Метод центробежного моделирования.

Метод центробежного моделирования состоит в том, что модель из горных пород моделируемого объекта, выполненную в заданном геометрическом масштабе, помещают в каретку центрифуги (рис 10.2) и путем равномерного вращения нагружают объемными инерционными силами, придавая тем самым породам модели некоторый фиктивный объемный вес в соответствии с формулой (10.4). Фиксируя деформации и напряжения пород модели в различных точках, изучают таким путем закономерности процессов геомеханики для моделируемых условий, а также устанавливают оптимальные параметры горнотехнических объектов и сооружений по фактору устойчивости.

Рис 10.2 Конструкция центри-фуги.

а - расчётная схема для определения основных параметров; б - конструктивная схема.

1 - фундамент; 2 - вертикальная ось; 3 - подшипники; 4 - коромысло; 5 - вилки для крепления подвесок; 6 - каретки; 7 - электродвигатель постоянного тока; 8 - коллектор; 9 - основание модели; 10 - модель.

Современные центрифуги позволяют испытывать модели высотой до 0,4—0,5 м. Обычно применяемый масштаб центробежного моделирования n находится в пределах от 20 до 500 в зависимости от решаемых задач.

Метод центробежного моделирования с успехом и большой степенью надежности применяют при решении задач, связанных с определением размеров устойчивых потолочин камер, оптимальной формы и параметров бортов карьеров и отвалов, давления обрушенных пород на днища очистных блоков, влияния длительной нагрузки на крепь капитальных выработок, пройденных в пластичных глинистых породах и др. Использование специальных устройств позволяет моделировать в центрифуге одновременное действие статического поля напряжений и динамического поля, создаваемого при взрывных работах.

Одним из достоинств центробежного моделирования является то, что это единственный из методов моделирования, в котором благодаря использованию натуральных горных пород соблюдается соответствие между размерами частиц и молекул. Для некоторых задач это имеет важное значение.

Вместе с тем метод центробежного моделирования имеет ряд ограничений. Одно из них состоит в том, что, строго говоря, центробежное моделирование не обеспечивает однородности механического силового поля. Это обстоятельство, а также технические возможности ограничивают предельные размеры моделей по высоте и возможные глубины моделируемой толщи пород.

При центробежном моделировании крайне затруднительно или даже невозможно воспроизводить слоистые толщи разнородных по составу и свойствам пород. Большие технические трудности представляет воспроизведение в модели перемещения забоя во времени.