×
19.06.2019
219.017.8527

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЦЕНКИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РЕАКЦИИ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА ПРИ ЕГО ДЛИТЕЛЬНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ПОРОДАМИ, ВМЕЩАЮЩИМИ ГОРНУЮ ВЫРАБОТКУ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002254465
Дата охранного документа
20.06.2005
Аннотация: Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для количественной оценки геомеханической роли закладочного массива при его взаимодействии с боковыми породами. Способ включает проведение компрессионных испытаний системы «цилиндрический породный образец - закладочный материал» в жестких матрицах при различных значениях отношения высоты закладочного материала, заполняющего зазор между стенками жесткой цилиндрической матрицы и образцом, к высоте образца, у которого отношение высоты к диаметру составляет не менее 2. Образец устанавливают в матрицах таким образом, чтобы его ось проходила через ось матрицы. Строят обобщенный паспорт прочности в координатах "горизонтальное напряжение - вертикальное напряжение" породного образца. Дополнительно проводят испытания породных образцов на ползучесть при сжатии при нагрузках выше предела длительной прочности породы с построением кривых ползучести в координатах «уровень нагружения - логарифм скорости вертикальных деформаций», после чего породные образцы в матрице окружают закладочным материалом и проводят те же испытания. Определяют относительную реакцию закладочного массива по математическому выражению. Строят номограмму зависимости относительной реакции закладочного материала от отношения его высоты к высоте породного образца при различных уровнях нагружения системы. По номограмме определяют относительную реакцию закладочного массива при его длительном взаимодействии с породами, вмещающими горную выработку. Изобретение направлено на повышение достоверности получаемых результатов и повышение качества управления процессами деформирования и разрушения массивов. 5 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для количественной оценки геомеханической роли закладочного массива при его взаимодействии с боковыми породами.

При взаимодействии закладочного массива и целиков, когда породы, деформируясь, давят на уплотняющую закладку, со стороны закладочного массива на боковые породы действует реактивное горизонтальное давление (реакция закладочного массива), в результате чего породы оказываются в объемном напряженном состоянии и обладают значительно большей несущей способностью по сравнению со случаем плоского или одноосного напряженного состояния.

Известны способы определения реакции закладочного массива по данным измерений в натурных условиях шахт и рудников, заключающиеся в установке большого количества датчиков давления и реперных станций для измерения конвергенции породного контура в выработанном пространстве, заполненном закладочным материалом, проведении мониторинговых измерений, обработке и интерпретации их результатов (Якоби О. Практика управления горным давлением. - М.: Недра, 1986.; Хомяков В.И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. - М.: Недра, 1984).

Однако указанные способы обладает значительной трудоемкостью и являются поэтому дорогостоящими. Кроме того, получающиеся результаты имеют большой разброс и недостаточно достоверны, т.к. позволяют оценить реакцию закладочного массива только в той конкретной горно-геологической и горно-технической ситуации, где проводятся натурные наблюдения.

Известен способ оценки давления в закладочной смеси, которое равно реакции закладки, заключающийся в лабораторных испытаниях в условиях компрессии системы "образец-закладка" в жестких цилиндрических матрицах, на стенках которых по периметру под углом 120° установлены электрические тензодатчики, и построении графиков зависимости "напряжение - деформация сжатия" для керна и "деформация сжатия -боковое напряжение" для закладочной смеси (Блайт ДЖ.Е., Кларк И.Е. Приготовление и исследование свойств жесткой закладочной смеси для поддержания целиков // Разработка месторождений с закладкой - М.: Мир, 1987).

