14.4. Центробіжне моделювання

Відцентрове моделювання застосовується в тих випадках, коли вага моделі недостатня для її деформації, а виготовлення більшої моделі недоцільно за якимись причинами.

Дослідження напруженого стану укосів на моделях з високомодульних оптично активних матеріалів практично неможливо без їх нагруження в центрифузі.

При цьому застосовують так називану малу центрифугу. Радіус обертання її коромисла становить 80 см, число оборотів досягає 1000 об/хв. Центрифуга обладнана спіралями для обігріву.

Відцентрове моделювання на еквівалентних матеріалах для дослідження стійкості укосів застосовується рідко, оскільки простіше підібрати такий склад матеріалу, що буде деформуватися під власною вагою без впливу додаткових сил.

Головним достоїнством відцентрового методу є можливість використання як матеріал моделі породи натури. Це дозволяє визначити граничні параметри укосів уступів для конкретних гірничо-геологічних умов без визначення фізико-механічних властивостей порід. Якщо врахувати погрішності при визначенні механічних властивостей на срезних приладах і труднощах підбора еквівалентних матеріалів при інших методах, то достоїнства відцентрового моделювання на породах натури стають особливо помітними.

Порядок проведення експериментів полягає в наступному. З порід укосу, які піддаються дослідженню, вирізує модель уступу. Одночасно відбираються проби й визначаються фізико-механічні властивості породи для орієнтовного розрахунку кута укосу або висоти уступу. Потім модель заставляється в центрифугу й поступово піддається нагруженню до розрахункового числа оборотів. На кожному щаблі нагруження випробування триває протягом часу, обумовленого по формулі (106). Якщо за цей час не відзначається ознак порушення стійкості уступу, то навантаження збільшується. Число оборотів центрифуги, при якому відбулося зрушення уступу, є граничним і по ньому розраховуються параметри уступу в натурі.

При відцентровому моделюванні необхідно враховувати, що достовірні результати можна одержати тільки для непорушеної частини моделі, оскільки частки частини, що деформувалася, уступу одержують різне прискорення й розташування їх стає хаотичним. Тому при обробці результатів розвал і розпушування порід не повинні прийматися в увагу.

Недоліком відцентрового моделювання на породах натури є можливість дослідження однорідного по висоті уступу. Якщо є два шари в масиві, то модель може бути вирізана на контакті їх з дотриманням співвідношення потужності шарів. При великій кількості шарів вирізати модель із масиву не представляється можливим.

Моделювання на породах натури виробляється на великій центрифузі. Наприклад, центрифуга ДГИ має наступні параметри: радіус коромисла - 2,5 м; максимальне число оборотів - 400 об/хв; розмір завантажувальної касети - 100×50×10 см. Конструкція центрифуги передбачає можливість установки датчиків для фіксації деформації моделі в процесі її нагруження. Відомі центрифуги, обладнані телевізійним пристроєм для спостереження за зрушенням.

Відцентрове моделювання на породах натури є найбільш зручним методом дослідження граничних параметрів уступів, оскільки шляхом плавного збільшення числа оборотів можна поступово збільшувати висоту укосу. При інших методах моделювання збільшення висоти уступу буде дискретним.

Метод відцентрового моделювання використається й для рішення конкретних завдань. Так, відцентрове моделювання на породах натури було застосовано для визначення стійких кутів відвалів в умовах Нікопольського марганцевого басейну, коли ще не було досвіду експлуатації цих родовищ. Цей метод був використаний також для визначення умов обвалення уступів на родовищах вогнетривких глин України.