Модель горного массива

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к моделированию горных процессов методом эквивалентных материалов^ и может быть использовано для исследования механизма трещинообразования при гидро; разрыве горного массива с учетом состоя-ния и неоднородности свойств горных пород. Цель изобретения - моделирование процесса гидрообработки массива и определение границ области распространения в нем жидкости. Модель горного массива содержит корпус, установленный в нем деформируемый блок (ДБ), нагружатель блока и инъектор для подачи жидкости в блок. Между корпусом и ДБ установлен экран. При этом ДБ выполнен из моделирующих блочно-слоевую структуру массива элементов из материала, обладающего адгезионными свойствами. Поверхность элементов ДБ покрыта составом, сохраняющим адгезионные свойства поверхностей элементов ДБ. Повер-' хность экрана, контактирующая с элементами ДБ, покрыта составом, снижающим сиАу трения и обеспечивающим проскальзывание элементов ДБ относительно поверхности экрана.. Поверхности элементов ДБ и экрана покрыты гигроскопическим составом, который при взаимодействии с нагнетаемой жидкостью окрашивается. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.^вч^^Изобретение относится к горному делу, а именно к моделированию горных процессов методом эквивалентных материалов, и Mo>&keT быть использовано для исследования механизма трещинообразования при гидроразрыде горного массива с учетом состояния и неоднородности свойств горных пород.Цель изобретения - моделирование процесса гидрообработки массива и опре-деление области распространения в нем жидкости.. Поставленная цель достигается тем, что модель горного массива, включающая корпус, установленный в нем деформируемый, блок, нагружатель блока и интерьер для подачи жидкости в блок, снабжена экраном, установленным между корпусом и деформируемым блоком, деформируемы.й блок выполнен из моделирующих блочно-слоевую структуру массива элементов из материала,'VIОоSо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 С 3.9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4774096/03 (22) 26.12;89 (46) 30.01;92. Бюл. М 4 (71) Институт горного.дела им. А.А.Скочинского (72) Б.E.Ðóäàêîâ, Е.Г.Носков, И.В.Сергеев, В.С.Забурдяев и Д.И.Бухны (53) 622.23.05(088,8) (56) Чернов О.И., Черкасов В.С., Горбачев

А.Т. Движение жидкости в угольных пла- стах. Новосибирск: Наука, 1981, с. 11 30, 37-45, 62-65.

Желтов Ю.П. Деформация горных пород. M. Недра, 1966, с. 168-177.

Авторское свидетельство СССР

М 1035216, кл. Е 21 С.39/00, 1983. (54) МОДЕЛЬ ГОРНОГО МАССИВА (57) Изобретение относится к горному делу, а именно к моделированию горных процессов методом эквивалентных материалов, и может быть использовано для исследования механизма трещинообразования при гидроразрыве горного массива с учетом состояI

Изобретение относится к горному делу, а именно к моделированию горных процессов методом эквивалентных материалов, и может быть использовано для исследования механизма трещинообразования при гидрораарыве горного массива с учетом состояния и неоднородности свойств горных пород.