Однако этот способ также является достаточно трудоемким и дорогостоящим, не позволяет учесть прочностные свойства породного образца. Полученные результаты оценки являются недостоверными.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ оценки относительной реакции закладочного массива при его взаимодействии с породами, вмещающими горную выработку (П. №2204716, МКИ Е 21 С 39/00, БИ №14, опубл. 20.05.2003). Способ включает проведение компрессионных испытаний системы "цилиндрический породный образец - закладочный материал" в жестких матрицах при различных значениях отношения высоты закладочного материала, заполняющего зазор между стенками жесткой цилиндрической матрицы и образцом, к высоте образца, породные образцы, у которых отношение высоты образца к его диаметру составляет не менее 2, устанавливают в матрицах таким образом, чтобы ось образца проходила через ось матрицы, после чего производят их компрессионные испытания с построением компрессионных кривых "вертикальная деформация - вертикальное напряжение" породного образца и осуществляют вычисление относительной реакции закладочного массива по формуле

где q - реактивное давление закладочного материала на породный образец;

- предел прочности породных образцов на одноосное сжатие;

Ку - отношение вертикального напряжения, действующего на породный образец, окруженный закладочным материалом, к вертикальному напряжению, действующему на породный образец без закладки, при одном и том же значении вертикальной деформации, которое определяют по компрессионным кривым;

α - константа породы, соответствующая коэффициенту увеличения прочности породного образца при действии на него осевого давления и бокового давления σ2, определяемая из испытаний породных образцов на сжатие с построением паспорта прочности в координатах "горизонтальное напряжение - вертикальное напряжение" как тангенс угла его наклона к горизонтальной оси.

Указанный способ не позволяет оценить реакцию закладочного массива при его длительном взаимодействии с боковыми породами, когда последние развивают деформации и собственно давление на закладку во времени, что через определенный период делает результаты недостоверными.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении области применения и повышении достоверности получаемых результатов за счет учета длительности взаимодействия закладочного и породного массивов, вследствие чего создается возможность более корректно решать задачи управления процессами их деформирования и разрушения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки относительной реакции закладочного массива при его длительном взаимодействии с породами, вмещающими горную выработку, включающем проведение компрессионных испытаний системы «цилиндрический породный образец - закладочный материал» в жестких матрицах при различных значениях отношения высоты закладочного материала, заполняющего зазор между стенками жесткой цилиндрической матрицы и образцом, к высоте образца, у которого отношение высоты к диаметру составляет не менее 2, его устанавливают в матрицах таким образом, чтобы ось образца проходила через ось матрицы, с построением обобщенного паспорта прочности в координатах "горизонтальное напряжение - вертикальное напряжение" породного образца, определение относительной реакции закладочного массива, дополнительно проводят испытания породных образцов на ползучесть при сжатии при нагрузках выше предела длительной прочности породы с построением кривых ползучести в координатах «уровень нагружения - логарифм скорости вертикальных деформаций», после чего породные образцы в матрице окружают закладочным материалом и проводят те же испытания, а относительную реакцию закладочного массива определяют по формуле

где q - реактивное давление закладочного массива на породный образец;

- предел прочности породных образцов на одноосное сжатие;

σ1 - осевое сжимающее напряжение, действующее на образец, равное отношению вертикальной нагрузки на образец к площади его поперечного сечения;

ε - скорость вертикальных деформаций;

Kε - отношение скорости вертикальных деформаций (на стадии установившейся ползучести породного образца, окруженного закладочным материалом, к скорости вертикальных деформаций на стадии установившейся ползучести породного образца без закладки при одном и том же сжимающем осевом напряжении σ1;

α - константа породы, соответствующая коэффициенту увеличения прочности породного образца при действии на него осевого давления σ1 и бокового давления σ2, определяемый из испытаний породных образцов на сжатие с построением паспорта прочности в координатах «боковое напряжение - осевое напряжение» как тангенс угла его наклона к горизонтальной оси;

β - константа породы, соответствующая коэффициенту увеличения скорости ползучести образца при увеличении уровня нагружения , определяемая из испытаний породных образцов без закладки на ползучесть при сжатии с построением графика «уровень нагружения -натуральный логарифм скорости деформаций 1nε» как тангенс его наклона к горизонтальной оси;

