Устройство для определения механических свойств горных пород в массиве

 

м„. „г".... Г а -„

- -1!. " "..:»;;, . l, Л .

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знам ни научно- -: -. =., (73) Заявитель с исследовательский институт горной геомеха ыки и "-- - =::.".::;; /

1 маркшейдерского дела »(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД В МАССИВЕ

Изобретение относится к области горного дела, а именно, к определению механических свойств горных пород в запредельной области деформирования в шахтных условиях

Известно устройство для определе5 ния механических свойств горных пород в запредельной области, включающее шлифованное основание, упорный цилиндр и шлифованную верхнюю давильную . плиту с центрирующей шаровой пятой, установленных на прессе, а также фольговых .подкладок, задающих фиксированную величину деформации образ à D3, 15

Однако указанное устройство в силу конструктивного выполнения нельзя применить в шахтных условиях.

Известно также устройство для определения механических свойств горных пород в массиве, включающее соединенные с насосом трубопроводами, корпус которых заполнен рабочей жидкостью, и плунжерами опорные плиты, реперы, приборы контроля давлений и перемещений $2).

Недостатком известного устройства является то обстоятельство, что оно, не обладая достаточной жесткостью, не позволяет устанавливать характер деформирования горных пород за преде- лом прочности. Таким образом, известным устройством не представляется возможным получить полную характеристику в координатах напряжение— деформация для горной породы.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых характеристик за счет измерения запредельных характеристик горных пород в условиях естественного залегания.

Эта цель достигается тем, что плунжеры выполнены ступенчатыми, корпуса гидродомкратов снабжены силовыми упорными гайками, ограничивающими ход плунжеров и механизмами поворота.

На фиг. ) изображена монтажная схема устройства в горной выработке; на

861601

3 фиг. 2 н 3 силовой гидродомкрат, в, разрезе.

Устройство содержит силовые гидравлические домкраты 1 (фиг. 1), ус-. тановленные на опорных плитах 2, сое;диненные между собой трубопроводами

3, и через вентиль 4 с насосом 5. K последнему через вентиль 6 и трубо-. провод 7 подсоединены также гидроцн- линдры механизмов поворота 8. Давле- 1ф ние в гидросистемах контролируется манометрами 9 и 10, а измерение про" дольных и поперечных деформаций участ.ка массива, оконтуренного в стенке горной выработки в виде призмы 11 раз"15 мерами не менее 50>50"100 см, осуществляется комплектом реперов 12 с индикаторами часового типа 13. В случае использования для замера деформаций и давления в гидросистемах злектричес ких датчиков применяют соответствующую регистрирующую аппаратуру (например, виброизмерительную ВИ6-5ИА и светолучевой осциллограф).

Гидравлический домкрат состоит иэ

25 корпуса 14 (фиг. 2) внутри которого размещены ступенчатый плунжер 15 и упорная гайка 16, имеющая на верхнем венце по образующей продольные пазы для для установки в них кронштейна меха30 низма поворота, верхняя часть ступенчатого плунжера заканчивается сферической поверхностью, на которую опирается пята 17, а подплунжерная полость 18 заполнена жидкостью с низким

35 коэффициентом сжимаемости (например, глицерином). Механизм поворота 8 упорной гайки жестко закреплен болтами 19 на площадке 20, выполненной

40 заодно с корпусом домкрата, и состоит из цилиндра 21, поршня 22 со штоком

23, крышки 24, фигурного кронштейна 25 . 25 с пружиной 26 и трубопровода 27С

Устройство работает следующим образом.

После завершения подготовительных работ по изготовлению образца — приз-. мы в горном массиве, монтажа устрой$O ства и установки реперов, нагнетанием гюйщерина под давлением в подплунжерную полость 18 силовых гидродомкратов (фиг 2),, производят начальное обжатие массива напряжениями 3-5Х от

Ю

5$ разрушашщи» для улучшения контакта опорных плит с испытываемым материалом после чего производят сброс дав" ления до нуля.

