Способ моделирования проявлений горного давления и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛ ИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 9) 01)(50 4 Е 21 С 3 ожен- служаСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(46) 23.12.88, Бюл. 9 47 (71) Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР(56) Кузнецов Г.Н., Будько М.Н Васильев Ю.И, и др. Моделирование проявлений горного давления, - Л,: Недра, 1968, с.230-236.Покровский Г.И., Федоров И,С, Центробежное моделирование в горном деле. - М.: Недра, 1969, с.272.Авторское свидетельство СССР В 1006568, кл, Е 01 Э 23/00, 1983,Авторское свидетельство СССР Р 1076580, кл. Е 21 С 39/00, 1984. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к горной пром-ти и предназначено для подземной разработки твердых полезных ископаемых, Цель - повышение достоверности и снижение трудоемкости моделирования. Создают модель из эквивалентного материала с изменяющейся по глубине боковой нагрузкой. Одновременно измеряют физические параметры на отдельных ступенях нагружения.Модель нагружают вертикальной нагрузкой и боковой, которую осуществляютв матрице с неравномерным профилем.Кривизну профиля рассчитывают по математической формуле, в которую входят геометрические параметры устр-ва,упругие хар-ки эквивалентного материала и величины механических нагрузок.Устр-во для осуществления данногоспособа состоит из основания 1, накотором крепится рама 2 с располными на ней гидродомкратами 3,щими для вертикального нагружения модели в нагрузочном приспособлении 4,стенок корпуса 5, гибких пластин 6,Приспособление 4 имеет верхнюю 7 инижнюю 8 балки, предназначенные длязакрепления в них модели из эквивалентного материала 9 болтами 10и гайками 11, 12. Данные способи устройство позволяют моделировать в лабораторных условиях сложноенапряженно-деформированное состояниемассива горных пород с помощью лишьсерийных испытательных процессов безприменения уникальных установок дляобъемного нагружения. 2 с.п. ф-лы,2 илСпособ моделирования проявленийгорного давления на эквивалентныхматериалах с использованием данногоустройства включает в себя следующиеоперации и осуществляется следующимобразом.Исходя из условий моделирования,удовлетворяющих соотношениям теорииупругости для плоско-напряженногосостояния Е . х = (Т О;Е ; г = -И+(32 50 55 14463Изобретение относится к горнойпромьппленности, а точнее к областиподземной разработки месторожденийтвердых полезных ископаемых и можетбыть использовано в гидротехническомстроительстве при лабораторном исследовании напряженно-деформированногосостояния моделей элементов конструкций подземных сооружений методом 10эквивалентных материалов.Цель изобретения - повьппение достоверности и снижение трудоемкостимоделирования.На фиг. 1 представлена принципиальная расчетная схема формированиязаданного напряженно-деформированного состояния в модели иэ эквивалентного материала; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.Устройство для моделирования напряженно-деформированного состояниямассива горных пород (фиг.2) состоитиз монолитного жесткого основания 1 25корпуса, на котором укрепляются рама2 с расположенными на ней силовымии динамическими устройствами (гидродомкратами) 3, служащими для вертикального нагружения модели в нагру- З 0зочном приспособлении 4 и смещенияпоследнего вместе с моделью относительно боковых стенок корпуса 5 повыполненным иэ листного железа гибким пластинам б, нагруэочное приспособление 4 с верхней 7 и нижней 8балками, предназначенными для закрепления в них модели 9 из эквивалентного материала болтами 10 и гайками 11и 12 при фиксировании заданного уровня вертикальной нагрузки р, боковые;40стенки корпуса 5, собранные из горизонтально расположенных пластин 13,стянутых болтами 14,05 гдополненным условием (У = о(г)О обеспечивающим необходимый боковой распор, определяют форму х Е(г) подпорной боковой поверхности сколь" жения - гибких пластин 6, учитывая следующие соображения.Если бы боковые подпорные стенки корпуса 5 были вертикальнь 1 ми, то на стенде сформировалось бы напряженно деформированное состояние, определяемое в соответствии с (1) в видеф2 Ех = 0 р бк = Мг р Еу г р(2)где Е, 1 - модуль Юнга и коэффициентПуассона эквивалентногоматериаларх Р 2 горизонтальные и вертикальные компоненты напряжений;Г, Е - горизонтальные и вертикальные компоненты деформаций,После помещения модели 9 из эквивалентного материала в нагруэочноеприспособление 4 устройства, нагружают ее вертикальным давлением р. Этоосуществляется путем закрепления анкерных болтон 10 в верхней части рамы 2, приложения вертикальной нагруэки р гидродомкратами 3, фиксированиянагрузочного приспособления в заданном состоянии гайками 11, 12 и освобождение анкерных болтов 10 от рамы 2,При этом слой, лежащий на высоте Ь от основания (фиг. 1), сместится вниз под действием веса налегающего материала модели - слоя мощностью (Н - Ь) - и давления р на величину1 -1й ) а Яфщ т.виюеющг Вно (7 - "(Н - Ь) + р, следовательноЙар- - : -(н-ь) +р ьЬ(Э)где Н " высота модели;- плотность эквивалентного материала.