Способ определения максимального главного нормального напряжения в закладочном массиве

Способ определения максимального главного нормального напряжения в закладочном массиве

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ГЛАВНОГО НОРМАЛЬНО ТО НАПРЯЖЕНИЯ В ЗАКЛАДОЧНОМ МАССИВЕ, включающий измерение плотности материала закладки и определение дефррмаций и напряжений по эталонным зависимостям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сниження трудоемкости измерений, перед измерениями образцы высушивают и определяют скорости деформации, по изменению которой во времени судят о величине максимального глав4 него нормального напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК э(д) Е 21 С 39/00

f.

Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 Г) 3471889/22-03 (22) 20.07.82 (46) 30.10.83. Бюл. № 40 (72)Е; С. Смелянский, В. Ф. Авксентьева, Ю. С. Афанасьев, В. Д. Палий и В. Т. Кравченко (7l) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной .геомеханйки и маркшейдерского дела (53) 622.235(088 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 439604, кл., Е 21 С 39/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 896240, кл. Е 21 С 39/00, 1979.

ÄÄSUÄÄ 1051275, А (54) (5?) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ГЛАВНОГО НОРМАЛЬНО

ГО НАПРЯЖЕНИЯ В ЗАКЛАДОЧНОМ

МАССИВЕ, включающий измерение плот- ности материала закладки и определение дефррмаций и напряжений по эталонным зависимостям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости измерений, перед измерениями образцы высушивают и определяют скорост деформации, по изменению которой во вре:мени судят о величине максимального глав ного нормального напряжения.

105127Ь

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к способам определения деформаций и соответствующих им напряжений в закладочном массиве и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного простра нств а т ве рде ю щи м и с м ес ям и.

Известен способ определения напряженйй в массиве буроугольниИ"пластов, для реализации которого из интересующего участ- О ка угольного массива извлекают образец угля, нагружают его в стабплометре, фиксируют нагрузку, соответствующую появлению влаги из образца, и.по этой нагрузке судя1 о напряжениях, действующих в массиве () ..

Однако применять данный метод можно только при условии полного влагонасыщечия массива, что для массива твердеющей закладки не всегда выполняется,.даже при литых смесях, ибо значительная часть воды расходуется при твердении массива (химические реакции гидратации и кристаллиза- ции вяжущего), к тому же часть воды дренируется в окружающие породы или испаряется с обнажений

Наиболее близким к предлагаемому яв- . ляется способ определения главного нормаль. 25 ного напряжения в закладочном массиве, включающий измерение. плотности материала закладки и определение напряжений и деформаций bio эталонным зависимостям, Для реализации известного способа определяют также влажность и пористость закла- 3О дочного материала, значения которых входят в эталонные зависимости (2).

Известный способ трудоемок, так как тре бует определения нескольких параметров материала закладки, находящегося на значительном удалении от обнажений. Кроме то-..35 го, данным методом можно определить только среднее значение напряжений по главным осям, а не тензор напряжений и деформаций, действующий в любой точке закладочного массива. ;40

Цель изобретения — повышение точнос- .

Ы и снижение трудоемкости измерений.

Указанная цель достигается тем, Что согласно способу определения максимальногс главного нормального напряжения в закла-. дочном массиве, включающем измерение - 45 плотности материала закладки и определение деформаций и напряжений по эталонным зависимостям, перед измерениями образцы высушивают и определяют скорость деформации, по изменению которой во времени су.дят о величине максимального главного нор- мального напряжения.

Изобретение основано на следующих положениях механики.

Закладочный массив на некотором уда. лении от обнажений деформируется в ком-, прессионном режиме (6,> б,= 6 - Л б,, 8 +4

:И з= 8 е 0), положительные значе ния О и Š— сжимающие, где 4и 6 — главные нормальные компоненты тензора напря жений и деформаций соответственно; Я вЂ” к< эффициент бокового распора.

Упруго-пластические свойства закладки при всестороннем сжатии, где доля необратимых (пластических) деформаций закладки в общей деформации велика, обуславливают изменение плотности в массиве закладочного материала.

Напряжения и деформации закладки находятся в известной зависимости во времени как вязко-упруго-пластическое тело.

Закладочный массив на достаточном удалении от обнажений нагружается в компрессионном режиме, т. е. Е A О, Ею = 4 = 0 и 6<) 62= бз=А6 . Таким образом, объемная деформация равна нормальной к напластованию или близкой к ней деформации массива закладки в рассматриваемой точке.

