Устройство для определения деформаций и напряжений в горных породах

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в горном деле. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит цилиндрический корпус 2 с закрепленной на нем эластичной оболочкой 5. Между последней и корпусом 2 образована рабочая полость 6. Корпус 2 выполнен полым и разделен установленным в нем поршнем (П) 8 со штоком 9 на три полости. В П 8 выполнен сквозной осевой канал 13, а в торце П 8 установлен подпружиненный клапан 14. В корпусе П 8 установлен с возможностью фиксации в крайнем нижнем положении П посредством фиксаторов 16. Штоковая полость 12 соединена с рабочей полостью 6. Подпоршневая полость 11 соединена с атмосферой, а надпоршневая полость 10 - с элементами подвода рабочей жидкости (РЖ). В начальном положении П 8 находится в крайнем нижнем зафиксированном положении П 8, и клапан 14 за счет контакта с крышкой 21 открыт. Через отверстие под пробку 28 штоковую 12 и рабочую 6 полости заполняют РЖ. УСТРОЙСТВО УСТАНАВЛИВАЮТ В СКВАЖИНУ И В НАДПОРШНЕВУЮ ПОЛОСТЬ 10 ПОДАЮТ РЖ, которая через канал 13 поступает в штоковую 12 и рабочую 6 полости. Оболочка 5 расширяется и заполняет все зазоры между устройством и скважиной. При повышении давления П 8 выходит из взаимодействия с фиксаторами 16 и начинает двигаться вверх. Клапан 14 выходит из взаимодействия с крышкой 21 и закрывается под действием пружины 31. При движении П 8 в штоковой 12 и рабочей 6 полостях создается высокое давление. Давление и расход РЖ фиксируются в системе элементов подвода РЖ. После окончания работ сливают РЖ из надпоршневой полости 10. Под действием давления РЖ в рабочей 6 и штоковой 12 полостях П 8 возвращаются в исходное положение. Клапан 14 открывается, и давление в рабочей 6 и штоковой 12 полостях падает до нуля. Устройство извлекают из скважины. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) (s)) 4 Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4322509/23-03 (22) 28.10.87 (46) 07.07.89. Бюл. 1(25 (71) Институт горного дела СО АН СССР (72) М. В. Курленя, Н. С. Лавров, В. Д. Барышников, О. И. Кютт и В. К. Федоренко (53) 622.281.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1154466, кл. Е 21 С 39/00, 1984.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИИ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в горном деле. Цель изобрете-, ния — повышение точности измерений.

Устройство содержит цилиндрический корпус 2 с закрепленной на нем зласI тичной оболочкой 5. Между последней

1492050

10 подают РЖ, которая через канал 13 поступает в штоковую 12 и рабочую 6 полости. Оболочка 5 расширяется и заполняет нсе зазоры между устройством и скважиной. При повышении давления П 8 выходит из взаимодействия с фиксаторами 16 и начинает двигаться вверх. Клапан 14 выходит из взаимодействия с крышкой 21 и закрывается под действием пружины 31. При движении П 8 в штоковой 12 и рабочей 6 полостях создается высокое давление.

Давление и расход РЖ фиксируются в

15 системе элементов подвода РЖ. После окончания работ сливают РЖ из надпоршневой полости 10. Под действием давления РЖ в рабочей 6 и штоковой

l2 полостях П 8 возвращаются в исход20 ное положение. Клапан 14 открывается, и данление в рабочей 6 и штоковой 12 полостях падает до нуля. Устройство извлекают из скважины. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к приборам горной reo- 30 физики, и может быт ь использовано для определения деформационных свойств и напряженного состояния горных пород в горном деле.

Цель изобретения — повьппение точности измерений.

На фиг. 1 изображена схема размещения устройства в скважине и его соединения с элементами нагнетания рабочей жидкости, на фиг., 2 — устройст- 40 во для определения деформаций и напряжений в горных породах, общий нид.

