Датчик для измерения напряжений горных пород

 

ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕ-:РГ-НИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащий цилиндрический корпус с центральным отверстием, при этом корпус выполнен из оптически активного вещества, отличающийся тем, что, с целью повы1лени.я точности из.мерений путем расширения диапазона измерений модуля упругости горных пород, он снабжен наполнителем, размещенным равномерно по объему корпуса и выполненным в виде ферромагнитных сферических зерен, модуль упругости которых превышает модуль упругости корпуса.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1112121 зцц f 21 С 39!00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3599128/22-03 (22) 02.06. 83 (46) 07.09.84. Бюл. № 33 (72) В. Н. Попов, В. В. Жуков и Г. М. Пекшева (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт горного дела цветной металлургии (53) 622.831.3 (088.8) (56) l. Катков Г. А. Исследование горного давления с применением фотоупругих элементов. М., «Наука», 1978.

2. Ямщиков В. Г. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М., «Недра», !982, с. 134--135 (прототип) . (54) (57) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕ РЕ. НИЯ

НАПРЯЖЕНИИ ГОРНЫХ Г!ОРОД, содержащий цилиндрический корпус с центральным отверстием, при этом корпус Bhl полнен из оптически активного Bcùåñтва, or чичающийгя тем. что, с целью повышения точности измерений путем расширения диапазона измерений модуля упругости горных пород, он снабжен наполнителем, размещен ным равномерно по объему корпуса и выполненным в виде ферромагнитных сферических зерен, модуль упругости которых превышает модуль упругости корпуса.

Изобретение Относится к горной промышенности и может быть использовано для

1змерения напряжений в массиве горных пород на шахтах и карьерах для обеспечения безопасности ведения горных работ. ,Известны датчики для измерения напряжений горных пород, содержащие цилиндрический корпус с центральным отверстием, при этом корпус выполняют из оптически активного вещества, например из эпоксидной смолы, или оргстекла, или из стекла (l j и 12).

Недостатком этих датчиков является малая точность определения напряжений в крепких горных прородах с модулем упругости Е„>(0,3 — 0,45). 10 МПа. Напряжения, возникающие в корпусе датчиков при деформации массива, сложенного крепкими горными породами, зависят от упругих постоянных породы и корпуса датчика, поэтому для каждого соотношения упругих пострянных необходимо производить пересчет оп.тического сигнала в напряжение. Кроме того, для указанных датчиков характерны трудоемкость съема информации и сложность интерпретации интерференционной картины полос, требующей специальной высокой подготовки персонала.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем расширения диапазона измерений модуля упругости горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что датчик для измерения напряжений горных пород, содержащий цилиндрический корпус с центральным отверстием, при этом корпус выполнен из оптически активного ве1цества, снабжен наполнителем, размещенным равномерно по объему корпуса и выполненным в виде ферромагнитных сферических зерен, модуль упругости которых превышает модуль упругости корпуса, На фиг. 1 изображена принципиальная конструкция датчика измерения напря>кений горных пород; на фиг. 2 — разрез

Л--А на фиг. 1. датчик для измерения напряжений горных пород содержит цилиндрический корпус

1 (внешний радиус R) с центральным отверстием (радиус г), выполненный из Оптически активного вещества, например из эпоксидной смолы, или оргстекла, или боросиликатной кроны типа К с модулем упругоЯ-А сти: „0,3---0,82 10 МПа. В корпусе равномерно по всему объему размец1ают наполни1ель, выполненный н виде ферромагнитных сферических зерен,2 с модулем упругости

Е, > Е„, где Еа — модуль упругости ферромагнитных сферических зерен; Ен -- модуль упругости корпуса.

В качестве ферромагнитного материала могут быть использованы железо. никель, кобальт.

10 Размещение в Оптически активном веществе зерен с модулем упругости Е,>

0,2.10 МПа уже при объемных концентрациях 0 — 200/0 позволяет получить модуль унругости корпуса, превышающий модуль упругости окружающих корпус горных пород более чем в два раза.

Для исследования поля напряжений датчик устанавлива от в скважину (шпур) так, что с Iloмогцью цементирующего состава обеспечивают всесторонний контакт со стенками скважины, TBKHM Образом, датчик и исследуемый массив представляют единое целое и поэтому все напряжения в массиве полностью воспринимаются датчиком, при этом в наполнителе меняется ориентация сферических зерен и, следовательно, магнит25 иая восприимчивость корпуса.

Так, например, при объемной концентрации зерен V<0,1 % корпус становится магиитоактивным со средней магнитной восприимчивостью H > 0,01.10 ед. СИ.

Так как изменение магнитной восприимзс нивости пропорционально изменению давления в массиве, то по величине изменения магнитной восприимчивости корпуса можно оценить величину давления в массиве, Преимущества данного датчика заклк чаются в том, что для каждой категории

35 горных пород путем изменения объемной концентрации ферромагнитных сферических зерен можно получить такой модуль упругости, чтобы выполнялось чсловие " — > 2, п где ń— .модуль упругости корпуса, Е„-40 модуль упругости породы.

Кроме того, данный датчик позволяет использовать малогабаритные каппометры

КТ вЂ” 3,5, которые дают возможность получить на месте исследований в цифровой форме величины напряжений и тем самым исключить фактор субъективности при интерпретации результатов измерений.

ВНИ И ПИ Зи кит 6П55/22 тиран "И>4 Г1нл и нне

Филиал ППП <Патент>, и УжтирОа у.т Проектная