Цель изобретения — моделирование процесса гидрообработки массива и опре„„Я „„1709090 А1 ния и неоднородности свойств горных пород. Цель изобретения — моделирование процесса гидрообработки массива и определение границ области распространения в нем жидкости. Модель горного массива содержит корпус, установленный в нем деформируемый блок (ДБ), нагружатель блока и инъектор для подачи жидкости в блок. Между корпусом и ДБ установлен экран. При этом ДБ выполнен из моделирующих блочно-слоевую структуру массива элементов из материала, обладающего адгезионными свойствами. Поверхность элементов ДБ покрыта составом, сохраняющим адгезионные свойства поверхностей элементов ДБ. Поверхность экрана, контактирующая с элементами ДБ, покрыта составом, снижающим сиМу трения и обеспечивающим проскальзывание элементов ДБ относительно поверхности экрана. Поверхности элементов ДБ и экрана покрыты гигроскопическим составом, который при взаимодействии с нагнетаемой жидкостью окрашивается. 1 з.п, ф-лы, 4 ил., 1 табл. деление области распространения в нем жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что модель горного массива. включающая корпус, установленный в нем деформируемый. блок, нагружатель блока и интерьер для подачи жидкости в блок, снабжена экраном, установленным между корпусом и деформируемым блоком, деформируемый блок выполнен из моделирующих блочно-слоевую структуру массива элементов из материала, 1709090 обладающего адгезионными свойствами, при этом поверхность элементов блока покрыта составом, сохраняющим агдезионныесвойства поверхности элементов блока, а поверхность экрана, контактирующая с элементами блока, пОкрыта составом, снижающим силу трения и обеспечиваю.цим проскальзывание элементов блока относительно поверхности экрана, а также тем, что поверхности элементов блока и экрана покрыты гигроскопическим составом, который при взаимодействии с нагнетаемой жидкостью окрашивается, На фиг, 1 изображена модель, общий вид; на фиг. 2 — горизонтальный вид модели с компоновкой деформируемого блока из однородных элементов;-на фиг. 3 — фронтальный вид модели с углом нагружения и компоновкой деформируемого блока из разнородных элементов; на фиг. 4 — горизонтальны и вид модели с компоновкой деформируемого блока из разнородных элементов.

Модель состоит из коробчатого корпуса

1, элементов 2, подвижной крышки 3 с нагружателем 4. Для подачи жидкости в блок предусмотрен иньектор 5 с перфорированным наконечником 6, Между гранями деформируемого блока и внутренними поверхностями корпуса и крышки размещен экран 7, внутренняя поверхность которого покрыта составом, снижающим силу трения элементов по экрану. Поверхности экрана и элементов 2, изготовленных из эквивалентного горному массиву материала, покрыты составом, обеспечивающим в контакте с нагнетаемой жидкостью окраску в контрастный цвет области заводнения. Схема размещения элементов 2 в деформируемом блоке, моделирующем блочно-слоевую структуру горного массива, определяется структурой моделируемого горного массива.

Для моделирования слоев и/или участков горного массива, отличающихся по физико-механическим свойствам, в деформируемый блок вместе с элементами 2 (фиг. 3.4) помещен один или несколько слоев и/или участков из изготовленных(из специально подобранных материалов) элементов 8, и/или 9, и/или 10, различающихся по физико-механическим свойствам, например по модулю упругости Юнга, коэффициенту Пуассона, величине проницаемости, адгезионной способности.

Модель горного массива собирается и работает следующим образом.

В коробчатый корпус 1. (фиг. 1, 3), установленный на столе, помещается экран 7, например медная фольга, который покрывается составом, например, посредством на10 по причине их эластичности. Состав моделирует заполнитель природных трещин горного массива и способствует релаксации напря15

30

35 распространения жидкости является основой для установления и измерения густоты и радиуса трещинообразования, 40

55 пылегия, снижающим силу трения элементов по экрану и, фиксирующем границы заводнения. Затем участками послойно укладывают элементы 2, покрытые составом (например, посредством напыления), обеспечивающим в контакте с нагнетаемой жидкостью окраску в контрастный цвет области заводнения и не снижающим адгезионную способность поверхностей элементов блока жений в нагружаемой модели. В процессе укладки элементов в центральной части модели помещают инъектор 5 с перфорированным наконечником 6.

На деформируемый блок, составленный из элементов 2, сверху накладывается экран

7, а через крышку 3 нагружателем 4 создается расчетная вертикальная нагрузка на блок, При моделировании гидрообработки массива нагнетаемая жидкость через инъектор 5 поступает в полость перфорированного наконечника 6, а затем проникает в деформируемый блок, создавая сеть искусственных трещин и образуя характерную область заводнения.

Границы распространения жидкости, подаваемой вдеформируемый блок, фиксируются с помощью красителя, растворенного в рабочей жидкости, и состава, покрывающего поверхности элементов блока и экрана, Цветовая область с контрастными границами

Модель горного массива разбирают в обратном порядке; При этом в первую очередь фиксируют (например, фотографируюти измеряют) границы распространения жидкости и параметры трещин (густота трещины, равномерность образования трещин по обьему, радиусы трещинообразования, зияние трещин по интенсивности окраски элементов), а затем снимают поэлементно очередной слой блока; Места выхода жидкости за пределы деформируемого блока фиксируются на экране в виде точек, полос и пятен благодаря окраске красителем, растворенным в рабочей жидкости, покрывающего экран состава.

