Материал для моделирования горного давления

 

onисАниE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнх

Республик

<и>992738 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М Кл з (22) Заявлено 14.10.80 (21) 2992749/29-33

Е 21 С 39/00

Е 21 0 20/00 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР о делам изобретений и открытий (5.3) УДК 622. 284. .9(088.8) Опубликовано 300183. Бюллетень ¹ 4

Дата опубликования описания 3001.83

М.С. Злотников и М.П. Гринблат (72) Авторы изобретения

Всесоюзный ордена Трудового Красно -йцамени, научно-исследовательский институт горной " -..., геомеханики и маркшейдерского дела (71) Заявитель (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГОРНОГО

ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к изучению напряжений и деформаций различных объектов (подземные и гидротехнические сооружения,.строительство) методами моделирования.

Широкое распространение для изучения вопросов горной геомеханики получил метод моделирования на эквивалентных материалах. В основе метода лежит изготовление модели породного массива из материала, обладающего свойствами, эквивалентными свойствам горной породы, и последующее испытание модели.

В качестве материалов моделей ис- 15 пользуют смеси, состоящие из дисперсного наполнителя и связующего. В качестве дисперсного наполнителя наи-. большее применение получил кварцевый песок. В качестве связующего используют парафин, вазелин, канифоль, гипс, цемент, тиосульфат натрия, карбамидную и эпоксидную смолы (1 3. Выбор связующего производят на основании требований удовлетворения подобия между материалами натуры и модели и требований технологического характера (1).

Например, песчано-парафиновые смеси дают возможность моделировать широкий диапазон горных пород, . их свойства мало зависят от влажности окружающей среды. Но технология изготовления достаточно трудоемка, так как требует нагрева компонентов на стадии приготовления смеси. Поэтому крупномасштабные модели, исследование которых дает наиболее ценную информацию в экспериментах по моделированию, из песчано-парафиновых смесей не изготовляют.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является материал для моделирования горного давления на основе кварцевого песка и эпоксидной смолы и отвердителя (23, Технология его изготовления проста, не связана с нагреванием при перемешивании и с этой точки зрения из него могут быть изготовлены модели любых размеров. Однако физико-механические показатели песчано-эпоксидных материалов существенно зависят от влажности окружающей среды, особенно в диапазоне 80-100%. При влажности 100% образцы из материалов полностью теряют несущую способность.

Разработка моделей из него в условиях высокой атмосферной влажности (для Северо-Запада СССР это весенне992738

0,9-16,6

1,57

1,8

0,1

36,0

0,9

99,0

4,2

34,5

97,9

1,59

0,1

2,0

0,2

25,4

1,73

6,5

4,8

95,0 22,7

1,70

8,9

0;4

9,1

90,5

0,8

11,0

4,5

1,90

16,6

82,6 летне-осенний период) приводит к сни» жению надежности и представительности. получаемых результатов, требует воспроизведения дорогостоящих экспериментов.

Цель изобретения - повышение дос товерности конечных результатов.

Поставленная цель достигается тем, что материал для моделирования горного давления на основе кварцевого песка, связующего и отвердителя, в ка». 10 честве связующего содержит кремнийорганйческий ниэкомолекулярный каучук, а в качестве отвердителя смесь .тетраэтоксисилана и дибутилдилаурината олова при следующем соотношении ком- $5 юнентов, вес.Ъ:

Кварцевый песок 82,6-99,0

Низкомолекулярный каучук

Смесь тетразток- 20 сисилана и диI бутилдилаурината олова 0,1-0,8

Причем соотношение тетраэтоксисилана и дибутилдилаурината "олова в

25 смеси равно 1:1.

Состав материала, вес.Ъ кварцевый пе- каучук катализатор сок

Как видно, прочность материалов может направленно регулироваться в диапазоне 1-10х10 Па, что дает воз- 50 можность имитировать прочные горные породы при геометрическом масштабе моделирования от 1/100 до 1/500 и слабые и средние породы — при масшта,бе 1/10-1/100., 55

Испытания показали, что разрушение образцов материалов при сжатии происходит по механизму сдвига, диаграмма состояния не содержит площадки текучести.

