Плоская модель для исследования сдвижения горных пород

 

Изобретение может быть использовано при проведении исследований влияния большой глубины разработки на параметры: '•' • ' ' " '"2 •. . • ' • .процесса сдвижения горного массива методом моделирования. С целью обеспечения возможности моделирования большой глубины разработки модель выполнена таким образом, что блоки, имитирующие структуру горных пород, выполнены из магнитоактивного или ферромагнитного материала с упруго-пластической окантовкой взаимодействующих граней и взаимодействуют с опорной стенкой 4. изготовленной из ферромагнитного или магнитоактивного материала. При зтом стенка закреплена на основании и боковых стойках 2 с возможностью взаимодействия с жесткими блоками, установлеными с возможностью их нахождения в устойчивом положении под действием сил магнитного притяжения. 3 ил.Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИДЕТЕЛ Ь СТВУ.

I»

ЪФ (21) 4646376/03 (22) 26.12.88

I (46) 07.02.92. БюлЛФ5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) А.С, Ведяшкин (53) 622.241 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1154465, кл. Е 2 1. С 39/00, 1984.

Глущихин Ф.П. Труднообрушаемые .. кровли в очистных забоях. — M.: Недра, 1974, с. 79-81, (54) ПЛОСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение может быть использовано . при проведении исследований влияния большой глубины разработки на параметры

„„5U„„17 10733 А1 процесса сдвижения горного массива методом моделирования. С целью обеспечения воэможности моделирования большой глубины разработки модель выполнена таким образом, что блоки, имитирующие структуру горных пород, выполнены из магнитоактивного или ферромагнитного. материала с упруго-пластической окантовкой взаимодействующих граней и взаимодействуют с опорной стенкой 4, изготовленной из ферромагнитного .или магнитоактивного материала. При этом стенка закреплена на основании и боковых стойках 2 с возможностью взаимодействия с жесткими блоками, установлеными с возможностью их нахождения в устойчивом положении под действием сил магнитного притяжения. 3 ил, 1710733

20

Изобретение относится к горной промышленности, предназначено для моделирования сдвижений горных пород при большой глубине разработки полезного ис копаемого и может быть преимущественно использовано в угольной и горно-рудной промышленности для исследования процесса сдвижения массива горных пород и земной поверхности.

Известна плоская слоистая модель из эквивалентных материалов, s которой блочная структура массива горных пород имитируется с помощью насечки, производимой в нужных направлениях и с определенными интервалами при послойной укладке модели.

Недостатком данной модели является ее неустойчивость при большой высоте модели, что не позволяет моделировать процесс сдвижения горных пород при большой глубине разработки.

Известна также плоская модель из эквивалентного материала, система трещин в которой выполнена из сгораемого или испаряющегося материала, Недостатком известной модели является ее неустойчивость.

Известна плоская модель из несгораемого эквивалентного материала, система трещин в которой изготовлена из легкоплавкого материала, а ее испытание производят в нагретом состоянии.

Недостатком этой модели является ее неустойчивость при большой высоте

Известна также плоская модель, включающая основание, боковые стойки и набор жестких блоков, имитирующих структурное строение массива горных пород.

Недостатком модели является ее неустойчивость, что не обеспечивает возможность моделирования большой глубины разработки, Цель изобретения - обеспечение возможности моделирования большой глубины разработки.

Поставленная цель достигается тем, что модель снабжена вйполненной из ферромагнитного или магнитоактивного материала стенкой, жесткие блоки выполнены из магнитоактивного или ферромагнитного материала с упруго-пластической окантовкой взаимодействующих граней, при этом стенка закреплена на основании и боковых стойках с возможностью взаимодействия с жесткими блоками, установленными с возможностью их нахождения в устойчивом положении под действием сил магнитного притяжения, На фиг.1 изображена предлагаемая модель; на фиг,2 — разрез А — А на фиг.1; на фиг.З вЂ” предлагаемая модель, фрагмент.

Модель содержит (фиг.1) основание 1, боковые стойки 2, набор блоков 3 и опорную стенку 4. Опорная стенка 4 (фиг.2) закреплена вертикально на боковых стойках 2 и на основании 1 с помощью косынок 5. основание 1 модели имеет подвижные элементы 6, лежащие на винтовых домкратах 7, с помощью которых имитируется очистная выработка. Опорная стенка 4 выполнена из ферромагнитного или магнитоактивного материала, а жесткие блоки выполнены из магнитоактивного или ферромагнитного материала с упруго-пластической окантовкой 8 (фиг.3) взаимодействующих граней.

