Устройство для контроля состояния массива горных пород
Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность определения напряженно-деформированного состояния массива. Устройство содержит два датчика-гидроцилиндра (ДГЦ) 2, предназначенные для размещения в скважине массива во взаимно перпендикулярных направлениях в плоскостях, перпендикулярных оси скважины . Перпендикулярно плоскостям расположения ДГЦ 1, 2 размещен дополнительный ДГЦ 5 и жёстко связан с их корпусами . На корпусах и поршнях ДГЦ 1, 2 закреплены соответственно пары инденторов 7, 8, предназначенные для взаимодействия со стенкой скважины. С полостями ДГЦ 1, 2 связаны манометрические приборы 17, 18 и 19, сообщенные с полостями камер 11, 12 и 13, в которых расположены образцы 14, 15, 16 горных пород массива. Устройство имеет также гидроцилиндры 20, 21, 22 с порщнями 23, 24, 25 и штоками. Штоковые полости 26, 27, 28 гидроцилнндров 20, 21, 22 сообщены соответственно с камерами 11, 12, 13, а подпоршневые полости 29, 30, 31 - с полостями ДГЦ 1, 2, 5. Перемещение вдоль оси скважины ДГЦ 1 и 2 приводит к перемещению поршня 6 относительно корпуса ДГЦ 5 на величину ЛЬ, равную компоненте деформации горного массива по оси Y. Точность определения компонент-деформаций обеспечивается тем, что величина деформаций ДЬ, Д1,, Д1, образцов 14, 15, 16 равна истинным деформациям исследуемого массива, а начальные размеры образцов близки к величине раздвижки инденторов 7, 8 и начальному расстоянию между ДГЦ 1, 2. 2 ил.i (Л со о о ел
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (ц 4 Е 21 С 39/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1Г1
С0
CO
С
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3973778)22-03 (22) 06.11.85 (46) 30.04.87. Бюл. № 16 (71) Донецкий политехнический институт (72) В. В. Яйло, О. Л. Кокотов, Л. В. Кочегарова, Н. С. Белая и И. В. Кириченко (53) 622.235 (088.8) (56) Канцан П. M. Разработка метода контроля изменения выбросоопасности угольных пластов по фактору горного давления. Автореферат на соискание ученой степени канд. тех. наук. М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1983, сс. 7 — 8. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность определения напряженно-деформированного состояния массива. Устройство содержит два датчика-гидроцилиндра (ДГЦ) 2, предназначенные для размещения в скважине массива во взаимно перпендикулярных направлениях в плоскостях, перпендикулярных оси скважины. Перпендикулярно плоскостям расположения ДГЦ 1, 2 размещен дополнительный ДГЦ 5 и жестко связан с их корÄÄSUÄÄ 1307057 А1 пусами. На корпусах и поршнях ДГЦ 1, 2 закреплены соответственно пары инденторов
7, 8, предназначенные для взаимодействия со стенкой скважины. С полостями ДГЦ 1, 2 связаны манометрические приборы 17, 18 и 19, сообщенные с полостями камер 11, 12 и 13, в которых расположены образцы 14, 15, 16 горных пород массива. Устройство имеет также гидроцилиндры 20, 21, 22 с поршнями 23, 24, 25 и штоками.
Штоковые полости 26, 27, 28 гидроцилиндров 20, 21, 22 сообщены соответственно с камерами 11, 12, 13, а подпоршневые полости 29, 30, 31 — с полостями ДГЦ 1, 2, 5.
Перемещение вдоль оси скважины ДГЦ 1 и 2 приводит к перемещению поршня 6 относительно корпуса ДГЦ 5 на величину Л1, равную компоненте деформации горного массива по оси Y. Точность определения компонент-деформаций обеспечивается тем, что величина деформаций Л1, Л1„, Л1 образцов 14, 15, 16 равна истинным деформациям исследуемого массива, а начальные размеры образцов близки к величине раздвижки инденторов 7, 8 и начальному расстоянию между ДГЦ 1, 2. 2 ил..
:.1зл>рстспис отll(>СИ > 051 h (р<1 м, I(x1уг, Б 13(. Гiioo!!! К «СTР(П«1 BHХЗ, . i liC,!C;i<) !
