Определение давления на закладочный массив по данным измерений

16.03.2020

При измерениях горного давления, кроме датчиков в угольном массиве, закладывалось большое число датчиков давления и конвергенции в выработанном пространстве, заполняемом пневмозакладочным материалом. Результаты измерения давления, действовавшего на закладочный массив, показали, что непосредственно за лавой какой-либо «задней пяты свода давления» в действительности не образуется. Эти измерения дали возможность определить по условиям равновесия распределение опорного давления в краевой зоне пласта перед забоем. Наконец, были установлены взаимосвязи между давлением и усадкой закладочного массива

Из кривых (рис. 1.7), полученных путем усреднения 17 кривых распределения давления и 12 кривых конвергенции, видно, что характеристика закладочного массива имеет пологую и крутую ветви. Пологая ветвь кривой соответствует периоду предварительного уплотнения закладки, при котором кровля постепенно опускается на закладочный массив. Чем больше уплотнение, тем большее сопротивление оказывает закладочный массив опусканию кровли.

Если построить характеристику закладочного массива в полулогарифмической системе координат, т. е. нанести значения конвергенции на линейной шкале, а величины давления — на логарифмической (рис. 18), то крутая ветвь характеристики, соответствующая поведению закладочного массива после предварительного уплотнения, будет хорошо аппроксимироваться прямой линией. Помимо усредненной характеристики (штриховая линия) на рис. 1.8 нанесены линии, соответствующие результатам девяти серий одновременно проведенных наблюдений. Аналогичную картину показывают также и результаты испытаний закладочного массива на стенде. Характеристика закладочного массива (без стадии предварительного уплотнения), полученная на основе шахтных измерений, располагается в середине диапазона разброса результатов стендовых испытаний. Крутизну характеристики, т. е. тангенс угла наклона касательной к оси абсцисс б в линейной системе координат (см. рис. 1.7), можно назвать «коэффициентом жесткости закладочного массива». Коэффициент жесткости С, который выражается в единицах давления, отнесенных на 1 см усадки закладочного массива (МПа/см), показывает, насколько возрастает сопротивление массива при его усадке на 1 см.

Однородные твердые тела также обладают коэффициентом жесткости — модулем упругости, равным образом, как и пружины, у которых коэффициент жесткости характеризует величину дополнительной нагрузки, требуемой для сжатия пружины еще на 1 см. Если пружину с коэффициентом жесткости C=10 Н/см сжать на 1 см, то усилие пружины возрастет на 10 Н. При этом безразлично, была ли пружина предварительно нагружена усилием 20 или 30Н. Усилие пружины будет постоянно возрастать на 10H при сжатии пружины на 1 см.

В отличие от пружины коэффициент жесткости закладочного массива не является постоянным. Из рис. 1.7 видно, что угол наклона касательной по мере увеличения давления становится все круче. Если построить зависимость между коэффициентом жесткости закладки и давлением на закладочный массив в линейной системе координат, то получим восходящую прямую (рис. 1.9). Сжатию закладки на 1 см при давлении 10МПа соответствует прирост сопротивления на 1,6 МПа, при давлении 20 МПа — на 3,4 МПа, а при давлении 30 МПа — уже на 5,1 МПа. В то время как идеальная пружина обладает постоянной, не зависящей от нагрузки жесткостью, сопротивление закладочного массива непрерывно возрастает по мере увеличения нагрузки. Можно принять, что коэффициент жесткости закладки возрастает пропорционально увеличению давления на закладочный массив.

Приведенная выше логарифмическая зависимость справедлива не только для закладочного массива, возводимого пневматическим способом, но и вообще для всех рыхлых или зернистых материалов и для некоторых твердых веществ. Она пригодна также и для обрушенных пород в выработанном пространстве (при выемке пласта с обрушением кровли).

Закономерность развития конвергенции полосы закладочного массива можно сформулировать следующим образом: отношение уже происшедшей конвергенции к конвергенции, которая еще должна произойти, возрастает в линейной зависимости от времени.

Эту же закономерность можно отнести также и к расстоянию между рассматриваемой полосой закладочного массива и забоем: величина конвергенции, которой еще должен подвергнуться закладочный массив, обратно пропорциональна расстоянию до забоя.

Также и для кривой, описывающей развитие конвергенции во времени, которая не является гиперболой, справедлива логарифмическая зависимость между конвергенцией и давлением. Так как логарифм давления после стадии предварительного уплотнения закладки пропорционален конвергенции, кривая развития давления в закладке во времени должна быть в полулогарифмической системе координат подобна кривой развития конвергенции во времени, построенной в линейной системе координат. Логарифмический масштаб можно выбрать таким образом, что обе эти кривые совпадут (рис. 1.10). Следовательно, если известна кривая изменения конвергенции, а величину предварительного уплотнения закладки и конечного давления можно узнать непосредственными измерениями или определить ориентировочно, то имеется возможность (см. рис. 1.10) нанести логарифмическую шкалу между этими точками. Такой способ графических расчетов обладает тем преимуществом, что распределение давления на закладочный массив от неся пород кровли может быть определено непосредственно по кривой зависимости конвергенции от времени.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна