Способ испытания горных пород в натурных условиях

 

1. СПОСОБ РСПЫТАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ, включающий образование в массиве породной о./ балки определенной мощности путем прорезки двух параллельных горизонтальных щелей и вертикального пропила , нагружение балки вертикальной равномерно распределенной нагрузкой до разрушения и определение величины разрушаю1цей нагрузки, по которой судят о прочностных свойствах массива , отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности результатов испытаний, по торцам балки образуют две сквозные ниши и создают усипие бокового распора на торцы балки, при этом ниши располагают на расстоянии от концов щелей ,равном полуторной мощности балки. 2. Способ поп.1,отличающ и и с я тем, что, балку образуют двумя параллельными выработками и двумя сквозными щелями, расположенными перпендикулярно выработкам.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1121432 (б1) Е 21 С 39/00

У., р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3633555/22-03 (22) 12.08.83 (46) 30 .10.84 . Бюл. У 40 (72) P Э. Юдин, Л.М. Папулов, В.А. Ващилин, Ю.Н. Падерин и E.Ã. Климчук (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт галургии (53) 622.83 1(088.8) (56) 1 . Кузнецов Г. Н. и др. Опре-. деление предела прочности на изгиб сложных нетрещиноватых пород в шахтных условиях. — Труды ВННМИ, Ф 60, Л., 1966, с. 206-211.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 787655, кл. E 2 1 С 39/00, 1979 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ГОРНЫХ

ПОРОД В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ, включающий образование в массиве породной балки определенной мощности путем прореэки двух параллельных горизонтальных щелей и вертикального пропила, нагружение балки вертикальной равномерно распределенной нагрузкой до разрушения и определение величины разрушающей нагрузки, по которой судят о прочностных свойствах массива, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов испытаний, по торцам балки образуют две сквозные ниши и создают усипие бокового распора на торцы балки, при этом ниши располагают на расстоянии от концов ще" лей,равном полуторной мощности балки, 2. Способ по п.1,о т л и ч а ю— шийся тем, что, балку образуют двумя параллельными выработками и двумя сквозными щелями, расположенными перпендикулярно выработкам.

Ю

1 112143

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения прочностных свойств горных пород при расчетах размеров устойчивых обнажений пород кровли выработок.

Известен способ испытания горных пород в натурных условиях, включающий образование в массиве породной балки и ее разрушение (1 1.

Недостатком данного способа является низкая точность измерений, обусловленная неопределенностью условий нагружения балки.

Известен способ испытания горных пород в натурных условиях, включаю- . щий образование в массиве породной балки определенной мощности путем прорезки двух параллельных горизонтальных щелей и вертикального пропила, нагружение балки вертикальной равномерно распределенной нагруз кой до разрушения и определение величины разрушающей нагрузки, по которой судят о прочностных свойствах массива Г2 1.

Однако данный способ характеризуется недостаточной достоверностью результатов испытаний, связанной с неучетом усилий. бокбвого распора, Целью изобретения является повышение достоверности результатов испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу испытания горных пород в натурных условиях, включающему образование в массиве породной балки определенной мощности путем прореэки двух параллельных горизонтальных щелей и вертикального пропила, нагружение балки вертикальной равномерно распределенной нагрузкой до разрушения и определение величины разрушающей нагрузки, по которой судят о прочностных свойствах массива, по торцам балки образуют две сквозные ниши и создают 45 усилие бокового распора на торцы балки, при этом ниши располагают на .расстоянии от концов щелей, равном полуторной мощности балки.

А также тем, что балку образуют двумя параллельными выработками и двумя сквозными щелями, расположенными перпендикулярно выработкам.

На фиг . 1 изображена действующая выработка; на фиг. 2 — схема нагру- 55 жения кровли.

Способ осуществляют следующим образом.

Иэ действующей подземной выработки в сторону нетронутого массива (см. фиг. 1) проводятся две параллельные выработки 1, например, с подъемом в кровлю с таким расчетом, чтобы непосредственная кровля 2 оказалась в бортах этих выработок.

Кроме того, выработки проводятся параллельно напластованию длиной, достаточной дпя проведения испытаний.

