Способ моделирования подземной разработки пластовых месторождений, стенд и эквивалентный материал для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК138295 51) 4 Е 21 С 39/00 К АВТОРС ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ ИЗО(46) 23.03,88. Бюл. У 11 (7 1) Университет дружбы народов им, Патриса Лумумбы и Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР(56) Машковцев И.Л, Проявления горного давления при выемке мощных пол гих пластов, М.: ЦНИИуголь, 1979, с. 16-18.Авторское свидетельство СССР У 394678, кл, Е 21 С 39/10, 1971.1(узнецов Р,Н, и др. Моделировани проявлений горного давления. - Л.: Недра, с. 61-64.А-А(54) СПОСОБ Г 1 ОДЕЛИРОВАН 1 И ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ ГЮСТОРОЖДЕН 1 П 1, СТЕНД И Э 1 БИВАЛЕЕ 1 ТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕН 11 Я (57) Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения напряженно-деформированного состояния горных пород и параметров технологии добычи. Цель изобретения - повышение точности и достоверности модели, Ее изготавливают путем послойной укладки эквивалентного материала (ЗМ). Затем производят его уплотнение и сушку, По мере укладки и сушки очередного слоя ЭГ 1 тарируют датчик напряжения (ДН), Затем производят отработку модели и од- Ж новременпо регистрируют результаты измерений ДН 4 и регистрирующей ап1382953 паратурой (РА). Как при тарировке,так и при обработке модели ДН 4и РА перемещают относительно другдруга по всей длине модели и одновременно автоматически регистрируютрезультаты измерений, После этогослои ЭМ извлекают раздельно, добавляют 1-20 воды, перемешивают до достижения однородной массы и используют повторно. Выполнен ДН 4 в видедвух параллельных пластин из прозрачного материала, Длина пластин равна длине слоев ЭМ и установлены онивертикально на расстоянии друг отдруга, равном ширине слоев ЭМ. В качестве РА испольауют поляризационноИзобретение относится к горнойпромышленности и предназначено длямоделирования подземной разработкипластовых месторождений полезных ископаемых на стендах из эквивалентныхматериалов для определения напряженно-деформированного состояния горныхпород и параметров технологии добычи.Целью изобретения является повышение точности и достоверности модеслиров ания.На фиг. 1 схематически изображенпредлагаемый стенд при неподвижнойустановке датчика; на фиг, 2 -то же, при подвижной установке датчика; на фиг. 3 - разрез А-А нафиг, 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б нафиг, 2,Способ заключается в следующем.Горный массив, состоящий из различных пород: пласта полезного ископаемого (например, угольного), не-.посредственной кровли (алгиллита),основной кровли (песчаника), заменяют эквивалентными по свойствам материалами, которые укладывают встенд 1 слоями 2. Предварительно впочву пласта 3 устанавливают датчик 4напряжений, представляющий собой двепараллельные прозрачные пластины.Затем осуществляют отработку модели.Для получения данных о напряженнодеформированном состоянии вдоль всеймодели или в любой заданной точке оптическую систему 5-8, элементыкоторой расположены по обе стороныот ДН 4 на направляющих 12, закрепленных на жестком основании 10, Элементы системы 5-8 перемещаются по-средством червячной передачи. В состав ЭМ входят следующие компонентыпри их соотношении, мас. : песок 590; соль 80-5; вода - остальное. Изменяя процентное содержание компонентов ЭМ и производя испытания образцов, добиваются того, чтобы расхождение фактических физико-механических свойств с расчетными не превышало 103 с, и 2 3п. ф-лы, 4 ил. источник 5 света и анализатор 6, размещенные с одной стороны датчика напряжений, поляризатор 7 и фотоэлектронный умножитель 8, размещенные с другой стороны, синхронно перемещают вдоль датчика 4 напряжений, или, наоборот, перемещают модель вместе с датчиком относительно поляризационно-оптической системы 5-8, установ ленной неподвижно, и регистрируютзаписывающей аппаратурой 9.Стенд для осуществления способавыполнен .следующим образом.На жестком основании 10 установлен 15 датчик 4 напряжений, выполненный издвух параллельных пластин из прозрачного материала, расположенных на расстоянии равном ширине слоев 2эквивалентного материала, Пластины 20 установлены вертикально, а их длинасоставляет длину слоев эквивалентного материала (т,е, равна длине модели). При необходимости пластины по длине могут быть составлены из нескольких частеи, Поверх пластин улонжены, например, металлическая лента 11 а затем слои эквивалентного материала. С одной стороны датчика напряжений (или жесткого основания 10) 0 расположены источник 5 света, в качестве которого применяют, например, лазер, и анализатор 6, с другой стороны - поляризатор 7, и фотоэлектронный умножитель 8. Поляризационно 1382953оптическую систему 5-8 и датчик 4напряжений выполняют подвижными относительно друг друга.