2015-05-12
693
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ
Проблемы нашего курса исследуются методами: натурным, ла- бораторным, аналитическим.
Сущность натурного метода (экспериментально-производ- ственного) заключается в следующем. Непосредственно в шахтных условиях проводят инструментальные измерения и визуальные наблю- дения для получения количественных и качественных показателей со- стояния крепи и горных пород, измеряют напряжения, деформации, перемещения, размеры зон нарушения, трещиноватость пород, пере- мещения элементов крепи и её реакцию. При этом используют измери- тельные стойки, самопишущие приборы для измерения перемещений; манометры, динамометры для измерения реакции крепи; деформомет- ры – для измерения малых деформаций массива. Перемещения от- дельных частей массива измеряют с помощью глубинных реперов, которые закладывают в пробуренные в толще пород шпуры.
Достоинства натурного метода: доступность для большинства исследователей; использование для проверки теоретических положе- ний; разработка рекомендаций для конкретных условий.
Недостатки: большая трудоемкость; сложность измерений в массиве.
Основным методом измерения напряжений в массиве является разгрузки. Сущность рассмотрим на примере метода разгрузки керна с центральной скважиной.
В основе метода лежит зависимость между действующими на- пряжениями и деформациями упругого восстановления элемента гор- ной породы, проявляющаяся в процессе искусственного нарушения его связи с окружающим массивом.
Из горной выработки бурят скважину в направлении одного из главных напряжений. В скважине устанавливают деформометр. Затем бурят кольцевую щель. Массив пород вокруг деформометра разруша- ется (увеличивается в объеме, снимаются напряжения).
Необходимо учитывать: упругие деформации скважины при ее проведении; прямую ползучесть породы; установку деформометра с предварительным распором; суммарные деформации, связанные с пол- зучестью породы и вдавливанием в нее наконечников измерительных элементов; разгрузка массива; восстановление контура скважины; де- формации обратной ползучести;
Напряжения вычисляют по формуле теории упругости; модуль пропорциональности определяют при испытании образцов.
Из лабораторных методов наиболее научно обоснованным и эффективным является метод моделей. Распространены следующие методы:
· моделирования эквивалентными материалами;
· оптический метод;
· центробежного моделирования.
Метод эквивалентных материалов предложен в 1936 году Г.Н. Кузнецовым. Сущность метода эквивалентных материалов за- ключается в следующем. Модель части массива выполняют из искус- ственных более слабых материалов, проводят выработки, отрабатыва- ют пласт и наблюдают за перемещением отдельных слоев, сдвижением
массива, определяют реакцию крепи, наблюдают разрушение, обру- шение кровли в выработанном пространстве. Материал: песок и слабое связующее (парафин, гипс и др.). Модели плоские или объёмные. Главное: в модели должны происходить такие же процессы, как и в натуре. Для этого надо соблюдать подобия: геометрическое, кинема- тическое, динамическое.
Геометрическое: все размеры модели должны быть меньше раз- меров: натуры в определенное число раз. Оно достигается путем ис- пользования масштаба моделирования 1:50, 1:200.
Кинематическое подобие будет обеспечено в том случае, если сходственные части модели и натуры двигаясь по геометрическим по- добным траекториям, проходят геометрически подобные пути в опре- деленный промежуток времени. Масштаб времени обычно 1:10, т.е., в 10 раз быстрее и, протекают процессы в модели, чем в натуре.
Динамическое подобие имеет место в том случае, если массы двух сходственных частиц отличаются друг от друга в одно и то же число раз.
Оптический метод измерения напряжений предложен в 1874 г. Кирпичевым В.Л. Сущность метода: модель изготавливают из оптиче- ски активного материала, проводят выработку, через модель пропус- кают луч поляризованного света и на экране наблюдают картину раз- личных цветов или черно-белую с различной интенсивностью полос. После её расшифровки получают величины напряжений в различных точках модели. Материал – игдантин, оргстекло и др.
Метод центробежного моделирования предложен в 1932 году проф. Покровским Г.И., Давиденковым Н.Н. Сущность: модель с не- обходимыми выработками изготавливают из материала натуры, т.е. из
обычных пород и помещают в центрифугу, где под действием центро- бежных сил в модели создается механическое подобие сил, действую- щих в натуре. Центрифуга имеет большие размеры,– например радиус 2,1 м, число оборотов – 315 об/мин.
Достоинства лабораторных методов: возможность изменять условия, придавая решающее значение отдельным факторам, легко проследить механизм движения толщи пород.
Недостатки: неизбежна схематизация; меньшая надежность.
В результате натурных и лабораторных исследований накапли- ваются данные, без которых нельзя было решить многие задачи прак- тики. Здесь уместно вспомнить слова И.П. Павлова к молодежи: "Как ни совершенно крыло птицы, оно никогда не смогло бы поднять её ввысь, не опираясь на воздух. Факты это воздух ученого. Без них вы никогда не сможете взлететь. Без них ваши теории – пустые потуги".
Аналитические методы имеют целью выразить в математиче- ской форме закономерности механических процессов, происходящих в породных массивах. Под выражением закономерностей в математиче- ской форме подразумеваются: функциональные или корреляционные, численные (табличные), графические, смешанные зависимости. Слово аналитический здесь понимается в широком смысле, как относящийся вообще к разработке приемов вычислений.
Лекция 5
