Устройство для измерения напряжений в грунтах и горных породах

 

Изобретение относится к горному делу„ Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения . Чувствительный элемент (Э) выполнен в виде полого цилиндра (Ц) 1 с тензорезисторами 2 на его внутренней поверхности. На торцах Ц 1 уста

союз соВетских социАлистичесних

РЕСПЯЬЛИН (51) 5 Е 21 С 39!00 ср р

li

ЬК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Þ5 Zr

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям пРи Гннт сссР (21) 4606660/03 (22) 22,11.88 . (46) 23,02.91 ° Вюл. Н 7 (71) Институт угля СО АН СССР (72) В,В,Вербилов, Н,А.F(zrанкин и Н,K.ßíîâëåâ (53) 622.235(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .

И -1456565, кл. F. 21 С 39/00, 1987.

„„SU,,16295 4 A1

2 (54) УСТРОРСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИИ В ГРУНТАХ И ГОРНЫХ ПОРОДАХ (57) Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повьппение точности и расширение области применения. Чувствительный элемент (Э) выполнен в виде полого цилиндра (Ц) 1 с тензорезисторами 2 на его внутренней поверхности. На торцах Ц 1 уста1629534 новлены эластичные демпфирующие кольца 3. Герметизирующий Э 4 установлен с зазором внутри Ц t и сцентрирован в нем кольцами 3, Открытый торец Э 4 выполнен в виде кольцевого со скошенными внутрь кромками режущего выступа, наружный диаметр которого равен наружному диаметру Ц 1. Донную часть Э 4 охватывает Э 5, при этом герметизирующие Э, 4, 5 жестко соединены друг с другом. Между Э 4, 5 через кольца 3 зажат чувствительный

Э. Перегородка 7 с отверстием 8 разделяет цилиндрический полый корпус 6 на камеры 9 и 10. Камера 9 имеет осесимметричное отверстие 11 в дне корпуса 6, а камера 10 - сквозное, ортогональное оси корпуса отверстие

12, в котором установлена с воэможностью осевого перемещения штанга 13.

На последней по ее длине рассредоточены заряды 14 взрывчатого вещества.

Изобретение относится к горному;

-.J . делу и может быть использовано для . измерения исходного напряженного сос- 30 таяния массива горных пород.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения.

На фиг. 1 представлено устройство 35 для измерения напряжений в грунтах и горных породах при его установке в скважину; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — устройство в рабочем положении. 40

Устройство для измерения напряжений в грунтах и горных породах содержит чувствительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра 1 с наклеенными на его внутренней поверхно- 45 сти тензорезисторами 2. На торцах цилиндра 1 установлены эластичные демпфирующие кольца 3. Устройство содер" жит два герметизирующнх элемента

4 и 5. Герметизирующий элемент 4 установлен с зазором внутри цилиндра 1 и сцентрирован относительно последнего демпфирующими кольцами 3. Открытый торец герметизирующего элемента

4 выполнен в виде кольцевого, со скошенными внутрь кромками, режущего выступа, наружный диаметр которого равен наружному диаметру цилиндра 1.

Герметизирующий элемент 5 охватывает

Сборка чувствительного Э и Э 4, 5 размещена с возможностью осевого перемещения в камере 9, при этом режущий выступ Э 4 установлен в отверстии 11, Устройство на штанге 13 опускают в скважину 21. Производят .подрыв заряда 14. В результате чувствительный Э в сборе с Э 4 и 5 внедряется в породу. Многократное циклическое действие взрыва за счет перемещения штанги 13 и подачи нового заряда 14 в камеру 10 обеспечивает полный вход чувствительного Э в стенку . скважины 21. В результате замещения разрушенной части массива чувствительным Э последний получает на себя напряжения массива. Деформация Ц 1 регистрируется тензорезисторами 2, соединенными с измерительными приборами, и по специальным методикам расшифровывается с получением величин исходных напряжений. 3 ил. донную часть герметизирующего элемента 4 и жестко соединен с ним. Чувствительный элемент зажат между герметизирующими элементами 4 и 5 через демпфирующие кольца 3.

Устройство содержит цилиндрический полый корпус 6, разделенный перегородкой 7 с отверстием 8 на камеры 9 и 10. Камера 9 имеет осесимметричное отверстие 11 в дне корпуса 6, а камера 10. — сквозное, ортогональное оси корпуса отверстие 12, в котором установлена с возможностью осевого перемещения штанга 13, На последней по ее длине рассредоточены заряды 14 взрывчатого вещества. .Сборка из чувствительного элемента и герметизирующих элементов 4 и 5 размещена с возможностью осевого перемещения в камере 9, при этом режущий выступ герметизирующего элемента 4 установлен в отверстии 11. К тензорезисторам 2 подсоединены провода 15 которые проходят по зазору между герметизирующим элементом 4 и цилиндром 1, далее по каналам 16, выполненным в теле герметизирующего элемента 5, и соединяются в кабель

17. Последний свободно обвивает наружную поверхность цилиндра 1 и через отверстие 18, выполненное в корпусе 6, выходит из него к измери5 16295 тельным приборам (не показаны). В корпусе б установлен с выступающим под внутренней поверхностью камеры 9 рабочим органом переключающий элемент

19, соединенный кабелем 20 с регистрирующим устройством (не показано).

