Устройство для определения прочности горных пород

 

Устройство для измерения прочности горных пород содержит корпус, подпружиненный ударник с бойком, спусковой механизм и регистратор, прижимной ролик и два опорных ролика, один из которых приводной, причем на приводном ролике параллельно и симметрично его оси укреплены взводные штифты, корпус выполнен в виде удлиненной рамы, на которой размещены ролики и подпружиненный ударник с поперечным выступом с возможностью взаимодействия с взводными штифтами, регистратор выполнен в виде механо-электрического преобразователя, закрепленного на ударнике. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области исследования механических характеристик материалов, главным образом, горных пород. Преимущественная область применения - горное дело.

Известно устройство [1] для лабораторных испытаний образцов горных пород на прочность в образцах размером 7х7х30 мм, содержащее боек, поднимаемый перед ударом вручную на заданную высоту и затем падающий на образец. О механических свойствах образца судят по амплитуде электрического импульса, снимаемого с укрепленного на бойке электромеханического датчика. К числу недостатков прибора относятся: невозможность использования для исследования закрытых поверхностей, в частности скважин, невозможность автоматизации процесса, громоздкость устройства.

Известно также устройство для измерения прочности горных пород, содержащее подпружиненный ударник с бойком, ручной спусковой механизм и устройство регистрации амплитуды, содержащее перо и носитель записи со шкалой. О механических свойствах пород судят по высоте пика отскока, зафиксированного на носителе. Это устройство может использоваться для исследования открытых поверхностей, но только в ручном режиме. Однако для опробования внутренних стенок труб, скважин, шпуров оно также непригодно. Это устройство наиболее близко к заявленному.

При детальном и массовом исследовании больших поверхностей, протяженных объектов, например стен, фундаментов, различных профилей, керна разведочных скважин, стенок скважин и шпуров с целью определения их качества (состава, прочности, твердости) или для выявления скрытых дефектов возникает необходимость в автоматизации процесса измерений, для чего необходима аппаратура, содержащая портативный датчик, оснащенный устройством для регулярного и быстрого автоматического самовзвода и самоспуска ударника с электромеханическим преобразователем, импульсы с которого фиксируются в пульте управления. Особенно усложняется задача при исследовании разведочных скважин, шпуров и др., когда диаметр датчика должен быть минимальных размеров (менее 40 мм), а использование мощных источников тока для взвода ударника невозможно.

Необходимость исследования скважин и шпуров обусловлена тем, что в разведочных скважинах достаточно часто керн разрушается при бурении, а шпуры проходят без выемки керна. Изучение прочности горных пород в скважинах и шпурах позволит провести петрографическое расчленение разреза, поскольку разные породы обладают разной прочностью, и выявить ослабленные зоны вблизи горных выработок, что важно для своевременного предсказания и предотвращения опасности горных ударов.

Подобная аппаратура может использоваться для изучения керна, в инженерных изысканиях для дефектоскопии зданий, проката и др.

Предлагаемое устройство содержит корпус, подпружиненный ударник с бойком и спусковой механизм, корпус выполнен в виде удлиненной монтажной рамы, оснащенной двумя опирающимися на исследуемую поверхность концевыми роликами. Один из роликов снабжен расположенными по окружности поперечными взводными штифтами, а смонтированный в непосредственной близости от приводного ролика подпружиненный ударник с бойком и электромеханическим преобразователем имеет поперечный выступ, длина которого достаточна для обеспечения зацепления с взводными штифтами. При исследовании скважин, шпуров, а также внутренних полостей труб рама снабжена прижимной рессорой, а поперечный выступ ударника выполнен в виде односторонне подпружиненной собачки, обеспечивающей одностороннее зацепление с штифтами.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство представлено в позиции исследования скважины (шпура) 1 в момент начала цикла взвода ударника. Несущим элементом устройства является удлиненная монтажная рама 2, опирающаяся на оси двух концевых роликов 3 и 4. На приводном ролике 4 установлены два поперечных взводных штифта 5. На основании 6, укрепленном на раме 2, жестко закреплена плоская взводная пружина 7. На ее свободном конце в непосредственной близости от образующей ролика 4 закреплен ударник 8 с бойком 9, рабочая грань которого расположена в непосредственной близости от стенки скважины. На противоположном конце ударника установлен электромеханический преобразователь 10. Со стороны, обращенной к приводному ролику 4, на ударнике 8 укреплена односторонне подпружиненная пружиной 12 двусторонняя собачка 11. С противоположной бойку стороны на раме установлена прижимная рессора 13 с роликом 14. Штанги для перемещения датчика в скважине (не показаны) прикрепляются к хвостовику 15.

