Гидравлический датчик

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для исследования напряженно-деформационного сот стояния массива горных пород. Цель изобретения - повышение точности оценки и расширение области применения путем совместного измерения осевых и радиальных деформаций скважин. Датчик содержит эластичное изолирующее покрытие 1 для герметизации стенок скважишл., герметизатор 3 устья скважины и устр-во 7 для измерения объема жидкости. На герметизаторе 3 закреплен гидроцилиндр 4 с поршнем 5 и штоком 6 с осевым отверстием и распорным приспособлением 2, разметщенным в забое скважины и соединенным посредством тяги 9 с поршнем 5, Надпоршневая полость 8 гидроцилиндра 4сообщена с устр-вом 7 и осевым от верстием в штоке 6. Диаметр поршня 5в /2 раза больше диаметра приспособления 2. Благодаря последнему осевые деформации скважины приводят, по сравнению с радиальными, к вдвое большему изменению объема жидкости, регистрируемому устр-вом 7. Изменение объема жидкости в скважине пропорционально изменению величины первого инварианта напряженного состояния массива. 1 ил. с:

А1

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (19) (11) (я) 4 E 21 С 39/00

gft» РЪД) ) ))Х Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ,. |В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4126075/22-03 (22) 23.07.86(46) 23.01.88. Бюл. Ф 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) В. С. Георгиевский, Н. В. Кротов, В. П. Кузнецов, А, П. Запрягаев, М. С. Злотников и А. В. Исаев (53) 622.23.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11* 1203248, кл. Е 21 F 5/00, 1984. (54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для исследования напряженно-деформационного со-, стояния массива горных пород. Цель изобретения - повышение точности оценки и расширение области применения путем совместного измерения осевых и радиальных деформаций скважин.

Датчик содержит эластичное изолирующее покрытие 1 для герметизации стенок скважины, герметизатор 3 устья скважины и устр-во 7 для измерения объема жидкости. На герметизаторе 3 закреплен гидроцилиндр 4 с поршнем 5 и штоком 6 с осевым отверстием и распорным приспособлением 2, размещенным в забое скважины и соединенным посредством тяги 9 с поршнем 5.

Надпоршневая полость 8 гидроцилиндря

4 сообщена с устр-вом 7 и осевым отверстием в штоке 6. Диаметр поршня

5 в /2 раза больше диаметра приспособления 2. Благодаря последнему осевые деформации скважины приводят, по сравнению с радиальными, к вдвое большему изменению объема жидкости, регистрируемому устр-вом 7. Изменение объема жидкости в скважине пропорционально изменению величины первого инварианта напряженного состояния массива. 1 ил.

37 2 шению гидроцилиндра 4 в среднее положение, тяга 9 натягивается грузом

10, фиксируется винтом 11 относительно штока 6 и обмазывается герметиком.

После отверждения эпоксидного компаунда скважина заполняется жидкостью через устройство 7 измерения объема жидкости при открытом кране

13, после чего. кран 13 закрывается, После выравнивания температуры жидкости в скважине и окружающих пород производится первоначальный отсчет изменения объема жидкости в скважине с помощью устройства 7. В дальнейшем устройством 7 измеряется изменение объема жидкости в скважине, соответствующее осевым и радиальным деформациям скважины, происходящим вследствие напряжений в горном массиве. При этом за счет выполнения диаметра поршня 5 в /2 раз превышающим диаметр распорного приспособления 2 и, соответственно, диаметр скважины осевые деформации скважины приводят, по сравнению с радиальными деформациями скважины, к вдвое большему изменению объема жидкости, регистрируемому устройством 7 °

Поскольку изменение объема скважины д V, зависит как от изменения площади д 8 поперечного сечения, так и от изменения ее длины ьЕ, то пренебрегая величинами второго порядка, изменение объема может быть выражено: Ч = bSL + 8L S где L u S — соответственно длина и площадь поперечного сечения измерительного участка скважины.

Учитывая то, что деформации скважины h S и д L могут быть выражены через параметры напряженно деформированного состояния массива:

13684

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для исследования напряженно-деформированного состояния массива горных пород.

