Способ изучения деформационных и прочностных свойств скальных массивов и устройство для его осуществления

 

Использование: изыскательские работы, определение свойств горных „ пород в геологоразведочных скважинах. Сущность изобретения: стенки скважины нагружают с помощью многокомпонентного прессиометра. Одну из пар пуансонов прессиометра снабжают режущими элементами. При достижении контакта пуансонов со стенками скважины вращают прессиометр и разрушают неровности стенок. Измеряют глубину и усилие резания. Определяют сопротивление породы резанию,, Дальнейшее нагружение стенок скважины проводят с помощью других пар пуансонов. Эти пуансоны выполнены с радиусом кривизны , равным радиусу дуги, на которой лежат вершины режущих элементов. При нагружении измеряют глубину внедрения пуансонов и давление в гидросистеме. По этим данным определяют деформационные и прочностные свойства пород массива. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! I) с (si)s Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1а

4

ОО Ю {, )

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4877937/03 (22) 10. 09.90 (46) 30.11.92 Бкл. " 44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) В.А.Бирман, Г.Ф.Перлов, А.А.Перегудов и Ким Хен Су (56) Авторское свидетельство СССР

h" 1040147, кл.. Е 21 С 39/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

hh" 1245704, кл. Е 21 С 39/00, 1984. (54) СПОСОБ ИЗУЧЕНИЯ ДЕФОРИАЦИОННЬ!Х

И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ СКАЛЬНЫХ НАС"

СИВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изыскательские работы, определение свойств горных пород в геологоразведочных скважинах.

Сущность изобретения: стенки скважиИзобретение относится к изыскательным работам при строительстве объектов энергетики или других сооружений, связанных с излучением деформируемости и прочности массивов скальных пород и полускальных пород по всей зоне сооружений с помощью геологс-разведочных скважин.

Известны стандартные испытания керна, отобранного с мест проведения опытов. Эти испытания, спределяющие петрографический состав породы, ее проницаемость, пористость и крепость, не позволяет судить о деформируемос-. ти и прочности массивов, вмещающих эти породы. ны нагружают с помощью многокомпонентного прессиометра. Одну из пар пуансонов прессиометра снабжают режущими элементами, При достижении контакта пуансонов с.о стенками скважины вращают прессиометр и разрушают неровности стенок. Измеряют глубину и усилие резания. Определяют сопротивление псроды резанию. Дальнейшее нагружение стенок скважины проводят с помощью других гар пуансонов. Эти пуансоны выполнены с радиусом кривизны, равным радиусу дуги, на которой лежат вершины режущих элементов. При нагружении измеряют глубину внедрения пуансонов и давление в гидросистеме.

По этим данным определяют деформационные и прочностные свойства пород массива ° 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Известен способ изучения, деформационных и прочностных свойств скальных массивов, включающий разрушение неровностей стенок скважины, их последующее нагружение посредством многокомпонентного прессиометра, измерение глубины внедрения пуансонов и давлсния в прессиометре, по которым определяют упругие и прочностные свойства массива.

Такой способ является наиболее близким к изобретению по технической сущности и дсстигаемому результату.

Способ осуществляют устройством для определения деформационных свойств массивов, включающим корпус, ус1778299 тановленные в нем пуансоны и эластич" ные камеры, размещенные между пуан" сонами и кс:рпусом.

Известный сг оссб не позволяет определить сопротивление пород в массиве резанию, а также увеличить поверхность контакта пуансонов с городой при возможных несовпадениях диаметров скважины и контактных поверх- 10 ностей пуансонов.

Целью изобретения является повышение информативности способа и повышение достоверности измерений за счет увеличения поверхности контакта пуансонов с породой.

Это достигается техническим реше» нием, представляющим собой новый спссоб изучения деформационных и прочностных свойств скальных массивов, включающий разрушение неровностей стенок скважины, их последующее нагружение посредством многокомпонентно" го прессиометра, измерение глубины внедрения пуансонов и давления в 25 прессиометре, по которым определяют упругие и прочностные свойства массивов, осуществление которого обусловливается применением устройства определенной новой конструкции. 30

ИзоЬретенный способ отличается от и зве стно го спосоЬа тем, что на конта к-тной поверхности прессиометра устанавливают режущие элементы, разрушение неровностей стенок скважины осу- 35 ществляют путем вращения прессиометра, измеряют при этом глубину и усилие резания и дополнительно определяют сопротивление породы резанию.

Такой споссб может быть осуществ. лен устройством новой конструкции для определения деформационных свойств скальных массивов, включающим корпус, установленные в нем пуансоны и элас" тичные камеры, Размещенные между пу- 45 ансонами и корпу сом.

Отличие устройства, позволяют осуществить новый сгособ, состоит в ТоМ что оно снабжено режущими элементами, установленными на менее, чем на одной паре пуансонов, а также в том, что радиус контактной поверхности остальных пуансонов равен радиусу, на котором лежат вершины режущих эле" ментов.

На фиг,1 представлено предлагаемое устройство; на фиг.2 - разрез

А-А на фиг.1 (устройство с двума взаимонезависимыми парами пуансонов, одна из которых оснащена режущими элементами); на фиг ° 3 - разрез А-А на фиг.1 (устройство с двумя взаимонезависимыми парами пуансснов в расширенной скважине в момент прессиометрии).

Устройство 1 состоит из корпуса 2 с пазами, в которых установлены пуансоны 4-7 с возможностью радиального перемещения, а также эластичные камеры 8-11, размещенные между пуансонами и корпусом и соединенные напорными труЬопроводами 12 с командно-измерительным щитом 13. Командноизмерительный щит включает насос 14, мерную емкость 15, пресс-объемометр

16, вентили 17, манометры образцовые 18.