Устройство 1 содержит цилиндрический корпус 2, на котором при помощи обойм 3 и гаек 4 закреплена эластич- 45 ная оболочка 5 так, что между ней и корпусом 2 образована рабочая полость

6, для герметизации которой в корпусе

2 установлены уплотнительные кольца

7. Корпус 2 выполнен полым и разделен установленным в нем поршнем 8 со штоком 9 на три полости: надпоршневую

10, подпорнненую 11 и нтоковую 12 полости. В поршне 8 со штоком 9 выполнен сквозной осевой канал 13, а в торце поршня 8 установлен подпружиненный клапан 14 с выступом 15. Поршень 8 со штоком 9 установлен в корпусе 2 с воэможностью его фиксации в и корпусом 2 образована рабочая полость 6. Корпус 2 выполнен полым и размещен установленным н нем поршнем (П) 8 со штоком 9 на три полости.

В П 8 выполнен сквозной осевой канал

13, а н торце П 8 установлен подпружиненный клапан 14. B корпусе П 8 ус— тановлен с воэможностью фиксации в крайнем нижнем положении П посредством фиксаторов 16. Итоковая полость

l2 соединена с рабочей полостью 6.

Подиоршненая полость 11 соединена с атмосферой, а иадпоршневая полость

l0 — с элементами подвода рабочей жидкости (РЖ). В начальном положении

П 8 находится в крайнем нижнем зафиксированном положении П 8, и клапан

14 за счет контакта с крышкой 21 открыт ° Через отверстие под пробку 28 штоковую 12 и рабочую 6 полости заполняют РЖ. Устройство устанавливают в скважину и в надпоршневую полость

1 крайнем нижнем положении поршня 8 посредством фиксаторов 16.

В!токовая полость 12 соединена с рабочей полостью 6 каналом 17, выполненным в корпусе 2. В торцовой стенке подпоршневой полости 11 выполнено отверстие 18, соединенное каналом 19 с атмосферой. В канале 19 закреплен воздушный фильтр 20.

Надпоршневая полость 10 перекрыта крьппкой 21, к которой подсоединены элементы подвода рабочей жидкости в виде штуцера 22 и трубопровода 23, соединенного с пресс-расходомером 24.

Для предотвращения эатекания эластичной оболочки 5 в зазор между стенкой скважины 25 и обоймами 3 в последних установлены составные разднижные оправы 26 с опорными кольцами 27. В торцовой стенке штоковой полости 12 устанонлена пробка 28, Устройство работает следующим образом.

В начальном положении поршень 8 со штоком 9 находится в крайнем нижнем положении и удерживается фиксаторами 16. При этом клапан 14 эа счет упора его выступа IS в крышку 21 находится в открытом положении. Через отнерстие под пробк 28 штоковую ио1492050

35 лость 1;! и через канал 17 рабочуи полос11 6 заполняют рабочей жидкостью.

Затс м устройс тво подсоединяют через штуцер 22 при помощи трубопровода 23

5 к пресс-расходомеру 24. Устройство 1 готово к работе.

1lосsí. установки устройства 1 в скважину 25 на заданной глубине в надпорнневуи полость 10 ручным насо- )p сом 29 через открытый вентиль 30 подается рабочая жидкость, которая, проходя через открытый канал прессрасходомера 24, поступает через канал

13 в поршне 8 со штоком 9.в штоковуи 15

12 и рабочуи 6 полости. Эластичная оболочка 5, расширяясь, заполняет все зазоры между устройством 1 и скважиной 25. При одинаковом давлении жидкости в надпоршневой 10 и нтоковой 2р

12 полостях сила, воздействующая на поршень 8, во столько раз больне силы, действуищей на шток 9, во сколько плошадь поперечного сечения надпоршневой полости 10 больше площади 25 поперечного сечения нтоковой полости 12.

При повышении давления разница сил увеличивается ° Когда она достигает при давлении 5 — 10 кг/см

{О, 5 — 1,0 MIIa) величины, превышающейй силу, удерживающую фиксаторами

16 порнень 8, последний начинает двигаться вверх. При этом выступ 15 выходит из контакта с крынкой 21 и клапан 14 под действием пружины 31 перекрывает канал 13. Давление, при котором начинает двигаться поршень 8 и закрывается клапан 14, можно изменять, если фиксаторы 16 сделать pery- 4p лируемыми. Затем вентиль 30 перекрьг вают и дальнейшее увеличение давления в устройстве 1 создают подачей рабочей жидкости в полость 10 пресс-расходомером 24 с замером ее расхода. 45

