Способ определения параметров массива вокруг горной выработки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 E 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4891167/03 (22 11.12.90 (46 15.03.93. Бюл. N. 10 (71 Ставропольский политехнический инстит ут (72) В.И.Коробко, С.В.Бояркина и А.В.Ткаче ко (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1647345, кл. Е 21 С 39/00, 1988.

Авторское свидетельство СССР .

N- 1535985, кл. Е 21 С 39/00, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАССИВА ВОКРУГ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

Изобретение относится к горному делу . и предназначено для определения параметро9 зоны расслоения кровли горных выработок.. Цель изобретения — снизить трудоем. кость способа при определении параметров расслоившегося массива горной выработки, Сущность способа заключается в следуют ем. Участок расслоившейся кровли rop. íîй выработки можно приближенно рассматривать как пластинку, жестко за ще членную по всему контуру и нагруженную равномерно распределенной нагрузкой в фиде собственного веса. Поэтому и модель-пластинку необходимо изготавливать с срблюдением условий жесткого защемления по контуру. Произведение максимального статического прогиба модели W на квадрат резонансной частоты колебаний отслаивающегося слоя горной выработки f< выражается следующим соотношением. Ы 1802118 А1 (57) Использование: определение параметров расслоений в кровле горной выработки.

Сущность изобретения: в кровле горной выработки возбуждают изгибные упругие колебания. Измеряют резонансную частоту колебаний и их амплитуду. Устанавливают границы и форму расслоения. Из материала слоя изготавливают модель в виде пластины с формой подобной форме расслоения. Нагружают модель распределенной равномерно нагрузкой, Измеряют величину максимального прогиба. По полученным значениям прогиба, частоте колебаний слоя и их упругим параметрам определяют тол щину отслоившегося слоя. 1 з.п.ф-лы.

2 „4Л Ес 1 Я м Нс Чмц

2 2,2

R4 Ем q p2 НЗ 1 4

-где К вЂ” коэффициент пропорциональности, . зависящий от формы зоны расслоения;

R — коэффициент подобия формы зоны расслоения.и модели-пластинки;

Е, Š— модули упругости соответственно материала отслаивающегося слоя и модели-пластинки (МПа); р „и - коэффициенты Пуассона соответственно материала отслаивающегося слоя и модели-пластинки;

Нс, Н вЂ” толщины соответственно отслаивающегося слоя кровли горной выработки и модели-пластинки (см);

gM — интенсивность равномерно распределенной нагрузки, действующей на модель (кН /см );

g — ускорение силы тяжести (см/с );

2. у - плотность материала породы кровли (кН/смз)., 1802118

Из этого выражения определяется скрытая толщина слоя расслаивающейся кровли горной выработки

Нс=гкя г

Если модель-пластинка выполнена из породы слОя (Ем Ес,и м =ф с ) то

Для подсчета величины коэффициента пропорциональности К, входящего в формулы (2) и (3), можно использовать формулы, приведенные в авт,св, М 1643714, а именно; для расслоений с формой, близкой к прямоугольнику, 20

К = 1,618 . 0,5 (t + К ф.кв/К Ф ) (4) где Кф.кв. = 8 — коэффициент формы квадрата, 25

К,.= 4(а/в + в/а) — коэффициент формы прямоугольника (а, в- длины сторон прямоугольника); для расслоений с формой, близкой к.эллипсу, 30

К 1 618 . 0,5(1 К ф.кв КФ) (5)

Кф,кр. 2л- коэффициент формы круга: 35

Кф - (а/в + в/а) — коэффициент формы эллипса (а, в — размеры осей эллипса), Таким образом, если для отслаивающегося слоя кровли горной выработки экспериментально определить форму зоны 40 расслоения. резонансную частоту изгибных колебаний, значения модуля упругости Ес и коэффициента Пуассона тс, а для пластинки- . модели- максимальный статический прогиб

9/м от некоторой заданной равномерно рас-. 45 пределенной нагрузки рм и значения величин Ем и рм, то по формулам (2) и (3) с учетом напряжений (4) и (5) найдем открытую толщину отслаивающегося слоя.

