Производственные процессы добычи руды, страница 22

Способ Хаста и Лимана (рис. 6.6 б, в): основан на измерении деформаций упругого восстановления скважины малого диаметра. Последовательность работ: в выработке бурится скважина большого диаметра сплошным забоем. Затем бурят опережающую скважину малого диаметра из забоя основной скважины. В нее устанавливают деформометры (схема Хаста) либо на ее стенки с помощью специальных приспособлений наклеивают тензодатчики (схема Лимана). При этом фиксируют изменения диаметра центральной скважины в разных направлениях. Напряжения определяются по результатам измеренных деформаций.

а

б

Рис. 6.6. Схемы определения напряжений в массиве: а – способ ВНИМИ; б – способ Хаста и Лимана.

1 – основная скважина; 2 – тензометр (деформометр); 3 – опережающая скважина малого диаметра; 4 – керн.

Физическое моделирование геомеханических процессов осуществляется, как правило, в лабораторных условиях. Целью моделирования является воспроизведение и изучение на физических моделях механических процессов подобно натурным условиям (позволяет выявить основные качественные характеристики процессов деформирования и разрушения горных пород).

Различают моделирование двух видов: физическое и аналоговое. Физическое – предусматривает воссоздание в моделях аналогичных механических полей, действующих в натурных условиях, в соответствии с масштабом моделирования. Аналоговое – предусматривает замену натурного поля механических напряжений электрическим полем в модели.

Применяются следующие методы физического моделирования: моделирование на активных фотоупругих материалах (поляризационно-оптический метод); на эквивалентных материалах; центробежное моделирование.

Основным условием корректного физического моделирование является соблюдения ряда критериев (масштабов) подобия. Подобными называются явления, происходящие в геометрически подобных системах, если во всех рассматриваемых точках отношение одноименных величин есть постоянные числа. Эти отношения называются константами подобия. Они равны масштабу моделирования. Выделяют основные три критерия подобия: геометрическое, динамическое и кинематическое (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Масштабы подобия

Критерий подобия	формулы	примечание
1. Геометрическое подобие		Lн, Lм – соответственно, линейные размеры в натуре и в модели, м
2. Динамическое (силовое) подобие	,   ,	Fн, Fм – силы, действующие в сходственных областях натуры и модели. σн, σм – соответственно, напряжения в натуре и модели. γн, γм – соответственно, плотности руды в натуре и модели.
3. Кинематическое подобие	,  ,	tн, tм – промежутки времени, за которые сходственные точки совершают подобные перемещения. gн, gм – соответственно, ускорения свободного падения в натуре и модели.

Поляризационно-оптическое моделирование [Р.И. Хаимова-Малькова, 1970] позволяет установить распределение и значения напряжений в массивах пород и элементах сооружений любой конфигурации (выделить наиболее и наименее напряженные участки), когда деформирование модели происходит без разрыва сплошности. Для исследования горного давления изготавливают специальные модели, обычно из оргстекла.

В соответствии с принятым масштабом моделирования в модели (пластине) имитируют изучаемые объекты, вокруг которых в дальнейшем оценивают напряженно-деформированное состояние. Принципиальная схема оптико-поляризованной установки приведена на рис. 6.7.