после чего строят номограмму зависимости относительной реакции закладочного материала от отношения его высоты к высоте породного образца при различных уровнях нагружения системы, по которой определяют относительную реакцию закладочного массива при его длительном взаимодействии с породами, вмещающими горную выработку.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - обобщенный паспорт прочности породы в координатах «горизонтальное напряжение - вертикальное напряжение»;

на фиг.2 - графики зависимости натурального логарифма скорости ε продольных деформаций породных образцов на стадии установившейся ползучести от уровня нагружения системы (а) и отношения высоты закладки к высоте образца - полноте заполнения жестких матриц закладкой А(б);

на фиг.3 - графики зависимости коэффициента снижения скорости установившейся ползучести образца Kε от полноты заложения матриц закладкой А и уровня нагружения системы: где кривые 9 при 10 при

на фиг.4 - номограмма зависимости реакции закладочного материала от уровня нагружения системы и полноты заполнения матриц закладкой А по результатам длительных испытаний системы «образец-закладка».

Способ оценки относительной реакции закладочного массива иллюстрируется на примере испытаний образцов соляных пород Верхнекамского месторождения калийных и калийно-магниевых солей. Для испытаний применяли максимально схожие между собой образцы - «близнецы» с отношением высоты (h) к диаметру (d) составляет не менее 2.

Проводили испытания породных образцов на сжатие в стабилометре с построением обобщенного паспорта прочности в координатах «горизонтальное напряжение σ2 - вертикальное напряжение σ1» и получили данные на фиг.1, где 1 - криволинейная огибающая кругов Мора, 2 - ее линейная аппроксимация. По линейной аппроксимации паспорта прочности как тангенс угла наклона прямой к горизонтальной оси координат определяли константу породы α, соответствующую коэффициенту увеличения прочности породного образца при действии на него не только вертикального (осевого) давления σ1, но и горизонтального (бокового) давления σ2.

Затем проводили испытания породных образцов на ползучесть при сжатии осевым давлением σ1, превышающим предел длительной прочности породы σ, меняя значение σ1 от σ до строили график зависимости натурального логарифма скорости ползучести на установившейся стадии Inε от нагружения образца (фиг.2а), по которому как тангенс угла наклона прямой 3 к горизонтальной оси определяли константу породы β, характеризующую степень увеличения скорости установившейся ползучести s при увеличении уровня нагружения образца .

Затем проводили лабораторные испытания системы «образец-закладка» на простую ползучесть в условиях двуосного сжатия при постоянной вертикальной нагрузке σ1 и зависящим от времени τ боковым подпором σ2(τ), создаваемым реакцией закладки. Испытывали породные образцы цилиндрической формы (высота h=84 мм, d=43 мм), выбуренные из одного сезонного слоя сильвинитового пласта и ориентированные перпендикулярно напластованию, в жестких матрицах с внутренним диаметром D=106 мм. Закладочный материал (гидрозакладку) отбирали в натурных условиях, он имел «возраст» 12 лет. Строили кривые ползучести в координатах «вертикальная деформация - время».

После чего породные образцы в матрице окружают закладочным материалом и проводят те же испытания. Перед испытанием образцы породы и закладочного материала покрывали гидроизоляционным покрытием, зазор между ними составлял 0,2-0,3 мм. Зазор между закладочным материалом и металлической обоймой заполняли специальным цементом, приготовленным на карналлитовом растворе. Нагружение образцов осуществляли гидравлическим способом через специальные опорные шайбы, изготовленные из сильвинита. В процессе опыта измеряли вертикальные деформации ε. В экспериментах изменяли степень нагружения образцов и полноту заполнения матриц закладочным материалом А=h3/h, где h3 - высота закладочного образца, h - высота породного образца. Продолжительность испытаний составляла 12 месяцев.

