Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИМИТАЦИИ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ВЫРАБОТКАХ НА МОДЕЛЯХ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для имитации проявления горного давления в выработках, закрепленных анкерной крепью.

Известен способ исследования устойчивости подготовительных выработок, закрепленных анкерной крепью, на моделях из эквивалентных материалов (Н.И. Мельников. «Анкерная крепь», М.: Недра, 1980. - 248 с.), который заключается в изготовлении на стенде массива из эквивалентного материала, сооружении в нем выработки, установке анкерной крепи, последующей пригрузке массива и проведении измерений. При этом конструкция анкерной крепи, применяемая в модели, соответствует в натуре распорным металлическим анкерам диаметром 25 мм, анкеры имитируются металлическими стержнями диаметром 4 мм. Закрепление анкеров осуществлялось с помощью «усов», выполненных на верхнем конце стержня.

Недостатком данного способа является точечное закрепление анкера в массиве, что не отражает принципы работы сталеполимерной анкерной крепи, в которой закрепление в шпуре осуществляется по всей его длине, Кроме того, с помощью этого способа невозможно определить, как влияет промежуток времени между обнажением кровли и установкой анкерной крепи на развитие смещений. В натурных условиях при установке анкеров имеют дело не со сплошным, а уже частично расслоившимся массивом, причем величина этого расслоения определяется временем, которое прошло от момента обнажения кровли до установления крепи. При этом, чем больше это время, тем интенсивнее расслоение и тем менее эффективна устанавливаемая крепь.

Известен способ изучения проявлений горного давления на моделях из эквивалентных материалов (Бадтиев Б.П. Обоснование и разработка технических решений по обеспечению устойчивости подготовительных выработок в предельно-напряженном блочном массиве рудников Толнаха. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. С-Пб, 2001 г., 19 с.), который включает изготовление модели массива из эквивалентного материала на стенде, сооружение в нем выработки, установление в ней анкеров, последующую пригрузку массива и проведение измерений. Под анкеры в массиве модели высверливались отверстия диаметром 1,5-2 мм, в них устанавливались анкеры, выполненные из калиброванной проволоки диаметром 0,75 мм. Анкеры перед установкой смачивали твердеющим раствором, состоящим из эпоксидной смолы, отвердителя и цемента. Таким образом, обеспечивалось сцепление анкеров с массивом модели по всей длине отверстия, чем достигалась полная аналогия с работой сталеполимерной крепи.

Основным недостатком данного способа, также как и в предыдущем случае, является невозможность изучения влияния времени от прошедшего момента обнажения кровли до ее крепления на устойчивость закрепленной выработки.

Известен способ моделирования на моделях из эквивалентных материалов проявлений горного давления в выработках (патент РФ на изобретение №2425223, авторы Розенбаум М.А., Удалов А.Е. и др, МПК E21D 11/00, G09B 23/40), принятый за прототип, включающий формовку модели горного массива из эквивалентных материалов, сооружение в нем выработки, крепление ее кровли анкерной крепью, последующую заданную пригрузку модели массива и измерение в ней деформаций и смещений кровли. В выработке устанавливают жесткую опору, расстояние от которой до кровли выработки принимают равным величине смещений кровли в натуре за определенный период времени, с учетом геометрического масштаба моделирования, пригружают модель до тех пор, пока кровля выработки опустится на жесткую опору, после этого возводят анкерную крепь и убирают жесткую опору.

Недостатком прототипа является низкая информативность, проявляющаяся в:

1) отсутствии многообразия фиксируемых при имитации на модели проявлений горного давления в выработках различной конфигурации и с различными элементами закрепления анкерной крепи. Так, в выработках прямоугольного сечения и в выработках типа перевернутой трапеции перераспределение горного давления будет значительно отличаться.

2) отсутствии при моделировании контроля за подвижкой массива вокруг выработок, помимо кровли (начало прогиба, расслоение, проявление зон трещиноватости и т.д.) с момента проведения выработок до укрепления кровли анкерной крепью, и далее - до начала и по мере имитации подвигания очистного забоя;

3) отсутствии при моделировании контроля формирования разгрузки и нагрузки почвы выработок (особенно при ее способности к пучению);

Технический результат - повышение информативности моделирования.