331! ИЯ II 1И,! ГОР)(оi 0 iXIHC СИПЯ. ! 1i ь изобретспиi! — По«ы Ii > 1>.с т<> Itl<>C1И <) flPr IC iCllli 2 lIi! i! P5f B«CHif(!-, Ci$>!)j>A! И Р<»)» <1 1! 11 < ) 1 0 (О (Т О Я Н и 51 ." 1 ñl С C ) . В а . 1 (ci фи Г. 1 НОкязс)п с(xp<«12 х}с Грои i!,1 1(. < ri BH i C) i!!>I X ;!!) f>oд: 11Н фи !.. 2 Паз р(, . 3< Л фпг. !. < «< 01 Роиi ТЬO СОЦСPЖI}Ò Лlici ri Г}111:«il I! I," Pi! ::,lii1it li ц <<1 1 И 2 (i(i) pill li 53 .1И r !1 ".}, 11 pi,1,1l i i:3 и .I i(i!! I I >I!, „Л и P i):3 >rf C Hl C if H r1 13 K 2 cl >i< k!! C> ! « ;)E (. ИIЗ<1 BO i»ЗЯИ 1!IO <)Српс11 <<и)««,25f;)!Il X il;1— ! I Р ь 13. 1! I I I i и . «В 11, I О С! 0 С Т 5f .", 1(C. j> (! С: ("i И К, 1 Я!. I I Ы . ; <)(!1 (. ).БсlЖИ I!!>I, ДОI!ОЛ I(ИТ(?ГIЬI(ЫЙ !<с(Т IИК вЂ” Ги,т— !. ;) I (! I Л I i 11;11> 6 C 110 (>) i I (I I E. «1 () . 1 о p113 Г 1«ОT< >— P0l О 1 СС Iii> СВ 513 Я П С»(<1Т t li 1«0 «i- I ll Ц)0131JË I: il >(— ро 1 1, и pt(lcltlo 6 с .3 и !ик<)3>-гlt,„pOiI H,1! ill l;>0«1 2),, (!Зс <1;1 рl (l! i! 1«Н1 Оро:» 7. 8 1»,1, 10, зякрсп ic! Iilf>ix i Оот«с ГГ12(ппо >. К<)Pi(« Г<1 ; 1 . ПОРП
politi. 1, i il;l pots 1 и ), кс(м pHX»}I! I 1 -- 1:5 . . рHHМ 1! . E. I: Ilü(vl < }: «<(ИХ 1< Jl.)И)(цf) И (ЕC!«,i vik! Обр 3. > .1,;)— ,1}1 1<1 1() (op ill>!X !10po (KoliT(!O. lilpмi 1(<)I О >)Я}".СИ)3(3, «1 сl ИОГ«!С ТР И (CK }iP I l f)il(!OP<>l 1 7 1:1, 006111(пи ые с ИО )и I (!KH vf it, 11 ° т ) ко (3ыс }}слостif 20 28 .«О Г(} ) ь). c oi)<);(i(.:II>i соот(3(тс1"çi l :to c и;11,< p;i ми 13, rl !10 (порп(Не!31)с пог!Ост!l 29 — 31 — !Iio, lO< "Тя .! !i,i r)T× И КОВ-ГИ,ц)ОПИЛИН (! }OB I, 2 kl ). Ъ lli1 О(01:,Ы., ПОЛОСТИ«; 26) 28 и(.lpo! (H,(И ll, t- зг> }>0B 70 2 ъсст<зпО!Зг(еп ы l lo,!!>!i !Iof) !
