Материал для моделирования массива горных пород

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения напряженно-деформированного состояния. Цель - обеспечение подобия деформирования и обрушения в многолетнемерзлых пластичных слеживающихся горных породах. Материал для моделирования содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.%: в качестве связующего-талловый пек 0,5-5,0

ПАВ 0,01-0,05

петролатум 0,2-1,0

минеральный инертный наполнитель - остальное. Для повышения наглядности в материал дополнительно вводят маслорастворимые красители в кол-ве 1-2 % и сланцевый порошок 0,5-10% от массы смеси. Данный материал имеет повышенную морозостойкость и наглядность. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

couwлистичесних

РЕСПУБЛИН (51)5 E 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изоБРетениям и ОТЙРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21),4381799/23-03 (22) 14 ° 01.88 (46) 23.04.90. Бюл. Р 15 (71) Ленинградский горный институт им. Г.В. Плеханова (72) С.А. Толстунов, А.В. Монтиков и А.В. Васильев (53) 622. 831 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

: P.- 973838, кл. Е 21 С 30/00, 1981. (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения напряженно-деформированного состояИзобретение относится к горному делу, в частности к определению напряженно-деформированного состояния методом моделирования на эквивалентных материалах.

Цель изобретения — обеспечение подобия деформирования„обрушение в миоголетнемерзлых пластичных слеживающихся горных породах и повышение наглядности.

Эквивалентный материал для изготовления моделей при моделировании проявлений горного давления, включающий органическое связующее, ПАВ (по-. верхностно-активное вещество), модифицирующую добавку, сланцевый порошок и наполнитель, содержащий в качестве органического связующего талловый пек, а в качестве модифицирующей добавки — петролатум и дополнительно сланцевый порошок при сле„„SU„„) 559145 А 1

2 ния. Цель — обеспечение подобия деформирования и обрушения в многолетнемерзлых пластичных слеживающихся горных породах. Материал для моделирования содержит следующие компоненты при их соотношении, мас.%: в качест.ве связующего — талловый пек 0,5-5,0;

ПАВ 0,01-0,05; петролатум 0,2-1,0; минеральный инертный наполнитель остальное. Дпя повышения наглядности в материал дополнительно вводят маслорастворимые красители в кол-ве

1-2% и сланцевый порошок 0,5-10% от массы смеси. Данный материал имеет повьппенную морозостойкость и наглядность. 1 э,п. ф-лы, 2 табл.! дующем соотношении компонентов, мас.%:

Связующее — тал- 3ипь ловый пек 0 5-5 4ч

ПАВ 0,01-0,05 Ял

Модифицирующая

C© добавка — петролатум 0,2-1,0

Минеральный инертle ный наполнитель Остальное ©l

При этом с целью повьппения наглядности эквивалентный материал содержит

l маслорастворимые красители в количестве 1-2% и сланцевый порошок 0,510% от массы смеси.

Талловый пек используют с температурой размягчения 39-43 С, петролатум о о с температурой каплепадения 85-90 С.

Эквивалентный материал получают следующим образом.

1559145

0,01

0,2

0,5

Пример 2. Используют материал, содержащий, мас.X: Талловый пек 2

ПАВ 0,03

Петролатум 0,6

Сланцевый порошок 5,0

Минеральный инертный наполни55 тель 92,37

Предел прочности на сжатие при

t 20oС Ь 1,9 кг/см, предел проч1

Талловый пек и петролатум нагревао ют до 120-130 С и перемешивают до однородного состояния. В нагретую смесь добавляют порошок ПАВ. Отдельно в песочной бане нагревают инертный минеральный материал вместе со сланцевым о порошком до 130-150 Г и в него добавляют связующее вместе с модифицирую.щей добавкой. Всю смесь тщательно 10 перемешивают в смесителе и расфасовывают в формы. После остывания смесь готова к употреблению.

Пределы на содержание связующих элементов объясняются следующим обра- 15 зом, При содержании таллового пека более 5% получаемая смесь характеризуется высокой прочностью и хрупкостью, что не соответствует по факторам подобия породам натуры. При содержании 20 таллового пека менее 0,5% не происходит связывания материала и снижается коэффициент морозоустойчивости К р „, Пример 1. Используют материал, содержащий, мас.%: 25

Талловый пек 0,5 Поверхностно-активное вещество

Петролатум

Сланцевый поро- 30 шок

Минеральный инертный наполнитель 98,79

Предел прочности на сжатие при

t=20 С, 6 =0,32 кг/см, предел прочности на сжатие после 50 циклов замораживания 6, =0,21 кг/см, коэф" г циент морозоустойчивости после 50 циклов замораживания K„, =0,67. 40

Особенность деформирования такого материала заключается в том, что он деформируется пластично, имеет низкую прочность и довольно высокий коэффици-. ент морозоустойчивости, Этот материал 45 характеризует вечномерзлые породы с с-1,3 С. ности на сжатие по ле 50 циклов замораживания =1,36 кг/см, коэфг фициент морозоустойчивости после

50 циклов замораживания К„, „„=0,72.

Эта смесь может быть эквивалентом мерзлых пород с температурой -2,5 C и обладающих упругопластичными свойствами. Используют материал, содержащий, мас.%:

ПримерЗ.