По результатам испытаний были определены и построены графики зависимости натурального логарифма скорости установившейся ползучести породного образца от влияющих факторов (фиг.3), на которых: 3-А=0; 4-А=0,45; 5-А=0,69; 6-А=0,89; 7-

По результатам испытаний системы «образец-закладка» в жестких матрицах на ползучесть с использованием построенных графиков зависимости натурального логарифма скорости установившейся ползучести породных образцов от влияющих факторов (фиг.3) определяли коэффициент снижения скорости вертикальных деформаций на стадии установившейся ползучести породного образца в условиях взаимодействия с закладкой по формуле:

где ε3 и ε - соответственно скорости продольных деформаций породного образца без закладки и с закладкой при одном и том же значении σ1сжо.

На фиг.4 приведены графики зависимости коэффициента К^ от полноты заполнения матриц закладкой А: Очевидно, что значения Kε существенно меньше 1,0.

Полагая, что

получим формулу для Kε в виде

где - предел прочности породных образцов на одноосное сжатие;

σ1 - осевое сжимающее активное давление на породный образец;

σ2=q - реактивное боковое давление закладки (реакция закладки) на образец;

α - константа породы, соответствующая коэффициенту увеличения прочности породного образца при действии на него не только осевого давления σ1, но и бокового давления σ2, определяемая из испытаний породных образцов на сжатие с построением паспорта прочности в координатах «горизонтальное напряжение - вертикальное напряжение» как тангенс угла его наклона к горизонтальной оси;

β - константа породы, соответствующая коэффициенту увеличения скорости ползучести при увеличении уровня нагружения , определяемая из испытаний породных образцов без закладки на ползучесть при сжатии с построением графика «уровень нагружения -логарифм скорости деформаций In ε» как тангенс его наклона к горизонтальной оси. В результате математических преобразований получим формулу для оценки относительной реакции закладки в виде

При этом оценивают как среднее в интегральном смысле на интервале времени от t=0 до времени t=tcm стабилизации процесса деформирования системы «образец-закладка»;

На фиг.4 приведена номограмма зависимости относительной реакции закладочного материала от отношения А (высоты h3 к высоте породного образца h) при различных степенях нагружения системы, где 13-А=0,45; 14-А=0,69; 15-А=0,89, построенная при α=5,73 и β=16,10.

Оценим количественно реакцию закладки на конкретном примере. Пусть разрабатывается сильвинитовый пласт с применением камерной системы разработки на глубине Н=200 м при среднем объемном весе вышележащих пород γ=0,021 МН/м3, при отношении высоты целиков h к их ширине b, равном 2, и коэффициенте извлечения полезного ископаемого из недр ω=0,6. Тогда осевое сжимающее давление на целики σ1=γН/(l-ω)=10,5 МПа. Если прочность пород, слагающих целики, на одноосное сжатие σсжо равна 19 МПа, то, умножая ее на коэффициент 7,25, из-за того, что целики ленточные, получим несущую способность целиков, равной 23,75 МПа, а степень их нагружения С=0,44.

Если время отставания закладочных работ от очистных принять равным нулю, свойства закладочного массива такими, как у испытанного закладочного материала, полноту заполнения очистных камер А=0,7, то согласно номограмме на фиг.5 при С=0,44: А=0,7, ; при =2,55 МПа.

Определим степень нагружения целиков при их взаимодействии с закладочным массивом С3 при α=5,73. Получаем С3=0,25, т.е. степень нагружения целиков в окружении закладки уменьшается в 1,76 и, что наиболее существенно, изменяется режим деформирования целиков: они будут работать как жесткие, а не как податливые.

Использование предлагаемого способа оценки относительной реакции закладочного массива при его длительном взаимодействии с породами, вмещающими горную выработку, позволяет оперативно оценить несущую способность целиков различного назначения при разработке месторождений с закладкой, чтобы изменить параметры очистных и закладочных работ в соответствии с конкретной горно-геологической и горно-технической ситуацией для обеспечения геодинамической безопасности недр и земной поверхности.