B > «Hi" I }л,((Й(<. I (3 > 10)1(l! C Г I«p Ь! <П(«i> <«ПЗ 3,> .}с, 1 с> П 0 13. (1111 Ь(il k! 11 2 р (. 3 Ь и « П а « f Ä > О ц::!, И П; 1,;):.! X 701 ? .?. (1:i;i!i vàò01>ы 36 —:»8 попс,l< 11< ИИЙ >K! i TXO Cl!23 17 c,il,ix искл(оче)(ия 061>с}. ногo,),(<1>ор;«и(f>0 Bill!i! 51 I! I k!!(l)okl«0, (я!,ИИ Оор:Iзцы <. i 6 f I i) <« . C l I,>C l l < >i l3 «1 )с С К И е C) t > 0 3} «1 ы 39 П l l o Kj) «11 1>l ГО <. } Opo1! (>1 1 0p lloiÇ С.!OC «(П ЯpHC)<) lf fl!1. 1>!>1 i) . ;! ОО<>сl 3ПOБ 671 из)«3 I< 1< ре 1110712! I с((м(}И 1<с . I ffi(и пс р;1« < Би ж(«и и;llkcff I Of>0 3 7, 8. И (! В 1« « Х<; г >0)(ГТ(ЗО р<1 6(Л <1("! «,1(!1«i!Oiil !i.,I об р<1:Зол :. »3 " Датчики-ги,}, politi, 1 и и,;,рl,} 1, ?. ),":oc!>K!;JK!1 13 (К«сl>К ИП «)<ОПТрОЛ И р «С>1 ОГО Ма, i. !1(3 1 I 0(>1<Ь . ; пор<>>ь гп(t);3:3;leil(якп:t. так, что (ятчикгli,! POll kf,", ill! ДР 5 P 3< 10 1071<< ) 13 I(.i (, (>СИ СК<33 Ж И П: ((О<.1 « 1,, (1 < }IH t«-I И,l!)O 3П.,! 1! 11 t ð « а В (i,io! Voc ÒI(, 11(.}f)IICII, (ИК«T!Яt)i!OП О< 1 ГK)3сii:C. l— \ I """-": : j!O!l1 1 IIIII. ! 1,!OÑK!) "I!! pHCI IO.1О7КCii 1ß ДHÒ I ÈKH 1:10 OCJI .>«, ПС<) П HI;(klK«715! f) H<> I» О« И» .. <. 1ОСГ(Э ГО "o прОИз7, 13 Î. l 5i T:3 c1 3 l i! i !l1!! i l l l l i l« f >! >! I ll C K > 3 7.") I È . (() 0 . (ui1HIi;I f«o13 20 22,:1!1 Г )ет ll(рех)е(ц< «ия Il;)- 55, П>(Х П!)3)!< Ill« и .> СОЗ HC. 1 СЯ Цс>ПЛЕН 1!С <КИ, .,I«i)C— 1 И Б к<1 <СГ Г" (I(0 I 0 f>031 ИСПО. I Ь:> } СТ(51 iLI kf f i< .) HГ1ЬПО(Xl яс, !С . 13 il(), !(? <, -: 2lfCp . — 1 3 И «Г, <. i(. TBJI (!Зоз,<(,си С(1<И 5(i}0;:;пи(H 23-- 20 — Б I i(},!0>C 1 ß Х, f cl Т i O!3 l>1 lil Oil!fC Цс>i?. I CH !i Я )3 l I! >«0! ÒЯХ Цс(ТЧИ КО<3г,>, .,1)0 !iif!f 11, РО 3 " il PI!kio.li!T K i! C. PCXIC .)п}пи!О Нх порпп(сl» 3, -1 Il ипдсиTopoB 7, 8 (ми стс!!oh cкзаrr, !i kIl> llO OCÅ>i / И .>«C!)C>TBC Т(ТБ H!IO. 3)<)зип )и«апиc Kp)> f<:PK 33 и «74 ги,ц>опи. и! Ндj)013 0 и < I: f)0H:3i30 153 г fo т(х liop :Ю}:,of!ï !HH, (ÐO!3 и 7 !I(., Г гi?(и) "} fя1< 5< vsf)B!1.0 (пые ця«лспия И 1,„., }C(>0 I 13(Г«"T(>Т.ОIЦИ(: k!CXOC}HO!i!X СOC- 0 5; l3 l i lO "l c1 C C it i 3 H . К О Г, Я КО,I fl o I! C. i! T I>! и Я П Р Яя;с пиЙ о..- =- Г ;,
ГЫ <»Т)!ОСHÒ(, (Ь)<1>!X (<. !)0 P «l r llif Ii Б ° — — 0, — О, „! а Б, I(. I I it 5! f „- и 1,; фи ксио« .О>1 с51 ма!10 3)с 1 !)11<1ññ 1! I !l p)! бора ми 1 7 и 1 8 1««, r) l t I (> C I! OЛ }> Ж < l I )3 C I i! 1 i. !! TO p O B 7, 8 H 9. 1 О, < О<}Т«Г ГС I I? y 10(ЦСР i)H«11! PH 3(СКВЯЖИН 1, И 3» ПО } r ОСЯХ / П ": 1:.«СИПЛ.ТГЯ fili,<пf«c>ТО})ЯХlи 36 3.. !Ослс 3<010 с (п>МО)ць)О крышки 35 ",C1 -l l! H ВЛ!! «31<)T « ll!) 1 (:С I È . I HT I k! I«2-1 ИБРО<(H лип;)рil;, изоь, T:><1!I <1}<... =, И П,>(;ДО.(Ь.!с! и КО>, 1!