Способ моделирования деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства

Изобретение относится к горному делу, а именно к модельным исследованиям подземных сооружений, и может быть использовано при проектировании горных выработок и тоннелей. Техническим результатом является возможность более эффективно определять напряжение в элементах модели при различных геометрических параметрах, исследовать характер деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства. Способ моделирования деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства включает приложение к контуру исследуемого объекта внешних сил. Причем исследуемый объект, заключенный в соответствующие границы, размещают вокруг полости, имитирующей выработанное пространство, расположенной в корпусе моделирующей установки. Пространство между стенками корпуса и исследуемым объектом засыпают металлическими шариками, сверху укладывают резиновую прокладку с металлическими брусками по торцам, к которым прикладывают соответствующее давление с помощью пресса. 2 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для исследований характера деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства при различных исходных полях напряжений.

Известна модель (Масштаб 1:20), которая подвергалась внешним усилиям, имитирующим нагрузку со стороны вышележащих пород. Усилия прилагались к верхнему слою непосредственной кровли, расположенной над участком сопряжения штрека с лавой. Провисание кровли измерялось при фиксированной нагрузке с помощью индикатора часового типа (Исследование проявления горного давления на сопряжениях лав со штреками при различных схемах анкерного крепления. А.П.Широков, В.А.Лидер // Совершенствование подземной отработки угольных пластов Кузбасса: Сб. №23, МУП СССР, Прокопьевск. - КузНИУИ 1971. - С.101-105).

К недостаткам способа следует отнести то, что внешние нагрузки, с помощью которых определяется показатель упрочнения пород, действуют только в вертикальном направлении.

Этот недостаток частично устранен в другом способе моделирования взаимодействия крепи и массива (А.с. СССР 1041687, МКИ Е21С 39/00, Заявл. 26.02.82, опубл. 15.09.83, Бюл. №34), включающем приложение к контуру крепи внешних сил, создавая взаимно уравновешенную систему из активных и компенсирующих сил, что обеспечивает одновременно равномерные или неравномерные нагрузки как со стороны боков выработки, так и со стороны кровли, отдельно со стороны свода или боков с изменением их величины и направления. Нагрузка на крепь создается винтовыми домкратами, а величина ее определяется показаниями динамометров.

Недостатки способа следующие: нагрузки на крепь так или иначе сосредоточены в определенных точках; сложная конструкция макета; при проведении лабораторных экспериментов сложно изучить характер деформирования и разрушения массива горных пород при отработке запасов полезного ископаемого в различных горнотехнических условиях.

Задачей изобретения является создание такого способа, который бы позволил эффективно определять напряжение в элементах модели при различных геометрических параметрах, а также исследовать характер деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе моделирования деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства, включающем приложение к контуру исследуемого объекта внешних сил, исследуемый объект, заключенный в соответствующие границы, размещают вокруг полости, имитирующей выработанное пространство, расположенной в корпусе моделирующей установки, пространство между стенками корпуса и исследуемым объектом засыпают металлическими шариками, сверху укладывают резиновую прокладку с металлическими брусками по торцам, к которым через площадку прикладывают соответствующее давление с помощью пресса.

Давление, создаваемое прессом на площадку, передается на металлические бруски и резиновую прокладку, которые, взаимодействуя с металлическими шариками, создают напряжения на границах объекта исследований.

На чертежах изображен вариант устройства для осуществления способа, где на фиг.1 приведена схема модели; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Модель состоит из корпуса 1 площадки 2, на которой с помощью пресса создается определенное давление. Усилие от площадки передается на металлические бруски 3 и резиновую прокладку 4, которые в свою очередь взаимодействуют с металлическими шариками 5.

Металлические шарики действуют на боковые и горизонтальные границы объекта исследования 6 (например, песчано-цементной смеси, располагаемой в соответствующих границах вокруг выработанного пространства 7 и имитирующей массив горных пород).

Способ моделирования деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства при различных исходных полях напряжений осуществляется следующим образом.

Предназначенный для испытания объект исследований 6 помещают в корпус модели 1 и заполняют металлическими шариками 5. Те действуют на боковые и горизонтальные границы объекта исследования 6 (песчано-цементной смеси, имитирующей массив горных пород). Резиновая прокладка 4, обладая низким модулем упругости и большим коэффициентом Пуассона, значительно деформируясь, вызывает разгрузку верхней границы объекта исследования 6 от сжимающих усилий со стороны металлических шариков 5. В результате вертикальная нагрузка на объект исследований (песчано-цементная смесь) становится меньше, чем горизонтальная. Меняя механические свойства прокладки, можно моделировать различные исходные поля напряжений, в которых происходит образование выработки, т.е. выработанного пространства 7. Все элементы модели помещены в металлический корпус 1 и при нагружении стенки корпуса остаются неподвижными.

Применение данного способа моделирования по сравнению с прототипом позволяет сравнительно просто исследовать характер деформирования и разрушения приконтурного массива при различных формах кровли выработки, различной геометрии расположения анкеров и т.п.

Способ моделирования деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства, включающий приложение к контуру исследуемого объекта внешних сил, отличающийся тем, что исследуемый объект, заключенный в соответствующие границы, размещают вокруг полости, имитирующей выработанное пространство, расположенной в корпусе моделирующей установки, пространство между стенками корпуса и исследуемым объектом засыпают металлическими шариками, сверху укладывают резиновую прокладку с металлическими брусками по торцам, к которым прикладывают соответствующее давление с помощью пресса.