Талловый пек 5

ПАВ 0,05

Петролатум 1,0

Сланцевый порошок 10

Минеральный инертный наполнитель 83,95

Предел прочности на сжатие при о 2

t-=20 С 6 „ =4 5 кг/см, предел прочности на сжатие после 50 циклов замораживания бсср,, =3,6 кг/см, коэфг фициент мороэоустойчивости после

50 циклов замораживания К .>, =0,8.

Этот материал может характеризовать многолетнемерзлые породы с температурой -5 С.

Таким образом, из примеров 1-3 видно, что эквивалентный материал характеризуется высоким коэффициентом морозоустойчивости (К„, „,р =0,67-0,8) в отличие от известных К „„,,, =0,4).

В табл. 1 приведены составы смесей с минимальным, максимальным и средним содержанием входящих ингредиентов; свойства составов - в табл,2, Так же готовят смеси с красителями, составы которых такие же,- только дополнительно они содержат 1-2Х маслорастворимого красителя (табл,1), Свойства этих составов приведены в табл.2.

Как видно из табл. 2, введение красителей в эквивалентный материал практически не влияет на прочностные свойства готового материала, однако позволяет получить материал необходимого цвета и оттенка, Модель горного массива, построенная из разнопрочных слоев, имитирующих разные по составу породы и окрашенные разными красителями, позволяет находить мелкие трещины в слоях модели. Одинаково в качестве наполнителя может быть использован кварцевый песок, угольная пыль, гипс, мел, инертная пыль, отходы абразивного производства и др.

Все перечисленные материалы имеют различный объемный вес. В связи с

1559145 тем, что н составе эквивалентных материалов наибольшее содержание материалов приходится на наполнитель, то объемный вес эквивалентного мате5 риала в большей степени зависит от наполнителя. В большинстве случаев выбор конкретного наполнителя зависит от необходимого по расчету объемного веса эквивалентного материала, 10 если отработка модели осуществляется в поле сил тяжести. Объемный вес эквивалентного материала при изготовлении модели выбирается не произвольно, а на основе используемых критериев динамического подобия.

Сланцевый порошок применяется в данном рецепте в качестве части наполнителя из-за его высокой открытой пористости и специфицического коричневого оттенка. При добавлении красителей материал легко поддается тонированию с малым содержанием красителей..Сланцевый порошок прекрасно смешивается в указанных пропорциях со 25 всеми из перечисленных наполнителей.

Сланцевый порошок является как бы грунтом для красителей.

В данном материале в качестве связующего используется талловый пек, 30 который имеет большое поверхностное натяжение в расплавленном виде и низкую адгезию, Применение ПАВ в данном рецепте обусловлено необходимостью увеличения адгезии между связующим и наполнителем, Наличие ПАВ исключает воэможность появления рыхлых и неоднородных по составу зон. В качестве ПАВ используют жидкий синтетический неионоген- 4О ный смачиватель ДБ-1, Аналогичным действием обладает ПАВ ОП-10.

В качестве красителей возможно применение любых малорастворимьгх красителей, выпускаемых промышленностью (например, лазурь, железная).

Материалы указанных составов имеют повышенную морозостойкость и наглядность по сравнению с иэнестными, имеющими черный и серый цвета. Добавление в состав маслорастворимих красителей мало влияет на прочностные показатели материалов.

Эквивалентный материал позволяет моделировать массив многолетнемерэлых горных пород.

Формулаизобретения

1. Материал для моделирования массива горных пород, содержащий минеральный инертный наполнитель и связующее, отличающийся тем, что, с целью обеспечения подобия деформирования и обрушения н многолетнемерэлых пластичных слеживающихся горных породах, он дополнительно содержит ПАВ и петролатум, а в качестве связующего — талловый пек при следующем соотношении компонентов, мас.Х!

Таллоный пек 0,5-5,0

ПАВ 0,01-0,05

Петролатум О, 2-1,0

Минеральный инертный наполнитель Остальное

2. Материал по п, 1, о т л н ч а юшийся тем, что, с целью повышения наглядности, он дополнительно содержит маслорастноримые красители в количестве 1-27. и сланценый nopomorc 0 5-107 от массы смеси.

1559145

Т а б л и ц а 1

Содержание, мас.X в составе

i 2 3 4 5

Компоненты

Талловый

0,5

0,01

0,2

0 05

1,0

0,05

1,0

0,05

l 0

О,О5

liO пек

ПАВ

Петролатум

Сланцевый порошок

Минеральный инертный наполнитель

05 10 10

10

Ос- " Осталь- тальное ное до

100

Краситель

Зеленый

Красный

Белый

Т а б л и ц а 2

Свойства

1 2 3 4

Прочность при сжатии после 50 цик-: лов замораживания, 10 Па

Коэффициент морозоустойчивости после 50 циклов замораживания

Цвет

4,9 4,5

4,5 4,б

0,32

0,86 0,8

Зеле- Б алый

HbIH

0,8 0,82

Корич- Красневый ный

0,67

Светлокоричневый

Составитель В. Петрова

Техред Л.Сердюкова Корректор H. Ревская

Редактор О. Головач

Тираж 391

Подписное

Заказ 828

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óærîðoä, ул. Гагарина,101