ÎI(CПТЯ OTI!0}и ельпоЙ,lc фОРма;li f vv= — О. 12!?лепи(I 7,v фиКСИ р МСТГя М 3110 i<СТриЧССКИМИ П)>Ибо,)я1 . 7, Hi « II, 3)» 1«с« О "}О,1 38 фи КСИ(} «ет< я HC «!),,liOC li().;10»K и Ие 11!) f! II! Íß 6 1„ 13 ГЧИКЯ1 Il, ii)O!IH Ifflf IPci i), СООI <ЗС ТС1 !ЗМ}oill(. C ИСХОДПОУ", ОТНОСИ?";,)Ь!<ОМ ПОЛ<)ЖСПИ!О,ЦЯ I IИКОВ-ГИ.(рОПИ;ПЗП.(p(, «! . 2. БЬ:313cllllil ГОрпЫМ !HB>,!C>!iÈÑ?1;;(0;;>М 21(НИ М ЯССИ132 !!PИ БО, Я1 К ПЕ— <>" «i< (ПСIi 1(10 И П.l 2 !11 0 f>013 7, 8 И 9, 1 0 И OTllo,::l 1} П>по.,1« l(С f>E. >(С!1."I i!1)0 В (O, Ь ОСJ! }),1511 Ч ll)Х>11 ГИ <<Р<>!(ПГ(И,(lP<>:; ) ! !ðè псрсме!пеппи и(,яеиторо«7 и 8 ncpe «l(IIiciСТСя И;+ Г Г!Co I!HЗ«п:ll>if! С Hk! ПЕПТОро(«1 8 IIO(«l l:С! It> 3,! ci H ка-1 Ii.tf)<)I H 1 И fl, l()2 1 иа расс г(>я пис iif,, p HB! þc ком:)опе)п с Jpформ<(ПНИ г(>рн )го масси«я flo оси !. Т!K К)l)« IIC()CУC. !П(>3)ИС liop!Ii f;H > Пc!13!10 !1(pt М(>и<спи!о !юр!п;!я 23 г:I, tpOKHHJIí, (j>à 20, то )ill;I,и ка! Ор 36 фи к(и p",(I 2)тм,",с<1)ор м я !1и(О. ! <«Осхlсп(спи; МCj! I;: 1. 1»0,(:I(. Й ГТБИГ <1 31 01 o, (с) ВГI !111 rl f!0,,(3};РГаетс51 пе(1)<. Рм с) пи)1 Об„)аз(. .l 1}1 (!Гс,)е.". «е)>! 0 ГО ГО Р 11 О О if ii C. C È IЗ Н, Р 3:3 Х I (П IC I < I l i }i Й 13 К сlt.1(рС 1, lip 1<<1(.. 1 ДС()op .13 ци и <)603:Зп,<1 . -(p «f C(Тс. ) (Г! ii ll()B!«l < H l!;lCI ITOPO!> И 8, Тс)К V сil К БЬ!Сота 1< оорал (12 }1 6ЛИЗКа К (;r IÈ (ИllC П«ерс(«(Ч(ТСПИЯ 3. 1 li ((ПТОрОВ 7 If 8, 2 и 10!цilдь )ни<Греч!(ог0 сс-юfiHя образ.12 14 р Я (< I I il 11ËО!1((1. (И СС 1(.I: :.3 Я ПО;)!1! НЯ 23. 1<,; )0 МE !<) 0 06 р c1»Pl(< }j Об, 1<1:(3 ! 3(И < И Ж(1 !1!}I H я р Яктс<) исти к ам <1 KH>i ki u c lp I «pх(ы Й Xf <>i. CH B.. (<3 !3101111(Р ф}< КСИ() ) 1 53 М Я ПОМЕТ})И 1. CKIf Х) 11pèáoðî>,f 1 7. При IIPp(меlllPH!Iff;tH;iC)!TO(>OB 9 и ) 0 В I!2I:; ЯБ,)спи:) Ол(7«перс«:си(<1(тся жсстк<> 135313() 7057 и„.,= (Р,— -Рн,.} (т„, = (Рк — Р,и,) — — г „Е-, (т„-= (Р----Р, -) — е E z Г= -Е ° Фар.((у !а изо()ретеная Сосгавитель Б. Тальвойш Редактор Н, Горват Техред И. Верее Корректор 1. Колб Заказ !00, 29 Тираж 455 !!олиисное Б11ИИ11И Государствеги(ого кот(итста CCCI lio делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., л. 4 5 11роизводствснно-полиграф(н(«скос прелнриятис, г. Ужгород, ).i IIро«ктная, 4 занпый с иидептором 10 поршень 4 дат ii*.— ка-гидроцилиндра 2 на расстояние Л1,, равное ком!Иоие деформации по оси х горного массива. Так как перемещение пор!пня 4 равно перемещению поршня 24 гидроцилиIl,ipà 21, то Hllдикатор 37 фиксирует эту деформацию. Перемещение пор(пня 24 вызывает повып!