Способ изготовления модели массива из эквивалентных материалов

 

Изобретение относится к области моделирования на эквивалентных материалах и предназначено для отливки мелкомасштабных моделей тонкослоистых геологических сред, содержащих угольные пласты. Цель изобретения - повышение точности моделирования массива, содержащего угольный пласт. Слой, имитирующий угольный пласт, предварительно закладывают в форму и уплотняют вибрацией в течение 8-15 с. Затем выдерживают в форме в течение 15-20 ч. После окончательного твердения слой дополнительно выдерживают при температуре 200-250°С в течение 5-7 ч. Слои, имитирующие вмещающие горные породы, также закладывают в форму и уплотняют вибрацией в течение 8-15 с, после чего выдерживают в форме до окончательного твердения. По окончании твердения породных слоев производят построение модели породного массива. Для этой цели слой, имитирующий угольный пласт, вклеивают между нижним и верхним породными слоями клеем, не содержащим в своем составе воды, например эпоксидным клеем. Способ позволяет получать эквивалентный материал, в котором величины скоростей прохождения упругих волн в 2,5-3 раза, а коэффициенты поглощения упругих колебаний в 1,3-2 раза ниже, чем в материалах, имитирующих породные слои. 3 ил, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 E 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4299350/23-03 (22) 08.07.87 (46) 30.04 ° 89. Бюл. - 16 (71) Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) Э.А. Городова и В .И. Притула (53) 622.23.05(088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР № 269505, кл. С 01 V 1/00, 1970.

Кузнецов Г.Н. и др. Моделирование проявлений горного давления. Л.: Недра, 1968, с. 63.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1195006, кл. E 21 С 39/00, 1985..(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛИ МАС- .

СИВА ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области моделирования яа э кв ив ален тных ма териалах и предназначено для отливки мелкомасштабных моделей тонкослоистых геологических сред, содержащих угольные пласты. Цель изобретения— повышение точности моделирования массива, содержащего угольный пласт.

Изобретение относится к моделированию на эквивалентных материалах и предназначено для отливки мелкомасштабных моделей тонкослоистых геологических сред, содержащих угольные пласты.

Целью изобретения является повышение точности моделирования массива, содержащего угольный пласт.

На фиг. 1 изображены графики изменения скоростей упругих волн слоя

„„SU„„1476131 А1

Слой, имитирующий угольный пласт, предварительно закладывают в форму и уплотняют вибрацией в течение

8-15 с. Затем выдерживают в форме в течение 15-20 ч . После окончательного твердения слой дополнительно выдерживают при температуре 200-250 С в течение 5-7 ч. Слои, имитирующие вмещающие горные породы, также закладывают в форму и уплотняют вибрацией в течение 8-15 с, после чего выдерживают в форме до окончательного твердения. По окончании твердения породных слоев производят построение модели породного массива. Для этой цели слой, имитирующий угольный пласт вклеивают между нижним и верхним породными слоями клеем, не содержащим в своем составе воды, например эпоксидным клеем. Способ позволяет получать эквивалентный материал, в котором величины скоростей прохождения упругих волн в 2,5-3 раза, а коэффициенты поглощения упругих колебаний в 1,3-2 раза ниже, чем в материалах, имитирующих породные слои.

3 ил, 1 табл..

2 материала при предварительном твердении; на фиг. 2 — графики изменения скоростей упругих волн в зависимости от времени выдержки в термошкафу; на фиг. 3 — зависимость изменения скорости упругих волн от температуры окончательного твердения.

Способ получения низкоскоростного слоя породного массива осуществляется следующим образом.

1476131

По таблицам эквивалентных материалов подбирают смеси, соответствующие по акустическим характеристикам моделируемым породным слоям.