Устройство работает следующим образом.

На штанге 13 устройство. опускают в скважину 21. Затем производится подрыв заряда 14 взрывчатого вещества путем подачи к нему напряжения но проводам (не показаны), пропущенным через осевой канал штанги 13 и имеющим вывод на поверхность. Энергия давления пороховых газов взрыва продвигает чувствительный элемент в сборе с герметизирующнми элементами 4 и 5 в породу из отверстия 11 в кор- 20 пусе б. Перемещением штанги 13 производится подача следующего заряда 14 в камеру,10 и его подрыв, который приводит к дальнейшему продвиганию чувствительного элемента вглубь массива. Циклы повторяются до тех пор, сока наружная поверхность элемента 5 не замкнет цепь переключающего элемента 19 путем воздействия на рабочий орган последнего, расположенный так что при этом центр тензорезисо ? торов 2 располагается на расстоянии

d+ R/2 от стенок скважины, где R— радиус скважины. При этом порода заполняет полость герметизирующего элемента 4, уплотняясь в ней. Кабель

17 при продвижении чувствительного элемента складывается витками в виде пружины вдоль наружной поверхности цилиндра 1.

За счет внедрения чувствительного элемента в массив со срезанием стенок режущими кромками чувствительный элемент замещает разрушенный участок 45 массива и получает на себя давления (напряжения), которые имел массив.

В результате напряженно деформированное состояние чувствительного элемента меняется. Цилиндр 1 деформируется за счет наличия воздушного гарантированного зазора между ним и наружной поверхностью герметизирующего элемента 4. Деформации внутренней поверхности цилиндра 1 регистрируются тензорезисторами 2, соединенными проводами 15 и кабелем 17 с измерительным прибором (не показан). Затем по специальной методике эти деформации

34 6 расшифровываются с получением величин исходных напряжений.

Тензорезисторы 2 выходят за зону влияния скважины при глубине их внедрения не менее чем на половину радиуса К скважины (при этом центры тензорезисторов 2 выходят за пластическую зону, толщина которой порядка

0,4 R и входят в зону упругих напряжений), что обеспечивает измерение упругих напряжений с,приемлемой для практики точностью.

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства повьппается точность измерения исходного поля напряжений.

Многократное циклическое действие взрыва за счет перемещения штанги 13 и подачи каждый раз в камеру 10 нового заряда 14 взрывчатого вещества до полного входа чувствительного элемента в стенку скважины 21 повьппает эффективность внедрения и обеспечивает его надежность при любых типах пород. Это в сочетании с простотой конструкции и возможностью вести измерения на любой глубине от устья скважины значительно расширяет область применения устройства и повышает производительность работ по из-. мерению напряжении горных пород.

После внедрения чувствительного элемента в породу доставочная штанга 13 вынимается, оснащается новыми зарядами 14 взрывчатого вещества и вновь используется для установки нового чувствительного элемента. Преимуществом предлагаемого устройства является возможность установки яе« скольких подобных устройств в одну скважину в порядке, определяемом схемой измерений, и в направлении от забоя скважины к ее устью.

Таким образом, чувствительными элементами может быть охвачен целый объем массива, а замеры напряжений могут дать полную картину напряженного состояния этого объема породы, причем не в относительных; а.в полных напряжениях, что черезвычайно актуально для науки и производства.

Формула и э обретения

Устройство для измерения напряжений в грунтах и горных породах, со-. держащее чувствительный элемент в виде полого:цилиндра. с наклеенными

1629534 на его внутренней поверхности тензорезисторами, эластичные демпФирующие кольца, установленные на торцах цилиндра, и два герметизирующих элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, оно снабжено штайгой с рассредоточенными по ее длине зарядами взрывчатого вещества и цилиндрическим полым корпусом, разделенным перегородкой с отверстием на две камеры, одна из которых имеет осесимметричное отверстие в дне корпуса, а вторая — сквозное, ортогональное оси корпуса отверстие, в котором установлена с возможностью осевого перемещения штанга, герметизирующие элементы выполнены в виде стаканов, один из которых установлен с зазором внутри цилиндра

20 и сцентрирован относительнр последнего демпфирующими кольцами, его открытый торец выполнен í виде кольцевого со скошенными внутрь 1 ðoìêàми режущего выступа, наружный Диаметр которого равен наружному дна= метру цилиндра, второй герметизирующий элемент охватывает донную часть первого герметизирующего элемента и жестко соединен с последним, а чувствительный элемент зажат между герметизирующими элементами через демпФирующие кольца, чувствительный и герметизирующие элементы размещены с возможностью осевого перемещения в свободной камере корпуса, при этом режущий выступ первого герметизирующего элемента установлен в отверстии дна корпуса..

1б 29534

Составитель Л.Климов

Редактор А.Шандор Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Тираж 292 Подписное.

В%А

ЯППИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101