Способоценкиотносительнойреакциизакладочногомассиваприегодлительномвзаимодействииспородами,вмещающимигорнуювыработку,включающийпроведениекомпрессионныхиспытанийсистемы«цилиндрическийпородныйобразец-закладочныйматериал»вжесткихматрицахприразличныхзначенияхотношениявысотызакладочногоматериала,заполняющегозазормеждустенкамижесткойцилиндрическойматрицыиобразцом,квысотеобразца,укоторогоотношениевысотыкдиаметрусоставляетнеменее2,егоустанавливаютвматрицахтакимобразом,чтобыосьобразцапроходилачерезосьматрицы,спостроениемобобщенногопаспортапрочностивкоординатах"горизонтальноенапряжение-вертикальноенапряжение"породногообразца,определениеотносительнойреакциизакладочногомассива,отличающийсятем,чтодополнительнопроводятиспытанияпородныхобразцовнаползучестьприсжатиипринагрузкахвышепределадлительнойпрочностипородыспостроениемкривыхползучестивкоординатах«уровеньнагружения-логарифмскоростивертикальныхдеформаций»,послечегопородныеобразцывматрицеокружаютзакладочнымматериаломипроводяттежеиспытания,аотносительнуюреакциюзакладочногомассиваопределяютпоформуле146200000029-DOC.tiftifdrawing62где-реактивноедавлениезакладочногомассиванапородныйобразец;6700000031-DOC.tiftifdrawing64σ-осевоесжимающеенапряжение,действующеенаобразец,равноеотношениювертикальнойнагрузкинаобразецкплощадиегопоперечногосечения;ε-скоростьвертикальныхдеформаций;K-отношениескоростивертикальныхдеформацийεнастадииустановившейсяползучестипородногообразца,окруженногозакладочнымматериалом,кскоростивертикальныхдеформацийнастадииустановившейсяползучестипородногообразцабеззакладкиприодномитомжесжимающемосевомнапряженииσ;α-константапороды,соответствующаякоэффициентуувеличенияпрочностипородногообразцапридействиинанегоосевогодавленияσибоковогодавленияσ,определяемаяизиспытанийпородныхобразцовнасжатиеспостроениемпаспортапрочностивкоординатах«боковоенапряжение-осевоенапряжение»кактангенсуглаегонаклонакгоризонтальнойоси;β-константапороды,соответствующаякоэффициентуувеличенияскоростиползучестиобразцаприувеличенииуровнянагруженияσ/σ,определяемаяизиспытанийпородныхобразцовбеззакладкинаползучестьприсжатииспостроениемграфика«уровеньнагруженияσ/σ-натуральныйлогарифмскоростидеформацийlnε»кактангенсегонаклонакгоризонтальнойоси,послечегостроятномограммузависимостиотносительнойреакциизакладочногоматериалаототношенияеговысотыквысотепородногообразцаприразличныхуровняхнагруженияσ/σсистемы,покоторойопределяютотносительнуюреакциюзакладочногомассиваприегодлительномвзаимодействииспородами,вмещающимигорнуювыработку.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 12 items.
01.03.2019
№219.016.c91c

Способ заоткоски уступов сложного профиля

Способ заоткоски уступов сложного профиля относится к горному делу и может быть использован для разработки полезных ископаемых открытым способом в скальных и полускальных горных породах при постановке высоких уступов на проектный контур. Целью изобретения является повышение эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002265794
Дата охранного документа: 10.12.2005
29.03.2019
№219.016.efb9

Способ возведения закладочной породной перемычки в горной выработке

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с гидравлической закладкой выработанного пространства. Позволяет снизить объем буровых работ и расход взрывчатых материалов в 1,3-1,5 раза. Перпендикулярно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002290514
Дата охранного документа: 27.12.2006
29.03.2019
№219.016.f1e6