ение давления в полости KaixIepu 12 до He:IH IHH Р„, фиксируе)мой маномстрическим прибором 18. Образец 15 псслсдуе.;п)го горного массива, размещегп(ый Ig в камере 12, деформируется при этом также на величину Л1,. Перемещение вдоль оси скважины (ось ) датчиков-гидроцилиндров 1 и 2, контактиру!о(цих со степками скважинъ|, IlpHBoäèT к ilepexieiuci!H!o порп(ня 6 относительно корпу H дат (пка-гидроцилиндра 5 на величину Л((;, равную компоненте деформации горного массива по оси Y. Псремеще(гие поршня 6 равно перемеii!eiiHio поршня 25 гидроцилиндра 22 и индикатор 38 фиксирует эту деформацию. При перемс(цеиии поршня 25 повышается давление Р„жидкости в штоковой полости 28 и связанной с ней полости камеры 13. Под действием давления Р, подвергается деформации Л(„образец 16, размещенный в камере 13., 1àâëeíèe Р„фиксируется маномстричсским прибором 19. Таким образом, одновременно производятся замеры давлений Р„Р,.„P-. и деформаций Л1, ЛГ„, Л(-, необходимых и достаточных для расчета истинных значений ЗО K0Xi llOHC I lT»(аПР51ЖСН И и 6кк, (тит, 0„,- И OTносительных деформаций е,, его е,- в трех взаимно псрпендикулярцых направлениях. Относительные линейные деформации массива» „»,„, »:,- определяются iio известным ф()рмулам: 35 дЬ., ьЬ . 1очност! определения указанных ком !онент деформаций обеспечивается тем, что величины деформаций ) f„Af,, Л(- образцов l4 -16 равны истинным деформациям исследуемого массива, а начальные размеры образцов 14 — 16 близки к начальной величине раздвижки пнденторов 7, 8 и 9, 10 ((, и (,.1 и начальному расстоянию 1, между датчиками-гидроцилиндрами 1 и ). Напряжения o -. (т„(т„,. определяются по формулам: где Е, Е в, F. компоненты модуля упругости и!дроспстем, полученные прп их тарировании. Модуль упругости Е породы исследуемого массива может быть определен на основании измерений по одной из осей iio формуле Устройство для контроля состояния массива горных пород, содержащее два датчика-гидроцилиндра, предназначенные для размещения в скважине массива во взаимно перпендикулярных направлениях в и iocKocтях, перпендикулярных оси скважины, !Be I!ары инденторов, закрепленных на датчикахгидроцилиндрах и прсдназначеHHhix для взаимодействия со стенкой скважины, и манометрические приборы, соединенные с полостями датчиков-п!дроцилиндров, от.!и (аюшееая тем, что, с цельк) повышения точности определения напряженно-деформированного состояния массива, оно снабжено дополнительным датчиком-п(дроцилпндром, расположенным перпендикулярно плоскостям расположения основных датчиков-гидроцилиндров и жестко связанных с Нх корпусамп, камерами с размещенными в IIHx образцами горных пород массива, и гидроцилиндрами с поршнями и штоками, штоковые полости которых сообщены с камерами, а подпор шневыс полости — с полостями соответству!ощих датчиков-гидроцилиндров.