Технология изготовления материала состоит из операций приготовления связующего, его перемешивания с песком и уплотнения полученной смеси °

Синтетический каучук СКТН смешивают с катализатором К-1, представляющим собой смесь тетраэтоксисилана с дибутилдилауринатом олова в соотношении 1:1. Полученный раствор переливают в кварцевый песок и производят перемешивание компонентов в течение

5 мин. Приготовленную смесь укладывают в опалубку и уплотняют одним из известных способов (вибрация, укатка, трамбовкаj. При. укатке катком с удельной нагрузкой 235 г/см (15 циклов укатки ) уплотняется около 30% количества смеси, Процесс твердения смеси завершается практически на пятые сутки.

По укаэанной технологии готовят пять смесей ингредиентов, отличающиеся составом.. Полученные материалы испытывают на одноосное сжатие определяют их объемную массу и пористость, Значения найденных характеристик приведены в табл. 1.

Таблица 1

Прочность Объемная мас- Порисх 10, Па са, г/см

5 тость

Проводят сопоставительные испытания образцов песчано-кремнеорганических и песчано-зпоксидных материалов на прочность при переменной влажности.

С этой целью образцы из предлагаемого и известного материалов выдерживают в течение трех суток в камерах с различными влажностями — 20, 70 ,и 100%, затем производят их испытания.

Зависимость прочности образцов от влажности приведены в табл. 2.

992738

Таблица 2

Прочность материала, х10 Па

Влажность, % предлагаемого прототипа

6,4

3,6

3,1

6,3

100

3,2

11,3

11,0

9,2

100

0,9-16,6

Формула изобретения

Заказ 398/39 Ти раж 601 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из табл. 2 видно, что: на основе кремнеорганического связующего реали- 5 зуется диапазон. прочности, необходимый для имитации горных пород при моделировании в масштабах 1:10-1:500; образцы из материала на основе эпоксидной смолы при влажности 80-100% резко снижает свою прочность. При влажности 100% прочность равна нулю; образцы из материала на основе крем.неорганической смолы имеют слабовыраженную..зависимость прочности от влажности. Во всем практически важном диапазоне влажности 20-100% падение прочности составляет не более 15-20% .

Использование предлагаемого материала позволяет проводить испытания моделей круглогодично, вне зависимос- 40 ти от погодных условий, что особенно важно для зон с повышенной влажностью. Кроме того, вследствие отсутствия влияния влажности существенно повышается качество моделей, надеж- 45 ность и представительность конечных результатов.

Предлагаемый материал позволяет повысить эффективность применения метода моделирования для решения широкого круга горно-технических задач.

1. Материал для моделирования горного давления на основе кварцевого

Составител

Редактор И.Ковальчук ТехредМ.На песка, связующего и отвердителя, о тл.и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности конечных результатов, он в качестве связующего содержит кремнийорганический низкомолекулярный каучук, à B качестве отвердителя смесь тетраэтоксисилана и дибутилдилаурината олова при следующем соотношении компонентов, вес. %:

Кварцевый песок,82,6-99,0

Кремнийорганический низкомолекулярный каучук

Смесь тетраэтоксисилана и дибутилдилаурината олова 0,1-0,8, 2. Материал по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что соотношение тетраэтоксисилана и дибутилдилаурината олова в смеси, равно 1:1.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Глушихин Ф.П. и Злотников М.С.

Эквивалентные материалы для моделирования горного давления. М., "ЦНИЭИУголь", 1979.

2. Глушихин Ф.П. и Злотников-М.С.

Эквивалентные материалы для моделирования горного давления. М., "ЦНИЭИУголь", 1979, с. 13 (прототип). ь P.Ìàëüêîâà дь Корректор И. Шулла