Если породы, слагающие кррвлю горной выработки, обладают анизотропией, то модель целесообразно выполнить непосредственно из материала слоя, ориентируя ее подобно зоне расслоения, с целью со- 55 блюдения физического подобия. При этом скрытую толщину слоя находят по формуле

{3). Если породы, слагающие кровлю горной выработки, обладают изотропными свойствами, то модель-пластинку можно изготавливать из любого изотропного материала, При этом скрытую толщину слоя находят по формуле (2).

Способ осуществляется следующим образом, В кровле контролируемой горной выработки возбуждают упругие колебания путем нанесения механического удара и измеряют частоту этих колебаний. На участке, где расположено расслоение будут иметь место изгибные колебания, частота и амплитуда которых значительно отличается от соответствующих параметров колебаний кровли на участке; не имеющем расслоения, По данным признакам устанавливают границу зоны расслоения, определяют его форму и измеряют резонансную частоту изгибных колебаний.

Затем из материала контролируемого участка кровли изготавливают модель-пластинку, форма которой в плане подобна форме зоны расслоений и подобно расположена.

На этой пластинке моделируют жесткое защемление ее краев и нагружают некоторой равномерной нагрузкой. вызывающей в пластинке упругие прогибы. Измеряют величину максимального прогиба, например, с помощью прогибомера индикаторного типа.

Скрытую толщину отслоившегося слоя подсчитывают с учетом полученных экспериментальных данных по формуле (3).

Для кровли из изотропного материала модель-пластинку изготавливают из любого изотропного материала. а скрытую толщину отслоившегося слоя подсчитывают по формуле (2).

Пример. Определить толщину отслоившегося слоя в гипсовой горной выработке (yc = 203 г/смз = 0,00023 кН/смз). После проведения виброакустических исследований была установлена зона расслоения кровли, форма которой оказалась близка к прямоугольнику со сторонами ас х в, = 6 х

11,93 м (ас - 71,58 м ), и основная частота колебаний слоя f< = 49,5 Гц. Из материала потолочены этой же выработки была изготовлена пластинка толщиной 0,6 см и размером в плане а х в - 42 х 81,5 см (ам х вм = 40 х 79,5 см (К - 15). Припуск по одному сантиметру в каждую сторону был сделан для обеспечения условий жесткого защемления.

На специально изготовленном устройстве было создано условие жесткого защемления краев. пластинки (прижатие верхней прижимной планки к пластинке и станине устройства осуществлялось с помощью струбцин). ПлаСтинка была нагружена чугунной дробью интенсивностью qM = 0,04

KH/см (боковая поверхность нагружающег

1802118 го устройства представляла собой кожух из жести). Измерение прогиба производилось с помощью индикатора часового типа, установленного под средней точкой пластины.

Максимальный прогиб пластинки от заданной нагрузки составил W> - 0,066 см.

Подсчитаем значение коэффициента К, вхОдящего в выражение (3) по формуле (4) Формула изобретения

1. Способ определения параметров массива вокруг горной выработки, включающий опре5 деление физико-механических свойств пород, иэготовление модели контролируемого участка массива с соблюдением условий геометрического подобия, нагружение модели распределенной нагрузкой и измерение деформаций модели, 10 по которым определяют параметры массива вокруг горной выработки, отличающийся тем, что, с целью понижения трудоемкости определения параметров расслоившегося массива, предвй эительно определяют форму зоны рас15 слоения в кровле выработки и резонансную частоту изгибных колебаний слоя путем проведения виброакустических измерений, модель изготавливают из породы слоя в виде жестко защемленной по контуру пластины, в

20 качестве деформаций модели измеряют величину максимального прогиба пластины и по полученным данным определяют глубину расслоения.

2. Способ поп.1, отлича ющийся тем, 25 что в случае изотропных пород слоя модель изготавливают из любого упругого изотропного материала;

Кф - 4(4/7,95 + 7,95/4) = 9,963;

1 618 оЛ(+в/в,мз) 1 543

Подставляя это значение и экспериментальные данные в формулу (3) получим

Н с = 2 Л 15 49.5

= 16,29 см

Таким образом, использование предлагаемого. способа уменьшает .трудоемкость о енки скрытой толщины отслоившегося слоя кровли горной выработки.

Составитель В. Коробко

Техред М;Моргентал Корректор Н.Слободяник

Редактор

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

Заказ 837 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/5