Толщина и свойства упруго-пластической окантовки 8 подбираются таким образом, что оседание верхнего ряда блоков модели над границей отработки (примерно над точкой максимума опорного давления) равняется оседанию верхнего слоя модели из эквивалентных материалов либо оседанию (с учетом масштаба моделирования) соответствующей точки в натуре, Блоки 3 взаимодействуют между собой через окантовку

8 смежных граней, что позволяет им сдвигаться аналогично блокам пород в натуре со смятием шарниров в замках, Опорная стенка 4 и блоки 3 взаимодействуют. между собой эа счет сил магнитного притяжения с усилием Р< F/Ê где F — сила трения скольжения блока о стенку; k — коэффициент трения блока о стенку. Такое усилие позволяет скользить блокам 3 вниз при опускании подвижных элементов 6 оснований 1 без потери устойчивости модели при большой ее высоте.

Пример. На модели, содержащей основание 1 (фиг.1), боковые стойки 2, набор блоков 3 и опорную стенку 4 из ферромагнитного материала, воспроизводится конкретный геологический разрез горных пород на участке длиной 1500 м при глубине 960 м. При линейном масштабе моделирования 1:300 длина модели составляет

1500:320 - 5,0 м, высота 960;300-3,2м, На модели воспроизводятся слои песчаников со структурными блоками 8 (ширина)х х6 (высота) аргиллитов 4х3, алевролитов 6х5 и угля 1х1 см, что соответствует при указанном выше масштабе установленным в натуре размером блоков 24х18, 12х9, 18х5 и Зх3 м, Ширина плоской модели 10 см, Блоки 3 выполнены из бетона с добавкой стальных опилок в таком количестве, при котором сила магнитного притяжения блока размерами 24х18х10 см к ферромагнитной стенке составляЕт P = 7,5.кг. Для блока указанных

1710733 размеров,и весом Q -15.1 кг(объемный вес

3,5 г/смз) сила трения F - 5,3 кг (при коэффициенте трения блока о стенку k - 0,35) выполняется условие P < F/k, т.е; 7,5 <

< „. Аналогично это условие выполняетМесР ся и для блоков других размеров. При этом поправка, вводимая в вес блока (15,1 кг) эа счет силы трения, составляет 2,6 кг или 17 .

Окантовка 8 (фиг.3) взаимодействующих граней блоков 3 выполнена иэ слоя полихлорвиниловой изоляционной ленты толщиной 0,15 мм. Подбор толщины пленки произведен исходя из условия оседания верхнего ряда блоков модели над краем отработки, равного(в масштабе) оседанию земной поверхности над кромкой угольного пласта в натуральных условиях и составляющего 45 от вынимаемой мощности пласта.

Преимуществом предлагаемой модели является обеспечение возможности моделирования большой глубины разработки эа счет повышения устойчивости блоков при их взаимодействии с опорной стенкой и сжатия упруго-пластичной окантовки взаимодействующих граней блоков.

Экономический эффект от использования предлагаемой модели заключается в снижении затрат на ее изготовление за счет уМеньшения ширины блоков и сокращении объема натурных наблюдений при большой глубине разработки при их частичной замене моделированием, что позволяет быстрее завершить исследование процес5 са сдвижения.

Предлагаемую модель предполагается использовать при проведении исследований по выявлению влияния большой глубины разработки на параметры процесса сдвиже10 ния подработанной толщи в Карагандинском и других угольных бассейнах страны.

Формула изобретения

Плоская модель для исследования сдви1.5 жения горных пород, включающая основание, боковые стойки и жесткие блоки, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения возможности моделирования большой глубины разработки, она

20 снабжена выполненной из ферромагнитного или магнитоактивного материала стенкой, жесткие блоки выпблнены из магнитоактивного или ферромагнитного. материала с упруго-пластической окан25 товкой взаимодействующих граней, при этом стенка закреплена на основании и боковых стойках с возможностью взаимодействия с жесткими блоками, установленными с возможностью их нахождения в ус30 тойчивом положении под действием сил магнитного притяжения.