Установка для длительных статических испытаний горных пород

 

Изобретение отндсится к области исследования горных пород. Установка позволяет повысить точность испытаний за счет стабилизации боковых деформаций образца 9 при изменениях температуры окружающей среды. Для этого в аккумуляторном сосуде (АС) 1 1 осе§ае (Л СО 00 с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 N 3/08 Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3859345/22-03 (22) 20.02.85 (46) 15.04.87. Бюл. И - 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гарной геомеханики и маркшейдерского дела (72) Ю.M. Карташов и С.С. Лиманский (53) 622,23.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 235368, кл. G 01 N 3/10, 1967 °

„„SU„„1303882 A 1 (54) УСТАНОВКА ДДЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение отндсится к области исследования горных пород. Установка позволяет повысить точность испытаний за счет стабилизации боковых деформаций образца 9 при изменениях температуры окружающей среды. Для этого в аккумуляторном сосуде (АС) 1

1303882 с рабочей жидкостью размещены электронагреватели (Э) 2 и 3. Герметичная камера 10 для испытания образца соединена с АС 1 и сообщена с источником давления в виде насосной станции 12. Электронный блок 19 управления нагрузкой соединен с измерителем

8 поперечных деформаций образца 9 и подключен к Э 2 и 3, которые дейст- . вуют независимо. Заполняется от насоса 12 рабочей жидкостью камера 10.

Затем переключателем 15 подключается к источнику 16 электропитания Э 3.

Электрическая мощность в Э 3 рассчитывается таким образом, чтобы он при постоянной работе нагрел жидкость в АС 1 до 35-40 С, Затем образцу 9 передается осевое давление плунжеИзобретение относится к физикомеханическим исследованиям горных пород в лабораторных условиях„ в частности к исследованию бокового распора горных пород, 5

Целью изобретения является повышение точностИ испытаний за счет стабилизации боковых деформаций образца при изменениях температуры окружающей среды.

На чертеже изображена установка для длительных статических испытаний горных пород.

Установка содержит узел стабилизации нагрузки, включающий аккумуляторный сосуд 1, заполненный рабочей жидкостью, например компрессорным маслом (не показано), погруженные в жидкость основной 2 и дополнительный

3 электронагреватели, подключенные через электровводы в крышке аккумуляторного сосуда 1 к выходам 4 и 5 усилителя 6 электронного блока управления нагрузкой с возможностью их независимого действия. Ко входу усилителя 6 подключен выход тензометрической мостовой схемы 7, одним из плечей которой является измеритель 8 поперечных деформаций образца 9, помещенного в испытательную герметичную камеру 10. Гидравлическая связь аккуму-. ляторного сосуда 1 с камерой 10 осуром 18 ° Одновременно образец нагружается боковым давлением с помощью насоса 12 при условии предотвращения деформаций бокового выдавливания образца. Т.е. поддерживается нулевая поперечная деформация, контролируемая мостовой схемой 7 блока 19. При длительных испытаниях образца 9 в нем развиваются процессы ползучести в поперечном направлении. При этом происходит разбаланс схемы 7, и релейные элементы усилителя подключают к цепи питания Э 2. Таким образом электронный блок 19 выполняет две функции: регулирование бокового давления иподдержание постояннойдеформации образца, стабилизация боковогодавления при длительных нагрузках . 1 ил. ществляется через трубопровод 11 и начальное рабочее давление в камере

10 создается с помощью источника давления, например насосной станции .

12. Осевое давление на образец 9 в испытательной камере 10 создается через канал 13 от источника давления (не показан). Установка также содержит манометр 14 для измерения и визуального контроля давления жидкости в испытательной камере 10, переключатель 15 для переключения электронагревателей 2 и 3 .на ручной режим работы с подключением источника 16 электропитания, средство .измерения осевой нагрузки на образец 9 в виде манометра 17, средство создания осевой нагрузки на образец в виде плунжера 18.

Электронный блок 19 управления нагрузкой с обратной связью включает тензометрическую мостовую схему 7, соединенную с усилителем 6, переключатель 15 для подключения электронагревателей 2 и 3 и источник 16 электропитания.

Установка работает следующим об.разом.

Первый этап — подготовка установки к работе. Гидравлическая система, состоящая из аккумуляторного сосуда 1, трубопровода 11 и рабочей полости испытательной камеры 10 с об82 4 личении поперечных деформаций образца 9 происходит разбаланс тензометрической мостовой схемы и релейные элементы усилителя подключают к цепи питания второй нагреватель 2, что вызывает дополнительное повышение температуры жидкости в аккумуляторном сосуде и увеличение ее объема, т.е. повышение давления в сосуде 1 и камере 10. Деформации образца снова етановятся равными начальным, осуществляется баланс мостовой схемы и отключение от цепи питания нагревателя 2. Нагреватель 3 при этом остается постоянно включенным в цепь питания.

При длительных испытаниях температура окружающей среды изменяется.

При понижении температуры жидкости в камере боковое давление на образец

9 падает. Последний начинает расширяться и необходимое для стабилизации повышение давления при этом осуществляется, как указано выше. При повышении температу-ры окружающей среды температура жидкости в камере 10 увеличивается, боковое давление на образец возрастает, поперечные деформации образца уменьшаются. Происходит разбаланс мостовой схемы 7 (противоположного знака по сравнению с п. 3), при котором релейные элементы усилителя отключают от цепи питания оба нагревателя 2 и 3. Температура жидкости в аккумуляторном сосуде 1 снижается, что ведет к уменьшению ее объема и давления жидкости в камере. При балансе мостовой схемы релейные элементы усилителя включают нагреватель 3.

