Устройство для контроля напряженно-деформированного состояния рудных целиков

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РУДНЫХ ЦЕЛИКОВ, содержащее электрический преобразователь, подключенный к регистрирующей аппаратуре, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет получения объемной информации о напряженно-деформированном состоянии рудных целиков и упрощения монтажа и демонтажа, электрический преобразователь выполнен в виде обмотки, состоящей из проводников и разъема, а обмотка размещена вокруг контролируемой области целика, при этом конец каждого проводника через разъем соединен с началом следующего. ш Ю со 4;; О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зш Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3493500/22-03 (22) 23.09.82 (46) 15.07.84. Бюл. № 26 (72) В. Н. Рева, 1О. С. Афанасьев и С. Н. Рева (71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (53) 620.317(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 785487, кл. Е 21 С 39/00, 1977.

2. Ямщиков В. С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. M., «Недра», 1982, с. 143 — 145.

3. «Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, склонных к горным ударам». Л., ВНИМИ, 1980, с. 52 — 61 (прототип).,.SUÄÄ 1102946 A (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ РУДНЫХ ЦЕЛИКОВ, содержащее электрический преобразователь, подключенный к регистрирующей аппаратуре, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет получения объемной информации о напряженно-деформированном состоянии рудных целиков и упрощения монтажа и демонтажа, электрический преобразователь выполнен в виде обмотки, состоящей из проводников и разъема, а обмотка размещена вокруг контролируемой области целика, при этом конец каждого проводника через разъем соединен с началом следующего.

1102946

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для контроля напряженно-деформированного состояния рудных целиков, сложенных из магнитоупругих пород, например железа, никеля кобальта, и т. п., магнитная проницаемость которых изменяется под действием сил горного давления.

Известно устройство для определения изменения напряженно-деформированного состояния массива горных пород, содержащее электрические преобразователи, подклю ченные к регистрирующей аппаратуре. Контроль осуществляют путем пропускания элект рического тока через породный массив и по изменению его величины или наведенного потенциала определяют действующие напряжения (1) .

Недостатком устройства является невысокая надежность измеряемых величин, поскольку трудно обеспечить постоянный контакт электродов с массивом. Кроме того, на измеряемые величины большое влияние оказывают трещиноватость, влажность пород, их выветривание, что вносит ряд погрешностей в измерения. Применение устройства требует сложной аппаратуры и больших затрат сил и средств.

Известно также устройство для изучения напряженного состояния ферромагнитных пород типа. железистых кварцитов, содержа15

25 щее электрические преобразователи, подключенные к регистрационной аппаратуре. Устройство измеряет намагниченность горных пород, которая при одноосном сжатии изменяется на 20 — 30% (2).

Недостаток устройства-магнитометра ограниченная область применения, т. е, оно работоспособно только при условиях, когда порода приобретает остаточную намагниченность. Кроме того, возможны ошибки в измерениях из-за неправильной ориентировки устройства . по углу между направлением магнитного поля и осью быстрейшего намагничивания пород. Точную ориентировку на практике не всегда удается определить, 4О так как на магнитный метод большое влияние оказывает металлокрепь в выработках, а также образование зон повышенной трещиноватости вблизи контура выработок или . скважин от горного давления.

Наиболее близким к изобретению являет- 45 ся устройство для контроля напряженнодеформированного состояния рудных целиков, содержащее электрический преобразователь, подключенный к регистрирующей аппаратуре (3) .

Однако во время исследований образова- 50 ние вокруг скважин и выработок зон повышенной трещиноватости -под действием сил горного давления вообще вносит искаженную картину в контроль напряженного состояния массива в целом при снятии показаний с электродов. Поэтому судить о напряженно-деформированном состоянии целиков при длительных исследованиях указанными устройствами не представляется возможным.

Измерения электрического сопротивления пород и руд под. нагрузками, близкими к предельнЫм и за пределом их прочности на одноосное сжатие, показывает, что в области упругих деформаций (при нагрузках до 40 — 50% от разрушающих) с ростом нагрузок сопротивление пород уменьшается.

Затем наступает период относительной ста- . билизации (при нагрузках 50 — 60% от разрушающих), после чего электрическое сопротивление пород начинает резко возрастать. Такой характер изменения сопротивления дает две одинаковые величины при равных нагрузках, что может ввести в заблуждение исследователя. Кроме того, зона стабилизации сопротивления пород имеет довольно большой диапазон, а именно при нагрузках 50 — 60% от разрушающих. Это большая величина погрешности в определении истинно действующих напряжений. Поскольку сопротивление пород вблизи контура выработки изменяется в очень широких пределах и зависит от влажности, трещиноватости, экранирующего действия металлокрепи, то получить точную, объемную информацию о напряженно-деформированном состоянии целийов при помощи указанного устройства не представляется возможным.

Цель изобретения — повышение точности контроля за счет получения объемной информации о напряженно-деформированном состоянии рудных целиков и упрощение монтажа и демонтажа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля напряженно-деформированного состояния рудных целиков, содержащем электрический преобразователь подключенный к регистрирующей аппаратуре, электрический преобразователь выполнен в виде обмотки, состоящей из проводников и разъема, а обмотка размещена вокру контролируемой области целика, при этом . конец каждого проводника через разъем соединен с началом следующего.