Пуансоны 4 и 6 предназначены для внедрения в стенки скважины при неподвижном прессиометре. Диаметр наружной поверхности этих пуансонов выполняется большим, чем наружный диаметр корпуса на величину, зависящую от свойств пород в массиве. Чем больше прочность скальных или полу" скальных порсд, слагающих исследуемый массив, и выше устойчивость стенок скважины, тем меньшее различие задается между указанными размерами .

Прессиометр комплектуется набором пуансонов с различными значениями этих диаметров (соответственно высоты), выполненных таким образом, чтобы в собранном устройстве пуансоны не выходили за габариты корпуса.

Пуансоны 5 и 7 оснащены режущими элементами. Эти элементы могут бытb представлены твердосплавными зубками

19,20, имеющими цилиндрический хвос" товик для крепления в гнездах пуансо" на и породоразрушающую головку с полусферической или иной формой. Элементы по высоте пуансонов устанавливаются в виде рядов так, чтобы при совмещении проекций элементов на образующую цилиндрической поверхности пуансонов между элементами не оставалось зазоров, образующих на забое непоражаемые участки - "воротники".

Оси зубков, соответственно гнезд под них наг.равлены к центру кривизны пуансонов, а вершины режущих элементов расположены на радиусе, равном радиусу контактной поверхности ос. тальных пуансонов.

Режущие элементы могут выполняться в виде зубьев, выфрезерованных

1778299 6 твердым сплавом.

Эластичные камеры служат для передачи нагрузки на пуансоны с целью вдав. ливания их в стенки скважины. С этой целью в гидросистему с помощью насоса 1 закачивается жидкость. Давление в трубопроводе определяется по показаниям манометров 18, изменение объема закаченной жидкости - по ее уровню в мерной емкости 15, а постоянство давления в систеМе обеспечивается прессвбъемометром 16.

Способ изучения деформационных и прочностных свойств скальных массивов осуществляется сгедующим образом. Устройство, собранное с учетом предварительных сведений о свойствах породы спускается в скважину на заданную глубину. Фиксируется первоначальный объем жидкости в мерной емкости. С помощью насоса закачивается жидкость в эластичные камеры, расширение которых обеспечивает перемещение пуансонов до контакта со стенкой скважины.

Давление в камерах задается до значения, обеспечивающего плотный контакт пуансонов-штампов с породой за счет смятия микронеровностей (началь» ное давление 2-3 МПа). По изменению объема жидкости в мерной емкости определяется диаметр скважины. Разность между наружным диметром установгessex пуансонов и замеренным диаметром скважины составляет величину, на которую должна быть расширена скважина для получения точной информации о прочностных свойствах массива. В зависимости от этой величины определяется число проходов резания, которые должны

1 .быть осуществлены с помощью пуансонов с режущими элементами. Подается давление в эластичные камеры, сообщенные с указанными пуансонами. Бращением прессио" метра при зафиксированном постоянном давлении в камерах обеспечивается реза ние - расширение диаметра скважины. Глубина, резания за один проход и частота вращения прессиометра выбираются в зависимости от конкретных условий.

Обработка данных с постановкой их в формулы, известные из теории резания материалов, позволяет определить значения допустимого сопротивления породы резанию. Диаметр расширенной скважины дополнительно контролируется

2. Устройство для изучения дефор45 мационных и прочностных свойств скаль ных массивов, включающее корпус, установленные в нем пуансоны и эластичные камеры; размещенные между пуансо нами и корпусом, о т л и ч à ю щ е5G е с я тем, что, с целью повышения достоверности измерений за счет увеличения поверхности контакта пуансонов с породой, оно снабжено режущими элементами, установленными не менее 55 чем на одной паре пуансонов, а контактные поверхности остальных пуансонов выполнены с радиусом кривизны, равным радиусу дуги, на которой лежат вершины режущих элементов. из тела пуансона и армированных для повышения износостсйкости наплавкой при остановке вращения с помощью пуансонов.

Исследования прочностных свойств

5 массива осуществляются при неподвиж- ном устройстве. Ilo завершению иссле" дований замеры повтбряются в аналогичной последовательности на другой глубине, задаваемой программой работ.

1р Испогьзование описанного способа позволяет увели;ить точность информации и количество параметров, определяющих состояние породы, благодаря увеличению поверхности контакта пуан15 сонов с породой за счет расширения с помощью пуансонов с режущими элементами диаметра скважины до значения, равного диаметру цилиндрической поверхности этих пуансонов, а также опре"

20 деления сопротивления породы резанию..

Формула и зобре тени я

1. Способ изучения деформационных

25 и прочностных свойств скальных масси" вов, включающий разрушение неровностей стенок скважины, их последующее нагружение посредством многокомпонентного прессиометра, измерение глубины

30 внедрения пуансонов и давления в . прессиометре, по которым определяют упругие и прочностные свойства массива, отличающийся тем, что, с целью повышения информативнос" ти способа, на контактной поверхнос" ти прессиометра устанавливают режущие элементы, разрушение неровностей сте нок скважины осуществляют путем вращения прессиометра, измеряют при этой 10 глубину и усилие резания и дополнительно определяют сопротивление короды резанию.

1778299

1778299

10 б4г 2

Составитель B. Бирман

Реда ктор 3 . Хода кова Техрел М. Мор гентал

Корректор И.Шулла

Заказ 4171 Тираж (-- Р Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4j5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101