Способ определения высоты зоны распространения водопроводящих трещин при моделировании на эквивалентных материалах

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Е 21 С 39/ОО н р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4209084/22-03 (22) 16. 03.87 (46) 28.02.89. Бюп. Р 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт галургии (72) Л.В. Стариков, М.П. Нестеров и В.А. Ваг илин (53) 622.35(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 185819, кл. Е 21 С 39/00, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ЗОНЫ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОДОПРОВОДЯЩИХ ТРЕЩИН

ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ HA ЭКВИВАЛЕНТНЫХ

МАТЕРИАЛАХ (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при исследовании процесса распространения трещин в горном массиве..Цель изобретения — повышение точности определения высоты зоны распространения водопроводящих трещин (ВТ). Изготавливают модель (M) 1 из эквивалентного материала с вынимаемым пластом 2. В водоносном горизонте M 1 устанавливают гидравлические месдoэы, „„Я0„„3461924 А1 соединенные со стеклянными пьеэометрами 5. В качестве активного фильтрата используют магнитную жидкость (NK). При обработке пласта 2 происходит сдвижение имитируемых горных пород, в результате чего в водоэащитной толще 7 образуются ВТ 8 и 9, в которые протекает МЖ. До начала отработки нагревают ME до температуры, не превышающей теплостойкость эквивалентного материала. Тепло от М1( передается эквивалентному материалу.

3а счет хорошей теплопроводности МЖ происходит теплообмен, поддерживающий заданную температурув ВТ 8 и 9. По з мере отработки пласта 2 производят периодическую съемку М 1 тепловизором. оаФиконрованнвм эФФект разнос- (/) ти температур МК и М позволяет получить на экране тепловизора картину распространения ВТ 8 и 9 на М. Высоту зоны распространения BT в натурных условиях определяют посредством пе- "® рехода от II 1 через заданный масштаб. 2 ил.

МаМ

14б1924

Изобретение относится к горно-добывающей промышленности и может быть использовано при моделировании высоты зоны распространения водопроводя5 щих трещин для определения опасных условий прорыва воды в горные выработки и защиты их от затопления.

Цель изобретения — повышение точности определения высоты зоны распро- 10 странения водопроводящих трещин.

На фиг. I представлена схема осуществления способа определения высоты зоны распространения водопроводя-:. щих трещин при моделировании на экви- 15 валентных материалах; .на фиг. 2— разрез модели из эквивалентного материала, вид сбоку.

Способ осуществляют следующим образом. 20

По известной методике изготавли-! вают модель 1 из эквивалентного материала с вынимаемым пластом 2. Материалы-эквиваленты могут быть различного состава в зависимости от постав- 25 ленной конкретной задачи. В водоносном горизонте модели 1 устанавливают гидравлические месдозы 3 с нагревательным. элементом внутри (не показан), который служит для изменения темпера- 30 туры активного фильтрата по отношению к модели 1. Для создания давления в водоносном слое модели 1 с соблюдением подобия натурным условиям месдоза 3 посредством гибкой трубки 4 соединена со стеклянным пьезометром 5 с воронкой б. Нагревательный элемент (не наказан) в месдозе 3 соединен электрическим проводом (не показан), пропущенным через гибкую трубку 4, @ стеклянный пьезометр 5 и воронку 6, с низкоВольтным источником питания (не показан).

В качестве активного фильтрата используют магнитную жидкость, представленную коллоидным раствором магнетита Fe>0 в керосине, обработанного олеиновой кислотой. Керосин по сравнению с водой обладает большей проникающей способностью и большей удельной теплоемкостью. Размер коллоидных частиц составляет 50-150 А.

При отработке пласта 2 в модели происходит сдвижение имитируемых горных пород, в результате которого в водозащитной толще 7 образуются водопроводящие трещины 8 и 9. Моделирование на эквивалентных материалах дает возможность наблюдать зону обрушения и макротрещин 8 визуально.

Наличие или отсутствие водопровадящих микротрещин 9 в зоне плавного прогиба можно бпределить только специальными методами контроля, В первую очередь магнитная жидкость проникает через образовавшиеся водопроводящие микротрещины 9. При визуальном осмотре модели в местах над соответствующим изменившимся уровнем жидкости в стеклянном пьезометре 5 возможно вытекание магнитной жидкости.

В этом случае поверхность модели 1 покрывают легко деформируемой пленкой, например, полистирола, для этого его растворяют растворителем и наносят на модель пульверизатором.

При проникновении магнитной жидкости в мактротрещины 8 размером более

0 5 мм их шпаклюют эквивалентным материалом.

До начала отработки модели 1 магнитную жидкость нагревают до температуры, не превышающей теплостойкость эквивалентного материала. Для съемки трещин в инфракрасном излучении необходимым условием является .разность температур материала моде1 ли 1 и магнитнои жидкости в трещинах 8 и 9. За счет хорошей теплопроводности магнитной жидкости по сравнению с другими жидкостями происходит теплообмен, поддерживающий заданную температуру в микротрещинах 9.

Жидкость вступает в контакт с поверхностью из эквивалентного материала, имеющего другую температуру, и протекает процесс обмена тепловой энергией (естественная конвекция).

Тепловой поток естественной конвекции определяют по формуле

q = h A(Tg Taboo ) y

1 где hс — коэфФициент конвективной теплоотдачи для .жидкостей (20-100 ВТ/м град).;

A — площадь поверхности, омываемой жидкостью,,м

Тз — температура поверхности;

Т - температура жидкости.

Тепло от магнитной жидкости передается эквивалентному материалу. Материал модели 1 имеет теплопроводность, меньшую по сравнению с магнит- ной жидкостью, и существует естествеюная воздушная конвекция стенбк модели 1, поэтому нагрев эквивалентно1461924 дежные данные о распространении и возникновении трещин.

Формула изобретения

Составитель Л. Климов

Редактор А..„Лежнина Техред М.Ходанич Корректор С. Черни

Подписное

Заказ 645/28

Тираж 449

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

ro материала до температуры жидкости не произойдет. По мере отработки пласта 2 (полезного ископаемого) производят периодическую съемку модели 1

5 тепловизором (не показан), .который позволяет фиксировать изменение темо пературы до 0,2 С. Нагрев магнитной жидкости периодически отключают. Зафиксированный эффект разности темпера-10 тур магнитной жидкости и модели 1 позволяет получить на экране тепловизора картину высоты распространения водопроводящих трещин 8 и 9 на модели 1, после чего высоту зоны распро- 15 странения трещин в натурных условиях определяют посредством перехода от модели 1 через задаваемый масштаб.

Точность определения высоты зоны распространения водопроводящих трещин 20 зависит от расстояния между тепловизором и модвлью, задаваемого масшта.бом модели, типа прибора, применяемого для регистрации инфракрасного излучения.

Предлагаемый способ позволяет отработать модель, не нарушая ее целостности, и получить стабильные на30

Способ определения высоты зоны распространения водопроводящих трещин при моделировании на эквивалентных материалах, заключающийся в том, что изготавливают модель из эквивалентного материала, осуществляют вы-.. емку пласта из модели, после чего через водозащитную толщумодели пропускают жидкость и контролируют ее проникновение в модель, по которой судят о распространении водопроводящих трещин в натурных условиях, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности определения высоты эоны распространения водопроводящих трещин, в качестве активного фильтрата используют магнитную жидкость, нагреваемую до температуры, не превышающей при теплообмене теплостойкость эквивалентного материала модели, а контроль sa ee проникновением в водозащитную толщу осуществляют путем съемки модели в инфракрасном излучении.