Способ исследования напряженного состояния горного массива на моделях из оптически чувствительных материалов

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при лабораторных методах оценки изменения напряженного состояния (не) массива горньк пород на плоских моделях из оптически чувствительных материалов.Цель изобретения - повышение достоверности исследования НС горного массива на моделях путем соблюдения условия подобия при формировании зон изменения НС в окрестности очистных выработок . На модели нанесением углубления создается уменьшение толщины модели. При исследовании НС операции моделирования имитируют поэтапную отработку пластов забоями, двигающимися по линии падения и восстания с обрушением или акладкой выработанного пространства. На первом этапе без имитации зон трещиковатости,затем с их имитацией, а в дальнейшем с имитацией зон обрушения моделируется выемка угля забоями по простиранию. Образцы с отверстиями или без них нагружают и помещают в термостат, где их замораживают, задают средние модули упругости образцов: в кровлена высоту обрушения, высоту трещиноватости, а в почве - на высоту трещиноватости, фиксируют изменение НС в модели в виде изохром, замороженных под нагрузкой в термостате без нанесения и с нанесением ослабленных зон вокруг очистных выработок.Затем по изохромам строят распределение, касательных напряжений в порядке полос по сечению, проведенному в центре вьфаботанного пространства. По сравнению полученных значений касательных напряжений в концевых участках забоев в различных условиях моделирования делается заключение о изменении НС в окрестности выработки. 11 ил. ю г 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4223166/22-03 (22) 07.01.87 (46) 23.01.89, Бюл. И 3 (71) Сибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) В.М.Шик, Е.Д.Жариков, Н.Т.Бедарев и Г.А.Иевлев (53) 622.832(088.8) (56) Шик В.M. Иевлев Г.A. Важни А.Н.

Влияние очистной выработки на поле напряжений впереди забоя лавы.

В сб.: Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск, 1986,9 3, с.31-36.

Грицко Г.И., Шалауров В.A. Горное давление при групповой разработке пластов. — Новосибирск : Наука, 1978, с. 17-36. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА НА МОДЕЛЯХ ИЗ ОПТИЧЕСКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при лабораторных методах оценки изменения напряженного состояния (НС) массива горных пород на плоских моделях из оптически чувствительных материалов. Цель изобретения — повышение достоверности исследования НС горного массива на моделях путем соблюдения условия

„,Я0„„1452981 (1) q Е 21 С 39/00 Е 21 F 5/00 подобия при формировании зон изменения НС в окрестности очистных выработок. На модели нанесением углубления создается уменьшение толщины модели. При исследовании НС операции моделирования имитируют поэтапную отработку пластов забоями, двигающимися по линии падения и восстания с обрушением или закладкой выработанного пространства. На первом этапе без имитации зон трещиноватости,затем с их имитацией, а в дальнейшем с имитацией зон обрушения моделируется выемка угля забоями по простиранию.

Образцы с отверстиями или 6es них нагружают и помещают в термостат, где их замораживают, задают средние модули упругости образцов: в кровле— на высоту обрушения, высоту трещиноватости, а в почве — на высоту трещи- 4 новатости, фиксируют изменение НС в модели в виде иэохром, замороженных" под нагрузкой в термостате без нанесения и с нанесением ослабленных зон вокруг очистных выработок. Затем по изохромам строят распределениекасательных напряжений в порядке полос по сечению, проведенному в центре выработанного пространства. ОО

По сравнению полученных значений каса- ® тельных напряжений в концевых участках забоев в различных условиях моделирования делается заключение о изменении НС в окрестности выработки.

11 ил.

1452981

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано прн лабораторных методах оценки изменения напряженного состояния массива горных пород на плоских моделях иэ оптически чувствительных материалов.

Цель изобретения — повышение достоверности исследования напряженного состояния горного массива на моделях путем соблюдения условия подобия при формировании зон изменения напряженного состояния в окрестности очистных выработок.

На фнг.1 представлена модель с рВумя пластами, отрабатываемыми забоями по падению (верхний — щиты, ниж ний — ПНСГЗ); на фиг.2-5 — разрезы

° ° ° ° ° °

-А, Б-Б, В-В, Г-Г на фиг.1 соответ;твенно;. на фиг.6 и 7 — распределе- 20 ие касательных напряжений в порядке олос по сечению, проведенному в центе выработанного пространства, на иг.8 и 9 — построенные по фотографии эохром изоклины и изостаты соответ- 25 ственно; на фиг. 10 и t1 — изоклины

И иэостаты, полученные при отработке . двух подэтажей с перфорацией отверс тиями soa обрушений и трещиноватости, Вокруг очистных выработок. ЗО

Различие в жесткости слоев угля и вмещающих пород создано уменьшением

"голщины модели 1 путем нанесения

° ° глубления 2. Толщина модели составляет 10,0 мм, а углубление 2-- 1,0 мм при масштабе моделирования 1:1000.

Способ осуществляется следующим образом.

На модели 1 нанесением углублеНия 2 создается уменьшение толщины 40 модели. На верхнем пласте после ноЭтапного подвигания щита этаж отрабатывается полностью на величину пролета 3 с образованием зоны 4 обрушеНия и зоны 5 трещиноватости пород

Кровли и почвы с оставлением стен и 6. Так как выработанное пространство эабучено.обрушенными породами, то выемка пролета 3 осуществлена ше сквозным прорезанием модели, а е оставлением стенки 7, толщина стенки 6 5,0 мм, а стенки 7 2,0 мм.