Для закладки выработанного пространства в подавляющем большинстве случаев применяют твердеющие смеси,с избыточным количеством воды (литые смеси), в результате чего закладочный массив получается весьма пористым (пористость порядка 30 — 40 /p) .

При.нагружении такого материала в компресснонном режиме часть пор закрывается.

При этом, чем большая деформация получена материалом, тем большее количество пор закрывается и тем самым увеличивается его плотность в массиве, а между деформацией и плотностью в массиве существует зависимость вида 4 = К() = ), где

9 — относительная деформация, /p, K —. эмпирический коэффициент, определяемый для каждой закладочной смеси; ) — плотность в массиве деформированной закладки, кг/м3; ; — начальная плотность s массиве закладки, кг/м .

При этом коэффициент К не зависит от влажности нагружаемой закладки. При на-. гружении в компрессионном режиме материал не разрушается и, следовательно, приве1денное соотношение плотности в массиве от деформации сохраняется до весьма высоких осевых давлений порядка (ОО МПа, что соответствует глубинам порядка .3000 м.

Зная общую деформацию закладки в данный момент времени и ее приращение "-а какой-то промежуток времени, находят скорость деформирования закладки и ее (скорости) изменение во времени, а, имея реологические характеристики закладки, можно перейти от деформаций к напряжениям, действующим в закладочном. массиве. При этом необходимо определить только активную составляющую напряжений (б,), две же другие составляющие в силу нагружения закладки в компрессионном режиме будут равны между собой и равны активной сосавляющей, умноженной на коэффициент бокового распора.

Пример, После заполнения очередной заходки (камеры) и затвердевания закладки, но до начала выемки соседней заходки (ка1051275

3 меры и т. n.), т. е. когда закладочным мас сив еше свободен от деформаций,напряжений, в нем пробуривают нз подготовительных выработок скважину, из которой отбирают образцы закладки и в лабораторных условиях по ГОСТУ 127801-78, после высушивания, определяют их плотность в массиве (Ц,). На отобранных образцах в установке бокового распора устанавливают характер зависимости деформация-плотность и устанавливают внд и параметры функции, В связывающей деформации с напряжениями и временем, вид и характер функции, связываю1цей деформации и время с коэффициентом бокового распора. Испытания выполняют в лаборатории по существующим стандартным методикам. Таким образом получа- 15 ют эталонные зависимости.

По мере подвигания фронта очистных работ в выбранные сроки в закладочный массив на расстоянии 0,5 — 1 м друг от друга бурят вторую, а далее третью и четвертую, скважины, отбирают необходимое количест- . во образцов (количество образцов зависит от вариации свойств закладки в массиве н требуемой достоверности результатов), по которым определяют плотность закладки и . по эталонным кривым находят деформацию..!5

По приращению деформации между вторым и третьим и.третьим и четвертым определениями вычисляют скорость и приращение скорости деформирования. Затем по эталонным зависимостям между напряжениями и деформациями, скоростью деформации и вре- менем определяют главное максимальное, нормальное напряжение (g,) и по нзвест4 ной зависимости между коэффнциентбм бокового . распора и главным максимальным (осевым) напряжением находят две другие компоненты напряжений.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение всех компонентов деформаций и напряжений в интересующей точке закладочного массива в любое инте, ресуюшее время, при пробурении скважийы и подборе необходимого количества образцов. При этом, если характеристики твердеющей закладки (состав, водовяжушее отношение, технология укладки и т. д.) постоянны, т, е. выдерживаются на больших площадях, то эталонные зависимости достаточно определить для нескольких (3 — 4) точек и распространить их на весь закладочный массиив. Тогда можно определить деформации и напряжения в любой точке массива, определив для нее только объемный. вес закладки 2 — 3 раза, чтобы обеспечить получение деформаций, скорости деформации и .изменение скорости деформации, без которых нельзя перейти от деформаций к напряжениям.

Путем уменьшения числа определяемых показателей н проведения измерений повышается производительность труда исследователей, уменьшается трудоемкость работ н сокращается число людей, находящихся под землей во время проведения эксперимента.

Предлагаемый способ может быть при.менен в принципе на любом месторождении, отрабатываемом с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Редактор А. Власенко

Заказ 8632/35

Составитель И. Назаркнна 1 ехред И. Верес Корректор О. Билак

Тираж ЧОЗ Подписное

ЬНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, )K-35, . Раушская наб., д..4Д

Филиал ППП «Патент», r. Уагород, ул. Проектная, 4