Луч света от источника 5, проходяанализатор 6, датчик 4 напряжений иполяризатор 7, попадает в фотоэлектронный умножитель 8. Регистрацияпоказаний производится автоматически непосредственно с фотоэлектронного умножителя, например, печатающим устройством, ленточным перфоратором, микрокомпьютерной системой ит,п.При неподвижной установке датчика напряжений (т,е. жесткого основания и всего стенда в целом) жесткоеоснование 10 (Фиг. 1-3) имеет ширинубольше, чем слои эквивалентного материала. На выступающих частях ос 20нования установлены направляющие 12,по которым могут синхронно перемещаться каретка 13 с лазером 5 ианализатором 6 и каретка 14 с поляризатором 7 и фотоэлектронным умножителем 8., Перемещение кареток 13 и 14может быть осуществлено, например,,посредством червяка 1 Ь, связанногочерез шестеренчатую передачу с валомреверсивного электродвигателя 16В случае установки поляризационнооптической системы 5-8 стационарножесткое основание 10 (фиг. 2 и 4)снабжается катками 17 с возможностьюего перемещения с датчиком 4 напряжений (те. всего стенда) по направляющим 18 относительно луча света,Эквивалентный материал содержитпесок, соль и воду с диапазонами изменения в зависимости от крепостипород, мас. ; песок 5-90, соль 80-5, 40вода - остальное.Изготовление состава и подборпроцентного содержания компонентовэквивалентного материала осуществляют следующим образом. 45В сухом виде перемешивают песоки соль в различных пропорциях, добавляют 1-20 воды и вновь перемешивают до достижения нормальной консистенции смеси. Полученный материалукладывают в формы и сушат, получаятаким образом образцы для испытанияего физико-механических свойств. По .результатам испытаний строятся диаграммы Гиббса-Розебома. 55Пример совместной работы способа,стенда и эквивалентного материаладля осуществления способа,По данным Физико-механическихсвойств угля и пород в натуре определяют в соответствии с теорией подобиярасчетные физико-механические свойства эквивалентного материала. Первоначально процентный состав материала, эквивалентного, например, углю,аргиллиту, песчанику и так далее,находят по построенным диаграммамГиббса-Розебома. Затем из полученныхматериалов изготавливают образцы,на которых определяют физико-механи-.ческие свойства конкретной горной породы (в модели). Изменяя процентноесодержание компонентов материала ипроизводя испытания образцов, добиваются того, чтобы расхождение Фактических Физико-механических свойствс расчетными не превышало 10 , чтоявляется достаточным для обеспечениядостоверности моделирования,Установленное данным способомпроцентное содержание компонентовдля различных пород и углей в дальнейшем используется для изготовлениямодели по стратиграфической колонкемоделируемой толщин, конкретного пластового месторождения.П р и и е р 1. Содержание компонентов для аргиллитов, мас. :Песок 84,4Соль 13,8Вода 1,8П р н и е р 2, Содержание компонентов для песчаников, мас. :Песок 78,6Соль 17,4Вода 4,0П р и м е р 3. Содержание компонентов для угля, мас.%:Песок 86,2Соль 12,0Вода 1,8В результате проведенных испытаний образцов установлено, что предложенный состав позволяет моделировать с высокой точностью и достоверностью различные горные породы вшироком диапазоне от крепких пород(содержание соли до 80 мас.%) дослабых и сыпучих пород (содержаниепеска до 90 мас.%). В зависимости оттребуемой;консистенции смеси и содержания соли общее количество водысоставляет 1-20% от массы смеси.Слои материала, эквивалентныеразным горным породам, укладывают вмодель по стратиграфическойколонкемо елируемого пластового месторожде ия. Для укладки материала по бока модели возводят временную опалубку на 3-4 слоя материала. Уложив ираровняв слой материала, производяГ его уплотнение и сушкупутем подачи теплого воздуха к поверхностисля.Тарировку датчика,4 напряженийпр изводят после укладки и сушкиоч редного слоя модели. Для этогосн чала регистрируют значение интенси ности прошедшего через ненагруже ный датчик напряжений света пут перемещения поляризационно-оптиче кой системы (или датчика напряже ий) вдоль всей, модели с помощьюза исывающей аппаратуры 9. Затем укл ывают слой эквивалентного материал известной сухой массы, сушат егои новь регистрируют показания датчика 4 напряжений, Тарировку производятдо окончания укладки слоев в стенд,При необходимости, т.