На фиг. 1 изображено устройство, размещенное в контролируемой области рудного целика; на фиг. 2 — соединение проводников устройства для контроля напряженно-деформированного состояния рудных целиков.

Устройство для контроля напряженнодеформированного состояния рудных целиков состоит из электрического преобразователя 1, который выполнен в виде обмотки.

Для этой цели используют кабель с неэкранирующей оболочкой, проводники которого на концах соединены с клеммами разъемов 2.

При стыковке разъемов 2 друг с другом конец каждого проводника соединяется с началом следующего (фиг. 2, где К,Н„К, Hi КзНз ... К,H, ñîîтветственно конец и начало первого, второго, третьего и т. д.

Н-oro — последнего проводников. На фиг. 2 пунктиром показано соединение концов проводников при стыковке клемм разъемов 2.

Таким образом, при стыковке разъемов 2 образуется электрический преобразователь в виде обмотки, свободные концы которого

11029

К„Н» (конец последнего и начало первого. проводников) 3 соединены с измерительным мостом 4, например измерительным мостом.

Измерительный мост 4 и электрические преобразователь 1 питаются. переменным током.

Мост 4 выполнен по известным схемам для. 5 контроля изменения магнитной проницаемос-. ти материала.

Величину напряжения и частоту тока принимают в зависимости . от содержания магнитоупругих элементов в руде целика.

От этого зависит также количество витков в электрическом преобразователе 1; Из выработок 5, оконтуривающих рудный целик 6, сложенный из магнитоупругих пород (железо, никель, кобальт и т. д. или их соеди-. нений), бурят скважины 7, ограничивая область (участок) в целике, в которой намечается осуществить контроль напряженнодеформированного состояния массива. Через скважины и выработки прокладывают электрический преобразователь 1, опоясывая им контролируемую область целика. Стыкуют разъемы 2 и образуют обмотку, концы обмотки 3 соединяют с измерительным мостом 4.

Для свободного соединения разъемов 2 длину электрического преобразователя 1 принимают немного большей, чем периметр конт ролируемой области целика 6. Преобразова- 25 тель 1 укладывают вдоль выработок 5 плотно по стенкам с неблльшим прогибом а вертикальной плоскости. Это не вносит погрешности в измерения.

Для контроля напряженно-деформированного состояния целиков можно использовать 30 различное образование обмоток преобразователя в массиве, например выполненных по схеме дроссел ьного включения в изме рительный мост 4 (фиг. 1) или по схеме трансформаторного включения и как его разновидность типа прессдуктор и т. п. Для 35 этого бурят скважины 7 по.соответствующей: схеме их расположения в рудном целике.

Обмотки преобразователя 1 образуют как изложено, а измерения производят теми же мостами 4, выполненными по соответствующим схемам. Для устранения температурной 4О погрешности, если это необходимо, при измерениях используют ненагруженную область рудного массива с проложенной в ней обмоткой из такого же преобразователя 1, но включенной в компенсационное плечо моста 4. . 45

Предварительно для каждого состава руд производят тарировку, т. е. устанавли1 вают зависимость изменения магнитной проницаемости руды от действующих в целике напряжений,.определяя таким образом эталонную величину. Для этого методом разгрузки определяют напряжения в . целике в разные периоды его нагружения. Параллельно с этим производят отсчеты измеряемых величин по мосту 4. Получив эталонные величины для конкретных руд, в дальнейшем пользуются только предлагаемым устройством, сравнивая измеряемые значения с эталонными.

При нагружении рудного целика 7 происходит изменение магнитной проницаемости. руды и индуктивности всей системы (обмотка преобразователя — целик), что влияет на изменение полного электрического сопротивления преобразователя 1, питаемого переменным током.

Измерительный мост 4, соединенный про- . водами с преобразователем 1,. фиксирует изменение магнитной проницаемости (магнитного сопротивления) целика 6. Сравнивая полученные величины с эталонными, судят о напряженно-деформированном состоянии контролируемого целика.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет без сложного оборудования, затрат сил с высокой надежностью получать точную достоверную информацию о действующих в рудных целиках напряжениях от сил горного давления и судить об их состоянии. Это достигается тем, что не используется электрический контакт с массцвом, а такие его качества как трещиноватость, влажность, минеральный состав и др. учитываются при измерениях комплексно, с контролируемого участка поступает объемная информация о напряженно-деформированном состоянии целиков, которая в целом характеризует состояние этого участка массива. Быстрое получение информации о состоянии целиков без больших сил выгодно отличает его от известных устройство. При этом повышается производительность труда исследователей при измерениях, поскольку не требуется сложное оборудование и уменьшается количество исполнителей. Информацию о состоянии контролируемых областей в шахтах можно передавать на пульт диспетчера, что позволяет оперативно вмешиваться в технологический процесс при добыче руд.

1102946

Н1

Кп

Составитель Г. Алексеева

Редактор Т. Парфенова Техред И. Верес Корректор А. Ильин

Заказ 4820/23 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4