Устройство работает следующим образом.

При подаче датчика в скважину 1 с помощью разъемных штанг 2 благодаря опорным роликам 3, 4, 14 свободно перемещается вдоль ствола (слева направо). При этом приводной ролик 4 благодаря рессоре 13 прижимается к стенке и, вращаясь по часовой стрелке, с помощью штифтов 5 и собачки 11 взаимодействует с ударником 8, поднимая его и взводя плоскую пружину 7. При дальнейшем вращении ролика штифт 5, перемещаясь по окружности и скользя вдоль собачки 11, по достижении заранее заданной позиции выходит из зацепления с собачкой. В этот момент ударник под воздействием взведенной пружины 7 срывается и бойком 9 ударяет по стенке. Механический импульс отдачи преобразуется преобразователем 10 в электрический сигнал и по кабелю передается в пульт управления, где после преобразования его амплитуда идентифицируется на цифровом табло и фиксируется в памяти прибора. В дальнейшем этот процесс регулярно повторяется.

При выемке датчика из шпура ролики вращаются в обратном направлении. При этом штифты отклоняют подпружиненную собачку в обратном направлении (вниз) и проскальзывают, не вызывая отклонения ударника.

Предложенная конструкция обеспечивает полную автоматизацию измерительного процесса без использования мощных источников электроэнергии для взвода ударника; строгую идентичность энергии ударов; сохранение постоянного, заранее заданного, шага измерений.

Созданный и испытанный на базе изобретения действующий макет прибора для опробования штатных шпуров диаметром d_ш = 40 мм и длиной L = 10 м включает датчик, кабель и легкий, носимый на груди пульт управления с автономным источником тока, обеспечивающим 70 ч работы. Длина датчика 60 см, диаметр роликов с резиновым покрытием d_р = 3,13 см, количество взводных штифтов n = 4. Таким образом шаг измерений l = π d_р/n = 2,5 см, число точек измерений в шпуре N = L/l = 400. Объем твердой памяти обеспечивает запись 4096 результатов (10 шпуров). После подъема из шахты результаты с помощью графопостроителя переносятся на диаграммную ленту и долговременную память ЭВМ.

Результаты шахтных испытаний прибора показали, что с его помощью можно различать 5-6 типов горных пород. Учитывая то, что шпуры бурятся без выемки керна, информация о петрографическом составе пород в разрезе шпура приобретает особую ценность. В настоящее время планируется внедрение прибора для выявления "слепых" (т. е. не выходящих в забое или по стенкам выработки) рудных тел, что обеспечит повышение извлечения руд и снижение затрат на проходку разведочных выработок.

Помимо этого устройство может применяться и для исследования открытых объектов (стены, фундаменты, прокат, керн горных пород из скважин). В этом случае необходимость в применении прижимной рессоры 13 и собачки 11 отпадает (последняя может заменяться выступом-зацепом), поскольку датчик перемещается в одном направлении. При исследовании горизонтальных поверхностей в автоматическом режиме на раме может быть установлен дополнительный груз (не показан), обеспечивающий прижим устройства. Для улучшения сцепления приводного ролика 4 с гладкой поверхностью исследуемого объекта он может быть снабжен резиновым покрытием.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее корпус, подпружиненный ударник с бойком, спусковой механизм и регистратор, отличающееся тем, что оно снабжено взводными штифтами спускового механизма, прижимным роликом, двумя опорными роликами, один из которых приводной, причем на приводном ролике параллельно и симметрично его оси укреплены взводные штифты спускового механизма, корпус выполнен в виде удлиненной рамы, на которой размещены ролики и подпружиненный ударник, выполненный с поперечным выступом, расположенный с возможностью взаимодействия с взводными штифтами спускового механизма, а регистратор выполнен в виде механоэлектрического преобразователя, закрепленного на ударнике.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено прижимной рессорой, а поперечный выступ ударника выполнен в виде односторонне подпружиненной собачки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на раме укреплен груз, вес которого достаточен для обеспечения сцепления опорных роликов с исследуемой поверхностью горной породы, а приводной ролик выполнен с резиновым покрытием.

РИСУНКИ

Рисунок 1