Способ крепления выработок

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способу крепления горных выработок в пластичных солевых породах. Техническим результатом является снижение нагрузок, передаваемых на рамную крепь, предотвращение расслоения пород кровли, обеспечение длительного эксплуатационного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002387840
Дата охранного документа: 27.04.2010
29.03.2019
№219.016.f208

Костровая крепь

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к костровой крепи, и может быть использовано для крепления горных выработок при разработке соляных месторождений полезных ископаемых. Техническим результатом является повышение податливости деревянной костровой крепи за счет создания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002381367
Дата охранного документа: 10.02.2010
29.03.2019
№219.016.f67b

Устройство для регулирования нейтрализации-разбавления отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

Устройство включает выхлопную трубу с соплом и теплоизолированную реакторную камеру. Сопло выхлопной трубы оснащено диафрагмой с изменяемым сечением, а теплоизолированная реакторная камера имеет двойной корпус с теплоизоляцией между корпусами и выполнена телескопической. Реакторная камера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002406837
Дата охранного документа: 20.12.2010
04.04.2019
№219.016.fbe2

Способ тампонажа горных пород водоносных горизонтов при строительстве вертикальных шахтных стволов

Изобретение относится к горному делу и предназначено для защиты горных выработок от притоков подземных вод. Обеспечивает снижение трудоемкости и материальных затрат на его выполнение при одновременном повышении эффективности водоподавления. Сущность изобретения: бурят нагнетательные скважины по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002258141
Дата охранного документа: 10.08.2005
04.04.2019
№219.016.fc1a

Способ усиления бетонной крепи сопряжения вертикального шахтного ствола с горизонтальной нерабочей выработкой в солевых породах

Изобретение относится к горному делу, а именно к способу охраны сопряжений шахтных стволов с горизонтальными нерабочими выработками. Техническим результатом является увеличение безопасного срока эксплуатации сопряжения, снижение величины горизонтальной конвергенции стенок выработки. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002392438
Дата охранного документа: 20.06.2010
10.04.2019
№219.017.0482

Способ охраны сопряжений вертикальных шахтных стволов с горными выработками в солевых породах

Изобретение относится к горному делу, а именно к разгрузке соляного породного массива в сопряжениях горных выработок, в частности сопряжений шахтных стволов с горизонтальными выработками. Технический результат - повышение эффективности разгрузки. Способ охраны сопряжений вертикальных шахтных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002372482
Дата охранного документа: 10.11.2009
09.06.2019
№219.017.7ca6

Способ сбора и отвода биогаза на полигоне твердых отходов с многослойным противофильтрационным экраном

Изобретение относится к обезвреживанию твердых бытовых отходов (ТБО) и допускаемых к размещению с ними промышленных отходов, к способу сбора и отвода биогаза, образующегося в процессе разложения отходов на полигоне ТБО. Способ включает подготовку основания 1, монтаж системы вертикального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002320426
Дата охранного документа: 27.03.2008
19.06.2019
№219.017.84ba

Способ чистки зумпфа скипового ствола после накопления в нем просыпи

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в условиях соляных и калийных рудников. Обеспечивает упрощение чистки зумпфа и уменьшение трудоемкости, исключение необходимости сооружения улавливающего бункера. Сущность: способ включает проходку выработки для чистки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002248449
Дата охранного документа: 20.03.2005
Showing 1-2 of 2 items.
29.03.2019
№219.016.eff1

Способ оценки относительной реакции закладочного массива при его взаимодействии с породами, вмещающими горную выработку

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для количественной оценки геомеханической роли закладочного массива при его взаимодействии с целиками различного назначения. Задачей изобретения является снижение трудоемкости работ и повышение оперативности оценки несущей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02204716
Дата охранного документа: 20.05.2003
18.05.2019
№219.017.5bce

Способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых

Способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых относится к горной промышленности и может быть использован при разработке обводненных месторождений твердых полезных ископаемых. Цель изобретения - повышение эффективности разработки обводненных месторождений за...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02165018
Дата охранного документа: 10.04.2001
+ добавить свой РИД