Способ моделирования ледопородных ограждений и устройство для его осуществления

Способ моделирования ледопородных ограждений и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЯЩ

11> 564423

ОПИСА

ИЗОБРЕТ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИД (61) Дополнительное к авт. св (22) Заявлено 25.06.75 (21) с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.07.77. (45) Дата опубликования опи (51) М. Кл, Е 21 0 1/14

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 624.139:622 (088.8) (72) Автор изобретения

Н. А. Селезнев

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (71) Заявитель (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛЕДОПОРОДНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам и средствам лабораторных исследований, применяемым при физическом моделировании напряженно-деформированного состояния ледопородных ограждений шахтных стволов.

Известна термобарокамера для моделирования ледопородных ограждений шахтных стволов, включающая корпус на поворотной оси, герметизирующие крышки со стаканами и теплообменник (1).

Недостатком ее является то, что она не обеспечивает требуемой точности моделирования.

Известен также способ моделирования ледопородных ограждений шахтных стволов, который состоит в создании модели в виде толстостенного стакана из увлажненного грунта и замораживании его с одновременным приложением радиальной нагрузки (2).

Способ осуществляется устройством, содержащим цилиндрический корпус, съемный стакан, внутренний теплообменник и приспособление для создания радиальной нагрузки.

Известные устройства, реализующие способ физического моделирования напряженно-деформированного состояния леаопородных ограждений шахтных стволов, не позволяют в течение всего периода исследований поддерживать на внешней поверхности ледопородной модели заданную температуру, равную температуре замерзания воды и, следовательно, не позволяют получать достоверные результаты при моделировании. Кроме того, при переходе от одной толщины стенки ледопородной модели к другой требуются трудоемкие демонтажно-монтажные операции.

Цель изобретения — обеспечение возможности фиксации фронта промерзания в заданном положении и управление его перемещением.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что к наружной поверхности стакана подводят тепловой поток регулируемой интенсивностии.

Такой способ может быть осуществлен

1 устройством, отличающимся от известного тем, что на внешней поверхности корпуса смонтирован нагреватель, а приспособление для создания радиальной нагрузки передает нагрузку через слой крупнозернистого материала, например гравия, расположенного между стенкок о корпуса и моделью и отделенного от нее перфорированной трубой.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, герметизирующей крышки 2, съемного

564423 цилиндрического стакана 3, внутреннего теплообменника 4, приспособления 5 для передачи давления и внешнего нагревателя 6.

Внутренний теплообменник 4 выполнен в виде кольцевого ряда параллельных трубок 7, соединенных с верхним кольцом 8 и двумя нижними полукольцами 9, которые соединены с патрубками 10, выходящими наружу через сальниковые уплотнения 11, расположенные в днище корпуса. При прокачке через внутренний теплообменник жидкого теплоносителя 12 с заданной температурой производится замораживание грунта внутри корпуса и поддержание заданной температуры внутри ледопородной модели.

Приспособление 5 для передачи радиального давления на ледопородн ю модель выполнено из цилиндрической перфорированной трубы

13, расположенной коаксиально с корпусом, и крупнозернистой, например, гравийной засыпки

14, заполняющей зазор между ними. Путем нагнетания через штуцер 15 воды при заданном гидростатическом давлении создается равномерно распределенная радиальная нагрузка на боковую поверхность ледопородной модели.

Внешний нагреватель 6 расположен на внешней боковой поверхности цилиндрического корпуса и выполнен в виде электрической проволочной спирали, закрепленной на электроизоляционной основе. Внешняя поверхность цилиндрического корпуса покрывается слоем эпоксидной смолы и двумя слоями стеклоткани.

Проволочная спираль пришивается к стеклоткани и покрывается двумя слоями стеклоткани и слоем эпоксидной смолы, Нагреватель подключается к электрической сети через трансформатор, позволяющий регулировать напряжение тока и, следовательно, величину теплового потока, создаваемого на внешней поверхности цилиндрического корпуса.