Между выработками оставляют межходовой целик 3 шириной, равной длине щелеобразующего органа, применяемого дпя этой цели, например длине бара врубовой машины. В целике образуют без нарушения исследуемой пачки две сквозные щели: нижняя 4 по отрабатываемому пласту 5, по контакту его с непосредственной кровлей, верхняя 6 по йородам вышележащей основной кровли 7 или верхнему слою непосредствен/ ной кровли. Длину щелей (длина исследуемой балки) выбирают из условий отсутствия деформаций прогиба балки под собственным весом. Далее, отступив от концов щелей на расстояние, равное полуторной мощности (высоте) балки, образуют две сквозные ниши 8.

По высоте эти ниши равны толщине балки, а по длине — размерам давильной установки, используемой для создания горизонтальных нагрузок.

Подготовленную таким образом балку испытывают приложением двух нагрузок; вертикальной равномерно распределенной, равной нагрузке от веса вышележащих пород до земной поверхности К г Н, и горизонтальной, равной произведению вертикальной нагрузки на коэффициент бокового распора, АКу Н, т.е ° соответствующей усилию бокового раснора.

Величины этих нагрузок, если известны значения коэффициентов 7 и К, могут быть определены методом разгрузки.

Испытания проводят в режимах как кратковременных нагруженнй, так и длительных, позволяющих учесть влияние реологических свойств пород кровли на ее устойчивость.

При соответствующем изменении нагрузок на балку могут быть созданы условия, имитирующие работу пород кровли отрабатываемого пласта на любой глубине.

Все это дает возможность опреде" лять устойчивость пород кровли не

Н б

3 11214 только для условий, в которых производятся испытания, но и прогнозировать характер деформирования кровли при расположении выработок на другой глубине, причем выработок с различным 5 сроком службы.

Пример. На учаСтке с глубиной 320 м было определено напряженное состояние пород кровли и проведены испытания породных балок на изгиб .

Напряженное состояние определялось методом разгрузки вне зоны влияния . очистных работ, в зоне опорного давления и в барьерном целике, распо-1> ложенном в выработанном пространстве . Вертикальные нагрузки, соответственно, составляли 66,82 и 120 кгс/см, а горизонтальные — 53,65 и 97 кгс/см .

Таким образом, при объемном весе налегающей толщи пород, равном

2,2 т/м, вертикальная составляющая в. нетронутом массиве близка гидростатическому давлению и повышается почти в два раза на барьерный целик.

Причем коэффициент бокового распора практически не меняется и составляет 0,8.

Породная балка к испытаниям на изгиб подготавливалась из нижнего слоя кровли мощностью 20 см. Для этого комбайном ПК-8 и проходипись две паралпельные выработки с подъемом в породы кровли с расстоянием между ними 1,2 м . Затем врубовой машиной, установленной на подъемнотранспортной установке, прорубались две сквозные параллельные напластованию щели.

Далее строчечным бурением подготавливались две сквозные ниши вько40

32 4 той, равной толщине балки, и длиной

35 см для размещения гидродомкратов и опорных плит для создания бокового распора. Ниши располагались на удалении от концов щелей, равном полуторной толщины балки. Этот размер был получен экспериментально, при его увеличении происходит распор защемленного конца балки и усилие, создаваемое гидродомкратами, не передается полностью на балку, а при уменьшении этого размера происходит срез по контактам.

На верхнюю поверхность балки уста— навливались гидроподушки, а в ниши— гидродомкраты.По длине балки устанавливались индикаторы часового типа для измерения деформаций изгиба при одновреме яном на груже нии рав н омер но распределенной нагрузкой и усилием бокового распора. Испытания проводились при различной величине бокового усилия в режимах как кратковременного, так и длительного йагружения вертикальной нагрузкой до разрушения б алк и.

Предлагаемый способ испытания пород повышает достоверность результатов измерений за счет сохранения фактического состояния силового и контактного взаимодействия непосредственной кровли с окружающими ее породами в конкретных горно-геологических условиях.

Применение предлагаемого способа испытания пород кровли .позволяет путем изменения нагрузок на балку получить закономерности деформирования пород кровли, соответствующие условиям отработки пласта на любых гл убинах.