Цель изобретения - повышение точности оценки и расширение области ,применения путем совместного измерения осевых и радиальных деформаций ,скважины. 10

На чертеже показана схема гидравлического датчика.

Гидравлический датчик для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород содержит элас- 15 тичное изолирующее покрытие 1 для герметизации стенок скважины, распорное приспособление 2, размещенное в забое скважины, герметизатор 3 устья скважины, жестко закрепленный на гер- 20 метизаторе 3, гидроцилиндр 4 с поршнем 5 и штоком 6 с осевым отверстием, устройство 7 для измерения изменения объема жидкости в скважине, сообщенное с надпоршневой полостью 8 гидро- 25 цилиндра 4, тягу 9, связывающую распорное приспособление 2 с поршнем 5, груз 10 и винт 11 для натяжения и фиксации тяги 9 и трубку 12 с краном

13 для отвода воздуха из полости 30 скважины. Надпоршневая полость 8 гидроцилиндра 4 сообщена с отверстием в штоке 6, проходящим через осевое отверстие герметизатора 3. Диаметр поршня 5 в <2 раза больше диаметра рас- 3, порного приспособления 2 и, соответственно, диаметра скважины.

Гидравлический датчик работает следующим образом.

Вначале проводится герметизация 40 стенок скважины от проникновения жидкости в массив. Для этого на стенки скважины наносится эластичное изолирующее покрытие 1 из эпоксидного компаунда и, в случае больших деформаций, дополнительно устанавливается трубка из тонкой резины. Затем в конце измерительного участка скважины устанавливается распорное приспособление 2 с прикрепленной к нему тягой 9 и трубкой 12. Тяга 9 пропускается по осевому отверстию в штоке 6. Трубка 12 для отвода воздуха иэ скважины пропускается через герметизатор 3 и герметизируется плас- 56 где тичной замазкой. После этого герметизатор 3 вставляется в покрытое эпоксидным компаундом устье скважины. Поршень 5 выставляется по отно- радиус скважины;

- модуль Юнга массива; — коэффициент Пуансона;

- компоненты тензора напряжений массива.

3 1368437

Выражение (1) может быть представлено в виде: л

Таким образом, изобретение позвояет повысить точность оценки напряженно-деформированного состояния горного массива sa счет одновременной фиксации радиальных и осевых деформаций скважины, а также расширить область использования датчика как любых сочетаний изменения составляющих

10 напряженно-деформированного состояния массива.

ЬVc A S 1 + 4 .

L9 R (g )((2) 15

Составитель В. Тальвойш

Редактор В, Данко Техред М.Дидык Корректор М. Шароши

Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 210/29

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Анализ выражения (2) показывает, что по крайней мере в упругой области деформирования, при условии увеличения доли изменения объема скважины за счет осевых деформаций в два раза 20 изменение объема 4 V скважины может быть представлено пропорциональным ,изменению величины первого инварианта,напряженного состояния - >(0< +

+ +0 ). 25

Следовательно, измеряемое устройством 7 уменьшение объема скважины свидетепьствует об увеличении величины (0„ + Q + 6 ), à его увеличе- 30

4 ние - о разгрузке. B случае, если скважина пробурена в однородном по механическим свойствам массиве, можно по измерениям изменения объема скважины определить изменения напряженно- З деформированного состояния массива, а именно абсолютные значения величины - a.(0 ь „) .

Формула изобретения

Гйдравлический датчик для оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород, содержащий эластичное изолирующее покрытие, предназначенное для герметизации стенок скважины, герметизатор устья скважины и устройство для измерения объема жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности оценки и расширения области применения путем совместного измерения осевых и радиальных деформаций скважины, он снабжен закрепленным на герметизаторе гидроцилиндром с поршнем и штоком с осевым отверстием и распорным приспособлением, размещенным в забое скважины и соединенным посредством тяги с поршнем, йри этом надпоршневая полость гидроцилиндра сообщена с устройством для измерения объема жидкости и с осевым отверстием в штоке, а диаметр поршня в /2 раз больше диаметра распорного приспособления,