Упорной гайкой 16 на всех домкра.

«ах устанавливают равные. зазоры g„ (фиг. 2) .хода плунжера 15 и насосом

5 (фиг. 1) по трубопроводу 3 при открытом вентиле 4 (вентиль 6 закрыт) Нагнетают под давлением рабочую жидкость в подплунжерную полость IS (фиг. 2), плунжер 15 перемещается вверх на величину, ф,1 и упирается в гайку 16, о чем свидетельствует резкий рост давления в гидросистеме силовых домкратов, контролируемое манометром 9, записывают показания индикаторов 13 и осуществляют сброс давления до нуля. Гайкой 16 устанавливают новый фиксированный зазор хода плунжера 15 и весь цикл работы повторяется. Упорная гайка !6 выполняет роль ограничителя перемещения плунжера 15 в момент образования трещин в материале образца и препятствует участию энергии упруго /сжатой жидкости в процессе разрушения материала. Наличие рабочей жидкости с низким коэффициентом сжимаемости (глицерина) также является элементом жесткости, снижающим участие энергии сжатой жидкости в разрушении материала. Таким образом, производя ступенчатое нагружение участка горного массива с заданной деформацией и нагрузкой поЙучаем полную характеристику материала как до предела прочности, так и запредельную.

Величина .зазора Д., хода плунжера выбирается в зависимостн от деформационных свойств материала до предела прочности и в запредельной области.

Для этой цели один опыт целесообразно провести по обычной схеме при асигкостью отвинченных гайках 16, однако это требование не обязательно. Механизм поворота 8 включается в работу в тех случаях, когда происходит заклинивание резьбевого соединения уж рная гайка 16 - корпус гндродомкрата 14.

По трубопроводу 7 от насбса 5 через открывший вентиль 6 (вентиль 4 закрыт) под давлением жндкостш подается в подпоршневую полоать цилиндра 21. Поршень 22 со штоком 23 и жестко закре-. пленным кронштейном 25, который фиксируется в пазу упорной гайкн 16 пружиной 26, закрепленной одним концом на крышне 24, а другим - на кронштейне 25, передвигается вправо и поворачивает гайку 16, выводя ее ие заклиненного состояния. Дальнейшее враФормула изобретения

5 86160 щенне гайки для установки очередного зазора Д, (хода плунжера) осуществляется вручную, Для приведения механиз-., ма поворота в исходное положение кронатейи 25 вручную выводится из паза гайки.!6., рабочая жидкость по трубопроводу 27. ноступает в надпоршневую полость цилиндра 21 (перепускные ус-;

: тройства установлены на каждом домкрате, пв чертеаах не показаны). fo

Исаааьзоеание этого устройства

: позикщяет получить деформационные и арючйьстаав характеристики горного .массива на ниспадающем (запредельном) участке диаграммы напряжение-де- И формация в натурных условиях и будет способствовать более точному выбору параметров крепления горных выработок и более достоверному прогнозированию . удароопасности на шахтах и рудниках. 20

Устройство для определения механи- 2S ческих свойств горных пород в массиве, включающее соединенные с насосом тру1 6 бопроводами гндродомкраты, корпус которых заполнен рабочей жидкостью: иплунжерами, опорныеппнты, реперы, приборы контроля давлений и перемещений о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых характеристик за счет измерения запредельных характеристик горками пород в условиях естественного залегания, плунжеры выполнены ступенчатыми, а корпуса гидродомкратов снабжены силовыми упор ными гайками, ограничивающими ход плунжеров, и механизмами поворота.

Источники информации, принятые во внимаже при экспертизе

l. Ардашев K.À. и Иатвеев Б.В.

Упрощенный способ испытаний на сжатие образцов горках пород при деформациях за пределом прочности "Физикотехнические проблемны разработки полезных ископаемых", У 2, 1978, а. 109-110.

2. Иетодические указания по проведению натурных испытаний механических свойств угля и пород с помощью . давильной установки, Л. "ВНИИИ", 1966, с. 4-15 (прототип).