320 мм, Экран изготовлен из листовой меди толщиной 1 мм и состоял из двух частей: короба с внутренними размерами 412 х 322 х 73 мм и крышки с размерами 413 х 323 мм. Элементы блока выполнены из однородного материала с размерами 38,8 х 28,3 х 10,5 мм. Инъектор изготовлен из медной трубы с внутренним диаметром 12 мм и перфорирован на длину 100 мм с максимально возможной по жесткости трубы густотой. Деформируемый блок составлен из четырех слоев элементов: нижний и верхний слой высотой по 10,5 мм, а два средних слоя - высотой по 28.3 мм, что соответствлвалс размерам элементов. Для размещенияинъектора в элементах среднего слоя вырезано отверстие диаметром, равным наружному диаметру инъектора. В качестве5 нагружателя использован гидравлическийпресс,а модель размещалась на его столе,После сборки и нагружения модели ееразмеры составили 412 х 322 х 73 мм. Результаты моделирования приведены в таблице10 (соответствие модели и натуры осуществлялось через критерии подобия).Формула изобретения1. Модель горного массива, включающая кОрпус, установленный в нем деформи 15 руемый блок, нагружатель блока и инъектордля подачи жидкости в блок, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью моделированияпроцесса гидрообработки массива, онаснабжена установленным между корпусом и20 деформируемым блоком экраном, деформируемый блок выполнен из моделирующихблочно-слоевую структуру горного массиваэлементов из материала, обладающего адгезионными свойствами, при этом поверх 25 ность элементов блока покрыта составом,сохраняющим адгезионные свойства поверхностей элементов блока, а поверхность экрана, контактирующая с элементами блока,покрыта составом, снижающим силу трения30 и обеспечивающим проскальзывание элементов блока относительно поверхности экрана.2. Модель по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью определения границ обла 35 сти распространения жидкости в модели,поверхности элементов блока и экрана покрыть гигроскопическим составом, которыйпри взаимодействии с нагнетаемой жидкостью окрашивается, 1709090,Келем ГКНТ СС Заказ 415 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 од, ул.Гагарина, 10 водственно-издательский комбинат "Патент Пр