Для реализации вышеназванного технического результата в способе имитации проявления горного давления в выработках на моделях из эквивалентных материалов, включающем формовку модели горного массива из эквивалентных материалов, сооружение в нем выработки, крепление ее кровли анкерной крепью, последующую заданную пригрузку модели массива и измерение в ней деформаций и смещений, согласно заявляемому техническому решению, во время формовки модели намечают контуры одинаковых или различных сечений запланированных к одновременному проведению исследуемых выработок, затем, после пригрузки модели до имитируемой глубины, одновременно проводят запланированные выработки, перед сшиванием массива анкерной крепью фиксируют подвижку кровли и массива вокруг выработок и изменение давления в почве выработок в зоне разгрузки и зоне опорного давления, далее осуществляют сшивание кровли анкерной крепью с различными элементами закрепления, а после указанных операций начинают имитировать подвигание очистного забоя с учетом его подхода, прохода и удаления от места замера путем поэтапной пригрузки модели на основании данных, полученных с соблюдением условий подобия на моделях из эквивалентных материалов, или данных натурных исследований в аналогичных горно-геологических и горнотехнических условиях с учетом масштаба времени, при этом постоянно контролируют подвижку сшитой кровли и массива вокруг выработок, а также смещения контуров выработок в направлениях почва - кровля и бок - бок и фиксируют показания датчиков давления в почве выработок в зоне разгрузки и зоне опорного давления.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана формируемая при реализации предлагаемого способа модель из гипсопесчаных эквивалентных материалов, а на фиг. 2 показана модель после проведения выработок и установки в них контурных реперов.

Во время формовки модели 1 намечают контуры одинаковых или различных сечений запланированных к одновременному проведению исследуемых выработок 2. При этом для осуществления в дальнейшем сшивания кровли за пределами намеченных контуров закладывают анкеры 3 без элементов закрепления, а для реализации дальнейших исследований - несколько рядов реперов 4, а в почву предполагаемых смежных выработок 2 закладывают ряд датчиков давления 5.

Далее пригружают модель массива 1 до заданной имитируемой глубины с помощью пневмобаллонов 6.

Затем, после пригрузки модели 1, одновременно проводят запланированные выработки 2.

Перед сшиванием массива анкерной крепью фиксируют подвижку кровли и массива вокруг выработок 2 с помощью реперов 4, а также устанавливаемых в почве, кровле и боках выработок 2 после их проведения в направлении почва - кровля и бок - бок контурных реперов 7, и изменение давления в почве выработок в зоне разгрузки и зоне опорного давления с помощью ряда датчиков давления 5. Тем самым в процессе моделирования завершается стадия формирования зон разгрузки в выработках с фиксацией перераспределения горного давления путем измерения соответствующих смещений.

Далее осуществляют сшивание кровли анкерной крепью из анкеров 3 с различными элементами закрепления 8.

После указанных операций начинают имитировать подвигание очистного забоя с учетом его подхода, прохода и удаления от места замера путем поэтапной пригрузки модели 1 с помощью пневмобаллонов 6 на основании данных, полученных с соблюдением условий подобия на моделях из эквивалентных материалов, или данных натурных исследований в аналогичных горно-геологических и горнотехнических условиях с учетом масштаба времени, при этом постоянно контролируют подвижку сшитой кровли и массива вокруг выработок 2 с помощью реперов 4, а также смещения контуров выработок 2 в направлениях почва - кровля и бок - бок с помощью контурных реперов 8 и фиксируют показания датчиков давления 5 в почве выработок в зоне разгрузки и зоне опорного давления. Таким образом, на данном этапе моделирования осуществляется фиксация постадийного формирования зон повышенного горного давления, зон затухания вплоть до стабилизации горного давления.

Таким образом, заявляемый технический результат достигается следующим:

1) Планированием контуров, а затем одновременным проведением одинаковых или различных сечений исследуемых выработок с последующим сшиванием их кровли анкерной крепью с различными элементами закрепления. Это обеспечивает многообразие фиксируемых при имитации на модели проявлений горного давления в выработках различной конфигурации и с различными элементами закрепления анкерной крепи;

2) Фиксацией перед сшиванием массива анкерной крепью подвижки кровли и массива вокруг выработок и изменение давления в почве выработок в зоне разгрузки и зоне опорного давления. Это обеспечивает начальные условия для моделирования в виде результатов комплексного контроля за подвижкой кровли и массива вокруг выработок, а также за давлением в почве выработок, с момента проведения выработок до укрепления кровли анкерной крепью;

3) Имитацией подвигания очистного забоя с учетом его подхода, прохода и удаления от места замера путем поэтапной пригрузки модели на основании данных, полученных с соблюдением условий подобия на моделях из эквивалентных материалов, или данных натурных исследований в аналогичных горно-геологических и горнотехнических условиях с учетом масштаба времени, с постоянным контролем при этом подвижки сшитой кровли и массива вокруг выработок, а также смещения контуров выработок в направлениях почва - кровля и бок - бок и фиксацией показаний датчиков давления в почве выработок в зоне разгрузки и зоне опорного давления. Это позволяет получать результаты комплексного контроля за подвижкой кровли и массива вокруг выработок, а также за давлением в почве выработок, в процессе дальнейшего моделирования состояния горного массива.