На нижнем пласте осуществлена выемка угля на величину пролета 8, с закладкой выработанного пространст5

Ва, которая имитируется толщиной, . ° : стенки 9 (толщина стенки 9 3,0 мм), На этом пласте после отжига модели будет имитироваться выемка угля на следующий пролет 10 обнажения с имитацией эоны 11 трещиноватости и т.д.

Эти операции имитируют поэтапна отработку пластов забоями, двигающимися по линии падения и восстания, как с обрушением, так и с закладкой выработанного пространства. Кроме того, за счет поэтапного моделирования вна-, чале беэ имитации зон трещиноватости, затем с их имитацией, а в дальнейшем и с имитацией зон обрушений имитируется выемка угля забоями по простиранию.

Hp и м е р. Исследования напряженного состояния горного массива проводят в геометрическом масштабе 1: 1000 ,на плоских моделях из оптически чув ствительньм материалов СД-5. Имитируют отработку одиночного пласта мощностью 3 м, залегающего под углом 60 . Выемка угля осуществлялась с разделением на два подэтажа, при этом "замораживание" при Т=150 С под нагрузкой осуществляют в термостате или в центрифуге °

Пригруэку моделей осуществляют ыэ расчета получения максимальной яркости полос, Геометрические размеры модели в термостате составляют 280х280 мм, в центрифуге — 240х260 мм, при толщине моделей 10 6 - 10 8 мм.

В термостате вертикальная пригрузка задается в зависимости от глубины залегания пласта, боковая — иэ расчета задания бокового распора.

Выемка угля осуществляется как в однородном массиве, так и с изменяющимся модулем упругости вокруг очистных забоев, т.е. с образованием зоны обрушений и значительной трещиноватости.

Имитацию выемки угля осуществляют сквозным прьрезанием модели фрезой

Ф 3 мм.

Имитацию эон обрушения и значительной трещиноватости производят путем перфорирования в этик зонах отверстий ф 3 мм. Образцы с отверстиями и беэ отверстий нагружают иэ расчета

1 и 1,5 .кг/см и помещают в термастат, где их "замораживают " при

Т 160"С. Средние модули упругости образцов без отверстий и с различным количеством отверстий задают: в кров ле пласта на высоту обрушения кровли Ьд, 10 ш упругую среду с модулем

Е <40 Ем, а выше на высоту трещи1452981 новатости кровли h 13 m упругую среду с модулем E> "- 807 Ем, в почве пласта на глубину трещиноватости почвы h „13 m упругую среду 1 =807. Км.

Затем фиксируют изменение напряжений в модели в виде изохром, "замороженных" под нагрузкой в термостате без нанесения ослабленных зон вокруг очистных выработок, и в виде изохром, 1ð

"замороженных" под нагрузкой в термостате с имитацией вокруг очистных выработок ослабленных зон перфорацией отверстий Ф 3 мм.

По фотографии изохром строится 15 характер распределения касательных напряжений в порядке полос по сечению, проведенному в центре выработанного пространства (фиг.6 и 7) . При сравнении характера распределения 2р касательных напряжений в концевых участках забоев (фиг.6, точки О, 8, 9, 18) с аналогичными участками забоев (фиг.7, точки О, 4, 11, 12) делается заключение, что наличие зон ослабле- 25 ния и трещиноватости вокруг очистных забоев вносит изменение в напряженное состояние пород в окрестности очистных забоев, а в данном примере изменяет характер распределения касательных ЗО напряжений на концевых участках очистных забоев в сторону уменьшения (на 2,1,4, 1 порядков, считая сравниваемые точки с нижнего этажа вверх по восстанию).

На фиг.8 и 9 представлены построенные по фотографии изохром иэоклины и изостаты, из которых видно, что максимальные возмущения напряжений поля находятся в целике между отра- 40 ботанными подэтажами и в концевых участках очистных забоев. Причем у верхних кромок очистных забоев максимум приходится на кровлю забоя, у нижних кромок — на почву забоя. 45, На фиг.10 и 11 представлены изоклины и изостаты, полученные при отработке этих же двух подэтажей с перфорацией отверстиями зон обрушений и трещиноватости вокруг очистных выработок. На фиг.10 и 11 видйо, что по сравнению с фиг.8 и 9 картина напряженного состояния массива вокруг очистных забоев резко изменилась в сторону уменьшения.

Формула изобретения

Способ исследования напряженного состояния горного массива на моделях из оптически чувствительных материалов, включающий нанесение на пласти ны из оптически чувствительных материалов контуров пластов угля путем уменьшения жесткости модели фрезерованием, имитацию выемки угля прореэанием сквозной щели при выемке с обрушением или уменьшением толщины пласта при выемке с закладкой на заданный пролет обнажения боковых пород, пригрузку и замораживание модели, получение оптических картин изохром и изоклин, их расшифровку, отжиг, поэтапное повторение операций .моделирования при увеличении пролета обнажения боковых пород на одиночном пласте или в их свите, о т л.и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности исследования напряженного состояния горного массива на моделях путем соблюдения условия подобия при формировании зон изменения напряженного состояния в окрестности очистных выработок, исследование напряженного состояния горного массива на моделях ведут этапами, при этом на первом этапе имитируют обнажение боковых пород на пролет обнажения боковых пород, не допускающий образования зон трещиноватости, а на последующих этапах имитируют выемку угля с образованием зон трещиноватости и обрушений.

1452981

/е/

Фиг.2 4ЬаУ Фиа М ФжХ! 452981

145298!

l 452981

1452981

Составитель Г.Васючкова

Техред Л.Олийнык. Корректор M,Самборская

Редактор С.Пекарь

Заказ 7145/24 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

1(р:>пзнодственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4