е. для модели ования заданной глубины разработки производят поэтапную пригрузкуэк ивалентного материала известнымив ичинами, также перемещая поляриза ионно-оптическую систему и датчик30на яжений относительно друг дРугаи егистрируя результаты измерений.Та им образом, по окончании укладкисл ев эквивалентного материала и ихпр грузки получают тарировочный графис зависимости изменения интенсивности света от пригрузки на датчикнаПряжений,После этого приступают к отработке модели, для чего производят последовательную выемку пласта 3 по выбранной методике моделирования с учетом масштабов времени. Вынув оЧередную часть пласта, пройзводят регистрацию показаний датчика напряжений описанным способом. Во время отработки пласта 3 происходит перераспределение напряжений в модели, что вызывает изменение интенсивности света, попадающего в фотоэлектронный умножитель 8. Это регистрируется запйсывающей аппаратурой 9. Значения полученных величин нормальных напряжений в модели определяют путем сопоставления данных измерений с тариро- Ы вочным графиком. Таким образом определяется опорное давление (впереди очистного забоя) и давление обрушенных пород в выработанном пространстве на почву пласта.После того, как модель отработана (т.е пласт или группа пластов полностью вынуты), приступают к разборке модели. Для этого слои материала эквивалентного одной и той же горной породе, извлекают отдельно от других слоев и помещают в отдельную емкость. При повторной подготовке модели в извлеченный материал добавляют 1-20% воды, перемешивают материал до достижения однородной массы и используют его повторно при укладке слоев в новый стенд.Формула изобретения1. Способ моделирования подземной разработки пластовых месторождений, включающий изготовление модели путем послойной укладки эквивалентного материала, тарировку датчика напряжений, отработку модели, регистрациюрезультатов измерений датчиком напряжений и регистрирующей аппаратуройи извлечение слоев эквивалентного материала после отработки модели.а т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности и достоверности моделирования, тарировкудатчика напряжений вецут по мереукладки и сушки очередного слоя эквивалентного материала, при этом как и при отработке модели, датчик напряжений и регистрирующую аппаратуру перемещают относительно друг друга по всей длине модели и одновременно автоматически регистрируют результаты измерений, после чего слои эквивалентного материала извлекают раздельно, добавляют 1-20% воды, перемешивают до достижения однородной массы и.используют повторно,2. Стенд для моделирования подземной разработки пластовых месторождений, включающий жесткое основание, модель, выполненную из слоев эквивалентного материала, датчик напряжений и регистрируюшую аппаратуру, причем датчик напряжений установлен на жестком основании под моделью, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что датчик напряжений выполнен из прозрачного материала в виде двух параллельных пластин длиной, равной длине слоев эквивалентного материала, установленных вертикально на рассто 1382953янин друг от друга, равном ширине слоев эквивалентного материала, а в качестве регистрирующей аппаратуры применена поляризационно-оптическая система, элементы которой расположены по обеим сторонам от датчика напряжений.3. Стенд по и. 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что на жестком основании с обеих сторон от датчика напряжений укреплены направляющие, на которых размещены элементы поляризационно-оптической системы с возможностью перемещения, например, посредством червячной передачи.4Стенд по п. 2, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что элементы по 5. Эквивалентный материал для мо- делирования подземной разработки пластовых месторождений, включающий песок, воду и вяжущее, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что в качестве вяжущего используют соль при следующем соотношении компонентов, мас.Е: 15Песок Соль Вода 5-9080-5Остальное ляризационно-оптической системы уста. -новлены неподвижно с обеих сторон отдатчика напряжений, а жесткое основание выполнено подвижным на опорных 5 катках,1382953 Составитель И. ФомичеваТехред А. Кравчук Корре Л, Пил едактор И. Николайч нко каз 1270/27 Тираж 459 Под ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5