Для приготовления материала слоя взвешивают все входящие компоненты, мас.Ж:

Гипс 8, 0-40, 0

Цемент 5 0-40,0

Вода 10, 0-35-0

Поваренная соль 0,001-0,03

Кварцевый песок 6,0-70,0

NaC1 предварительно растворяют в воде, а сухие компоненты тщательно перемешивают до получения однородной массы, после чего затворяют водой.

Смесь с водой еще раз тщательно и быстро перемешивают и выкладывают в форму, разравнивают, уплотняют вибрацией и оставляют для предварительного твердения на 15-20 ч. Минимальное время предварительного твердения обусловлено тем, что сразу после из- 25 готовления слой полужидкий, его невозможно вынуть из формы, он может разрушиться, а если слой больше

20 ч находится в форме (при комнатной температуре), то в дальнейшем при прокаливании его в термошкафу не происходит значительное снижение скоростей ультразвуковых колебаний, т.к. происходит почти полная гидратация и уменьшение количества физически связанной воды, что приводит к уплотнению слоя (фиг. 1).

На фиг. 1 кривая 1 — это изменение скорости упругих волн материала слоя в зависимости от времени выдерживания при 250 С при предварительном твердении в течение 18 ч.; кривая 2 " то же, при предварительном твердении

30 ч; кривая 3 — то же, при предварительном твердении 38 ч.

После предварительного твердения изготовленный слой вынимают из формы и помещают в термошкаф, где он оконо чательно твердеет при 200-250 С в течение 5-7 ч. В течение этого времени

50 идет интенсивное изменение скоростей продольных и поперечных колебаний, а после этого времени они практически не меняются.

Кривые 2, 4, 5 (фиг. 2) представ55 ляют собой зависимости дня смесей

МФ 2, 4, 5, составы которых приведены в таблице.

Слой, имитирующий угольный пласт, необходимо выдерживать при 200-250 С.

После охлаждения слоя производят обработку его поверхностей, добиваясь плотного прилегания слоя к граничащим с ним слоям, затем помещают слой в модель и вклеивают его любым клеющим веществом, не содержащем воды, лучше всего эпоксидным клеем. Изменяя процентное соотношение компонентов смеси, получают различные по акустическим показателям материалы.

Пример . Для получения соотношения скоростей упругих волн угольный пласт/порода более 2 необходимо получить низкоскоростной слой, имитирующий угольный пласт. Для этого по таблицам эквивалентных материалов подбирают смесь, соответствующую по акустическим характеристикам моделируемому угольному пласту. Взвешивают все входящие компоненты, мас.7:.

Гипс 30

Цемент 30

NaC1 0,1

Кварцевый песок 6,6

Вода 33,3

NaC1 предварительно растворяют в воде, а сухие компоненты тщательно перемешивают до получения однородной массы, после чего затворяют водой.

Полученную смесь еще раз тщательно и быстро перемешивают и выкладывают в форму. Затем разравнивают шпателем и уплотняют вибрацией в течение 815 с. После этого слой, имитирующий угольный пласт, выдерживают в форме при комнатной температуре в течение

15-20 ч.

После предварительного твердения слой вынимают из формы и помещают с в термошкаф при 200-250 С на 5-7 ч.

Высушенный и охлажденный слой шлифуют на шлифовальном станке для получения ровной и гладкой поверхности.

В таблице приведены значения скоростей упругих волн в слое, имитирующем угольный пласт, описанным вьпке, в зависимости от времени предварительного твердения, времени высушивания в термошкафу и температуры.