Поршень 8 со штоком 9 продолжают двигаться, сжимая рабочую жидкость в штоковой полос и 12 и соответственно в рабочей полости 6, создавая высокое давление. Причем, давление рабочей жидкости в указанных полостях во столько раз больше давления рабочей жидкости, подаваемой от пресс-расходомера 24, во сколько площадь поперечного сечения поршня 8 (поршневой полости 10) больше плог1ади поперечного сечения нтока 9 (г|токовой полости 12). Коэффициент усиления К>, выражаемый отношением этих площадей, MAwpT быть принят равшг1 5 — 7. Т.». ,пдя создания в рабочей полости 6 давления, например, в 600 кг/см." 60 ИПа в надпорггневую полость 10 нсобход)мо подать рабочуи жидкость давлением (при К = 6) в 100 кг/см (10 !1Па) .

Объем жидкости при этом распределяется в обратном порядке. т.е. для того, чтобы в рабочуи полость 6 подать

30 см>, в надпорнневуи полость 10 необходимо подать 180 см

По мере увеличения объема жидкости внутри рабочей полости 6 устройства эластичная оболочка 5 расширяется и прижимает раздвижные оправы

26 к торцам опорных колец 27, перекрывая зазоры между обоймами 3 и стенками скважины 25 и предотвращая проникновение в зазоры материала оболочки 5.

Давление фиксируют манометром 32, а расход жидкости — пресс-расходомером 24. После окончания работ переключают вентиль 30 трубопровода 23 на слив. Под действием давления жидкости в рабочей 6 и штоковой 32 полостях и упругой эластичной оболочки

5 порнень 8 со штоком 9 возвращается в исходное положение и захватывается фиксаторами 16, а выступ 15 клапана

l4, упираясь в крынку 2l и преодолевая сопротивление пружины 31, открывает клапан 14. При этом излинки рабочей жидкости сливаются через трубопровод 23 до тех пор, пока давление в нтоковой 12 и рабочей 6 полостях не упадет до нуля, после чего устройство 1 можно свободно извлечь из скважины 25. Фиксаторы 16 выполнены так, что срабатывают при обратном ходе поршня 8 при меньшем усилии, чем при прямом ходе (в начале работы устройства).

Как видно из работы устройства 1, по трубопроводу 23 подают только низкое давление, а высокое, необходимое для подачи в рабочуи полость 6, случают непосредственно в устройстве 1.

Это значительно снижает вероятность утечек жидкости в магистрали (трубопроводе 23 и других элементах подвода рабочей жидкости), уменьшает деформацию их по сравнению с известными устройствами, где используется высокое давление, тем самым повышает точность измерения расхода жидкости, необходимой для определения деформаций и напряжений в горных породах и элементах

1492050

Составитель Л. Климов

Редактор И. Дербак Техред A,Êðàâ÷óê Корректор М, tllapomp

Заказ 3848/35 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного ковытета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101 строительных конструкций. Кроме того, точность замера расхода рабочей жидкости и соответствующей ему деформации будет выше, чем в известных устройствах, благодаря значительно большему объему жидкости, подаваемой в надпоршневуи полость 10 низкого давления.

Только за счет этого точность возрастает на величину, равную коэффициенту 1р

К . Использование источника более низкого давления, чем требуется в рабочей полости 6, облегчает и упрощает эксплуатацию н снижает требования к элементам подвода жидкости. 15

Формула изобретения

Устройство дпя определения деформаций и напряжений в горных породах, содержащее цилиндрический корпус с 2р закрепленной на нем эластичной оболочкой, образующей рабочую полость между ней и корпусом, и элементы под вода рабочей жидкости, подсоединенные к корпусу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено поршнем со штоком со сквозным осевым каналом и подпружиненным клапаном, установленным в торце поршня, а корпус выполнен полым и разделен на три полости поршнем со штоком, установленным в корпусе с возможностью его фиксации в крайнем нижнем положении поршня, при этом элементы подвода рабочей жидкости подсоединены к надпоршневой полости, подпоршневая полость соединена с атмосферой, а штоковая - с рабочей полостью.