Устройство работает следующим образом.

Перед загрузкой грунта при снятой крышке

2 внутрь корпуса заводят через сальниковое уплотнение 16 различные датчики 17, предназначенные для измерения в заданных точках температуры, механических напряжений и деформаций. На дно укладывают слой гравия, который служит как для равномерного дренажа, так и для увлажнения грунта снизу. Затем укладывают предварительно увлажненный исследуемый грунт. По мере укладки грунта в заданных точках размещают датчики. Когда уровень грунта достигает нижнего среза трубы

18, имитирующей крепь шахтного ствола, ее устанавливают на грунт и центрируют. Затем кольцевое пространство между перфорированной трубой 13 и трубой 18 заполняют грунтом до верхнего края корпуса. После этого устанавливают герметизирующую крышку 2. Ниже среза трубы 18 делают углубление на 15-20 мм меньше, чем необходимо для свободной посадки съемного цилиндрического стакана 3. Путем принудительной посадки последнего под ним дополнительно уплотняется грунт. Затем производят полное водонасыщение грунта путем медленной подачи воды через штуцер 19. Для удаления вытесняемого воздуха открывают пробку 20. После полного водонасыщения грунта и

15

Формула изобретения

2. Устройство для осуществления способа

55 по п. 1, включающее цилиндрический корпус, съемный стакан, внутренний теплообменник и приспособление для создания радиальной нагрузки, отличающееся тем, что на внешней поверхности корпуса смонтирован нагреватель, а 0 приспособление для создания радиальной нагрузки передает нагрузку через слой крупнозер5

30 герметизации корпуса устанавливают в нем заданное гидростатическое давление через штуцер 15.

Замораживание грунта внутри корпуса производят путем прокачки через теплообменник

4 охлажденного до заданной температуры жидкого теплоносителя. Так как при замерзании вода увеличивается в объеме, то для поддержания .внутри корпуса заданного гидростатического давления периодически выпускают воду через штуцеры 15 и 19. Положение фронта 21 промерзания контролируется с помощью температурных датчиков. С момента достижения фронтом промерзания заданного положения с внешней от теплообменника стороны включают электрический нагреватель 6. После полного промерзания грунта во внутренней зоне теплообменника обнажают внутреннюю полость ледопородной модели. Для этого снимают выдвижной цилиндрический стакан 3. Его отрыв и подъем производят с помощью винтов 22.

После снятия стакана 3 измеряют с помощью датчиков механические напряжения и деформации внутри ледопородной модели, а также радиальные и осевые перемещения обнаженной поверхности ледопородной модели на участке, имитирующем незакрепленную заходку шахтного ствола. Указанные измерения производят периодически через определенные промежутки времени в течение двух-трех суток.

В этот период фронт промерзания удерживается в одном заданном положении.

Для перемещения фронта промерзания в другое заданное положение, т.е. для изменения толщины стенки ледопородной модели, изменяют интенсивность внешнего теплового потока путем изменения напряжения тока, подводимого к нагревателю. Новое положение фронта промерзания также поддерживают неизменным в течение всего периода измерений.! . Способ моделирования ледопородных ограждений шахтных стволов, включающий создание модели в виде толстостенного цилиндрического стакана из увлажненного грунта и замораживания его с одновременным приложением радиальной нагрузки, отличающийся тем, что, с целью фиксации фронта промерзания в заданном положении и управления его перемещением, к наружной поверхности стакана подводят тепловой поток регулируемой интенсивности.

564423

Составитель Л. Ччрикова

Техред М. Левицкая Корректор Д. Мельниченко

Редактор С. Титова

Заказ 2005)21 Тираж 757 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 нистого материала, например гравия, расположенного между стенкой корпуса и моделью и отделенного от нее перфорированной трубой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 381771, кл. Е 21 D 1/14, 1969.

2. Покровский Н. М. Сооружение и реконструкция горных выработок. ч. III М., Госгортехиздат, 1963, с. 90 — 91.