Аналогично работает установка и при испытаниях пород на ползучесть при объемном сжатии. Так как начальный объем жидкости благодаря предварительному повышению температуры в аккумуляторном сосуде больше, чем при температуре окружающей среды, то при увеличении объема образца 9 происходит отключение обоих нагревателей 2 и 3 от усилителя и понижение температуры жидкости в аккумуляторном сосуде 1 до величины, меньшей начальной, т.е. объем жидкости становится меньше по сравнению с первоначальным объемом, что позволяет поддерживать боковое давление постоянным, В известной установке (прототип) объем жидкости не может быть меньшим на50

При нулевой деформации образца (баланс тензометрической схемы) к цепи питания подключен нагреватель

3. Температура жидкости в аккумуляторном сосуде на 15-20 С выше темо пературы окружающей среды.

При длительной выдержке образца в нем развиваются процессы ползучести в поперечном направлении. При уве55

3 13038 разцом породы 9 заполняется рабочей жидкостью от насосной станции 12.

После этого переключатель 15 переводят в правое по схеме положение (ручной режим работы), а нагреватель 3 при этом подключается к источнику

16 электропитания. Электрическая мощность нагревателя 3 рассчитывается таким образом, чтобы он при постоянной работе нагрел жидкость в аккуму- 10 ляторном сосуде 1 до 35-40 С (на 15о

20 С выше температуры окружающей среды). Таким образом, до проведения испытаний (нагружение образца) в аккумуляторном сосуде 1 поддерживается 15 указанная повышенная температура.

Температура жидкости в испытательной камере 10 при этом изменяется весьма незначительно, так как трубопровод 11 имеет небольшое сечение и относитель-20 но,большую длину.

Второй этап — погружение образца

9 до расчетной величины осевого дав— ления. Вначале производится баланс тензометрической мостовой схемы 7 25 и проверка работы усилителя 6. Затем нагружение образца 9 производится вручную. Через канал 13 от источника осевого давления подается под давлением рабочая жидкость, через плунжер 30

18 осевое давление передается образцу 9. Одновременно с осевым давлением образец нагружается боковым давлением, создаваемым жидкостью с помощью насоса 12 при условии предотвраЭ5 щения деформаций бокового выдавливания образца, т.е. поддержания нулевого значения поперечной деформации, контролируемого по гальванометру мостовой схемы 7. 40

Третий этап — длительная выдержка образца под постоянным осевым давлением и сохранением условия постоянства поперечных деформаций образца.

Переключатель 15 устанавливают в 45 левое (по схеме) положение (автоматический режим работы), При этой релейные элементы усилителя подают на выходы усилителя. следующие сигналы.

1303882

Изменение поперечных деформаций образца при включении и выключении дополнительного нагревателя составляло +1,10, т.е. было в 8 раз меньше, чем на базовой установке.

Изменение температуры окружающей среды практически не повлекло за собой изменение осевого давления на образец (колебания осевого давления

10 при работе нагревателя были в пределах +0,3 кгс/см, т,е. в 13 раз меньше, чем при испытании на базовой установке).

Установка обеспечивает повышение

15 стабильности нагрузок и деформаций образцов пород при их длительных испытаниях.

Формула изобретения

Составитель В,Петрова

Редактор А.Долинич Техред И.Попович Корректор А.Зимокосов

Заказ 1299/42

Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 чального обьема, что исключает возможность проведения подобных испытаний.

Таким образом, электронный блок

19 устройства (датчики, мостовая схема, усилитель и нагреватели) выполняет две функции: регулирование бокового давления на образец и поддержание постоянной деформации образца при процессах ползучести и релаксации, I стабилизация бокового давления на образец при длительных испытаниях после окончания процессов почзучести и релаксации, включая и температурную стабилизацию.

Условия испытаний.

Образцы горной породы (мергель) диаметром Зб мм и высотой 70 мм помещались в камеру бокового распора 20 (КБР), изготовленную на ОЭЗ ВНИМИ.

На образцы монтировались датчики 8 поперечных деформаций. Выводы от датчиков были соединены с мостовой тензометрической схемой 7, подключенной к усилителю. Осевое давление на

2 образцы было равным 50 кгс/см . Длительность испытаний 7 сут. Температура окружающей среды (комнатная тем пература) изменялась при испытаниях 30 от +18 до +23 С.

Начальная температура окружающей о среды +18 С. Перед испытанием температура жидкости в аккумуляторном соо суде была доведена до +30 С. Температура жидкости в аккумуляторном сосуде 1 после создания необходимого для предотвращения поперечных деформаций образца бокового давления а

+34 С. При повышении температуры ок- 40 ружающей среды до +23 С электронный блок 19 отключал оба нагревателя, и температура жидкости в аккумуляторном сосуде 1 снизиласт до 32 С, что обеспечило нулевую деформацию образца 9 45 породы и снижение бокового давления.

Установка для длительных статических испытаний горных пород, содержащая средства создания осевой нагрузки на образец испытуемой горной породы, узел стабилизации нагрузки, включающий аккумуляторный сосуд с электронагревателем, электронный блок управления нагрузкой с обратной связью и соединенные с ним средства измерения нагрузки на образец, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности испытаний за счет стабилизации боковых деформаций при изменениях температуры окружающей среды, она снабжена соединенной с аккумуляторным сосудом герметичной камерой для размещения образца, сообщенным с камерой источником давления, установленным в аккумуляторном сосуде дополнительным электронагревателем, соединенным с электронным блоком управления нагрузкой, измерителем поперечных деформаций образца, причем электронагреватели подключены к электронному блоку управ. ления нагрузкой с воэможностью их независимого действия.