Поскольку боковые стенки, форма которых описывается искомой формулой х " Г(г), не вертикальны, смещение(н - Ы+р ь Теперь с помощью формулы (1)20 легко определить добавку к горизонтальному напряжению, рассчитанному по формуле (2), возникающую из-за невертикальности боковых стенок корпуса: Е (г)х ЯЕ (г)Е (г)И.,Е(г) 1-(х +кг =(2 Сложив эту величину с напряжением 35 Я, возникающим вследствие действия веса материала, получим распределение боковых напряжений в модели, созданных нагрузочным приспособлением 4:(6) 6 ют гибкие пластины 6 и закрепляют болты 14. Включая привод гидродомкратовпроизводят дополнительное вертикальное воздействие на нагрузочное при вызовет горизонтальное сжатиеслоя на величину а длина этого слоя на высоте г " Ьот основания модели равна 2 Е(Ь), поэтому его горизонтальная деформацияЕ)( будет равна Из формулы (5) с учетом соотношенияб.к= К(г)бг получаем общий вид В соответствии с полученной зависимостью, отпустив гайки болтов 14, собирают из пластин боковые стенки корпуса в виде матрицы, на внутреннюю поверхность которой устанавливаВ общем виде исходное напряженноесостояние нагруженной модели будетудовлетворять следующему соотношению: Дополнительное вертикальное воздействие, т.е. вертикальный сдвиг нагрузочного приспособления 4 вместе с моделью 9 вниз на величину У вызовет горизонтальную деформацию слоев, расположенных на высоте г от основания модели, равную . = -Е(г)/Е(гД У, а в материале появятся дополнительные напряжения; Общее поле напряжений, возникающеев модели после сдвига, описываетсяследующей системой уравнений: функции, описывающей форму боковой поверхности стенок корпуса, стенда:5 14463 способление 4, т.е. смещают его вместе с моделью 9 относительно матрицы на глубину и производят измерение Физических параметров модели в заданномБ напряженно-деформированном состоянии.П р и м е р. Стенд для выполненияо предлагаемого способа характеризуется следующими размерами: высота Н =2 м, длина Ь3 м, Возьмем случай, 1 О когда(г) = сопз 1, т.е. Ы (г) = Ы щ 1,5 или 5 = 1,5(7 . При этом используется эквивалентный материал, обладающий следующими физическими свойствами: Е = 0,9315 10 МПа; 40,25;= 0,025 МН/м . Рассматривая общий вид функции (6), можно видеть, что ее конкретный вид зависит от данного распределения о по глу" бине и при постоянном значении рС(г)=возможны три случая; ЗН (р+ДН) (1 -)16. (1 Ю. - 1)НЕ 26 о-Я (7)4 (1 -1) 1. гх Е(г) = в , ,2 Н(8) НК(,г)-(Н г) +Р Ц -(гДг (Н - г) + п г + - - -Е,Их (1 )11 г х щ 1(г) 1.-- ехр 2 тогда сдвиг равен1ЗН (р + ф Н) (1 - )4 (1 -И)НЕ а форма образующих определяется формулой(р+(Н Ф 2 г)1хщй(г) = --2р+ ЗН Зр +(ЗН - 2 г) Зр+ Н12. Ы = , тогда независимо от величины сдвига У и пригрузки р Величинами р и У, здесь регулируется необходимое распределение вертикального напряжения оЕ У8 - (Н-г) - р- ----Е ч 1-4 г т.е. Юг = 0 и сдвиг производить неследует.3. К ) -- (случай который можетЭвстретиться при моделировании текто 05 6нических участков). При этом производится сдвиг а для расчета формы боковой поверхности следует пользоваться следующейформулой: 1.+ (Н - 4 г)3х = Й(г)Е .Ок2р - ЗН 3 - унос Зр+ (ЗН г)2 (1-) ) аДля конкретного случая Ы = 1,5 (случай 1) и р = 0,5 МПа получаем Ю = 14,52 см.Таким образом определяется Форма боковой поверхности корпуса стенда и конкретные параметры сдвига. После вдавливания модели на глубину 14,52 см осуществляют измерение Физических параметров модели. Выполнение моделирования проявле- ЗО ний горного давления предлагаемымиспособом и устройством обеспечивает повышение достоверности моделирования за счет возможности учета природ-.ных закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния по глубине. Формула изобретения/1. Способ моделирования проявлений горного давления, включающий нагружение модели из эквивалентного материала изменяющейся по глубине боковой нагрузкой с измерением Физических 4 б параметров иа отдельных стуПенях нагружения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности моделирования, модель дополни" тельно нагружают вертикальной нагрузкой, а боковую нагрузку осуществляют в матрице с неравномерным профилем, кривизну которого определяют по Фор- мулее7 1446305 где х - расстояние от центра стендадо боковой стенки матрицы;к - вертикальная координата, отсчитываемая от основания модели; НиЬЕвысота и длина стенда;модуль упругости эквивалентного материала;коэффициент Пуассона эквивалентного материала;плотность эквивалентного материала; моделируемый законизменения бокового распора по глубине; вертикальная нагрузка, приложенная к модели; 8У - величина абсолютной деформации модели по оси а при приложении к ней вертикальнойнагрузки.и2, Устройство для моделирования проявлений горного давления, включающее нагрузочное приспособление, пуансон для вертикальной нагрузки модели и матрицу с динамометрическими и силовыми элементами, о т л и ч а ю щ ее с я тем что, с целью снижения трудоемкости моделирования, матрица выполнена в виде не менее Двух наборов пластин, установленных горизон тально с возможностью их поперечного перемещения и в виде гибких пластин, установленных внутри матрицы.Заказ 6727 3 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Уж ул, Проектная Тираж 459НИИПИ Государственного кпо делам изобретений и35, Москва, Ж, Раушск Подпискамитета СССРткрытийя наб д