Для получения породных слоев также подбирают смеси по таблицам эквивалентных материалов, соответствующих по акустическим характеристикам моделируемым породным слоям. В частности, для приготовления породных слоев

1476131

10 были взяты следующие составляющие составы смеси, мас.7:

Верхний породный слой

Гипс 9,97

Цемент 36,5

NaC1 0,03

Песок 35

Вода 18,5

Нижний породный слой

Гипс 14,96

Цемент 590

NaC1 0,04

Песок 60,0

Вода 20,0 15

Аналогично слою, имитирующему угольный пласт, приготавливают смеси для верхнего и нижнего породных слоев, последовательно закладывают их в форму согласно залеганию пород в натуре с интервалом 20-30 мин, разравнивают, уплотняют вибрацией в течение 8-15 с и оставляют для окончательного твердения при комнатной температуре на 30 дней. 25

После окончательного твердения породных слоев производят построение модели породного массива. Для этой цели слой, имитирующий угольный пласт, вклеивают между нижним и верхним породными слоями клеем, не содержащим в своем составе воды, в частности эпоксидным клеем. Модель готова для исследования в лабораторных условиях нарушений угольного пласта методами шахтной сейсморазведки. В полученной модели скорость упругих волн в слое, имитирующем угольный пласт, 600 м/с, в верхнем породном слое — 3460 м/с, в нижнем породном слое — 2340 м/с. 40

Таким образом, соотношение скоростей верхний породный слой/угольный пласт

5,75; нижний породный слой/угольный пласт 3,8.

Предложенный способ по сравнению с известными позволяет получить эквивалентный материал, обладающий следующими свойствами: низкими скоростями упругих волн, соотношением скоростей продольных и поперечных волн в граничащих слоях модели от 2 до

8 к слабым поглощениям упругих колебаний, что обеспечивает повышение точности результатов моделирования и качества рекомендаций по обработке и интерпретации материалов шахтной сейсморазведки. формула изобретения

Способ изготовления модели массива из эквивалентных материалов, заключающийся в последовательной закладке моцелируемых слоев массива, включающих в качестве наполнителя воду, поваренную соль и кварцевый песок, а в качестве связующего— гипс и цемент, в форму согласно залеганию пород в натуре с интервалом

20-30 мин, уплотнении вибрацией в течение 8-15 и выдержке слоев модели породного массива, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности моделирования массива, содержащего угольный пласт, слой, имитирующий угольный пласт, предварительно выдерживают в форме в течение 15-20 ч, а затем до окончательного твердения выдерживают при 200а

250 С в течение 5-7 ч, причем компоненты взяты при следующем содержании, мас.7:

Вода l0 0-35,0

Поваренная соль 0,001-0,03

Кварцевый песок 6,0-70,0

Гипс 8,0-40,0

Цемент 5 0-40,0

1476131

Смесь

УУ

Составы смесей, мас.

Известный способ

Коэффициент погло

Скорость продольной волны, м/с

Скорость продольной волны, м/с

ПлотКоэффициент погло

Плот" ность з ность

/мз щения, 1/см щения, 1/см

2450 0,42 1790 880 0,23

1590

2600 0,36 1390 600 0,28

1220

2310 0,39 1460 960 0,21

1350

3400 0,34 1660 1380 0,18

1490

3600 0,32 1600 1540 0,16

1430

КNk

ЛЮ

ЮОО

2Щ

500

2 5 I Х б 78910

Фиг.1

1 Гипс

Цемент

NaC1

Песок

Вода

2-Гипс

Цемен т

NaC1

Песок

Вода

3 Гипс

Цемент

NaC1

Песок

Вода

4 Гипс

Цемент

NaC1

Песок

Вода

5 Гипс

Цемент

NaC1

Песок

Вода

10,0

30,0

0,01

9,99

20,0

30,0

30,0

0,1

6,6

33,3

37,5

5,0

0,01

32,49

25,0

40,0

9,0

0,001

30,999

20,0

35,0

25,0

0,01

14,99

25 0

Предлагаемый способ

20 50 Ф 503,гас

14761 31

20 30 Ж 3,жс

УОбо юоо

500

100

Корректор М. Васильева и °

Редактор И. Питкина

Заказ 2140/32 Тираж 450 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,101 /м

ИЮ

2 3 Ч Ю б78УЮ

Фиг.2

Составитель Ю. Макаров

Техред Л. Олийнык