Результаты наблюдений и измерений позволяют получить картину процесса гидрообработки. При необходимости цикл повторяют, Конструкцйя предложенной модели позволяет использовать деформируемый блок различной толщины и структуры за счет из- . менения количества выкладываемых слоев

170909О

Нат а

Мо ель

Показатели

2,5

1,0. 10

1,0.

12,5

12,2

10,8

Глубина залегания пласта, м

Плотность элементов и пород, т/м

Модуль Юнга элементов и угля, МПа

Динамическая вязкость рабочей жидкости, сП

Вертикальное горное давление, МПа

Давление гидроразрыва, МПа

Го изонтальный ади с т ещино-об азования, м

1,2

0,0025 10

1,0

1,25

1,22

0,08 и/или участков из элементов 2, 8, 9, 10 (фиг, 3, 4) и проводить эксперименты на блоке, моделирующем различные виды трещиноватости горного массива за счет варьирования в широком диапазоне линейных размеров (длины, ширины, толщины, формы) элементов 2, 8, 9, 10, а также за счет величины их проницаемости, адгезионной способности модуля Юнга и коэффициента

Пуассона, Пример. Для физического моделирования гидроразрыва угольного пласта с применением эквивалентных материалов модель горного массива была выполнена в следующем виде.

Коробчатый корпус и подвижная крышка изготовлены из легированной стали толщиной 75 мм и укреплены ребрами жесткости.

Внутренние размеры коробчатого корпуса составили 414 мм вдоль инъектора, 324 мм поперек инъектора и 80 мм высотой. В центре короткой стенки корпуса профреаеровано отверстие под инъектор с небольшим зазором по диаметру и эллипсностью по вертикали. Размеры подвижной крышки

410х320 мм, Экран изготовлен из листовой меди толщиной 1 мм и состоял из двух частей: короба с внутренними размерами

412х322х73 мм и крышки с размерами

413х323 мм. Элементы блока выполнены из однородного материала с размерами

38.8х28,3x10,5 мм. Инъектор изготовлен из медной трубы с внутренним диаметром 12 мм и перфорирован на длину 100 мм с максимально возможной по жесткости трубы густотой. Деформируемый блок составлен из четырех слоев элементов: нижний и верхний слой высотой по 10,5 мм, а два средних слоя — высотой по 28.3 мм, что соответствгвалс размерам элементов. Для размещения инъектора s элементах среднего слоя вырезано отверстие диаметром, равным наружному диаметру инъектора. В качестве

5 нагружателя использован гидравлический пресс, а модель размещалась на его столе, После сборки и нагружения модели ее размеры составили 412х322х73 мм. Результаты моделирования приведены в таблице

10 (соответствие модели и натуры осуществлялось через критерии подобия).

Формула изобретения

1. Модель горного массива, включающая кОрпус, установленный в нем деформи15 руемый блок, нагружатель блока и инъектор для подачи жидкости в блок, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью моделирования процесса гидрообработки массива. она снабжена установленным между корпусом и

20 деформируемым блоком экраном, деформируемый блок выполнен из моделирующих блочно-слоевую структуру горного массива элементов из материала, обладающего адгезионными свойствами, при этом поверх25 ность элементов блока покрыта составом, сохраняющим адгезионные свойства повер° хностей элементов блока, а поверхность экрана, контактирующая с элементами блока, покрыта составом, снижающим силу трения

30 и обеспечивающим проскальзывание элементов блока относительно поверхности экрана.

2. Модель по и. 1. отличающаяся тем, что, с целью определения границ обла35 сти распространения жидкости в модели, поверхности элементов блока и экрана покрыты гигроскопическим составом, который при взаимодействии с нагнетаемой жидкостью окрашивается.

1709090

1709090

Корректор М Демчик

Редактор М.Келемеш Техред M.Ìîðãåíòàë

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 415 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5