Зонд устройства для определения деформационных характеристик горных пород

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаявленО 04р280 (21) 2878б15/22-03 (51)М. Ил, с присоединением заявки Hо—

Е 21 С 39/00 а 01 Ы 3/10

Государственный комитет

СССР но аелам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 30.1081. Бюллетень 89 40

Дата опубликования описания 301081 (53) УДК б22.235 (088. 8) -лЧидЯ «е ф® р»

Г.С.Клецель и Ю.A.Ëåáåäåâ (,. g> . е Йев Д й) чр . с „,„, о "64P " С чте®.ф1 р

Всесоюзный ордена Ленина проектно-.изыскатепвекиф " "-й4 и научно-исследовательские институт Гидропроект им.С.ЯеЖука (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЗОНД УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ

ПОРОД

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения деформационных свойств и напряжений конструктивных элементов систем разработки и гидротехнических сооружений, преимущественно в породах средней крепости.

Известно устройство для определения деформаций стенок и напряжений в горных породах, включающее зонд, имеющий стержень, цилиндрическую резиновую оболочку, надетую на стержень с возможностью образования полости между ними, обоймы, жестко соединенные со стержнем, герметизиру- 1з ющие концы оболоЧки (1).

Недостатком зонда этого устройства является вытекание резиновой оболочки при увеличении зазора между по.— верхностью скважины и обоймами зонда, 20 что -приводит к нелинейности характеристики давление- объем закаченной в систему жидкости, трудностям при извлечении зонда из скважины, а нередко .и к разрыву его резиновой оболочки 25

Известен также зонд устройства для определения деформационных характеристик горных пород, включающий стержень с эластичной оболочкой, выполненной на концах с кольцами, ус- 30 тановленной с возможностью образования полости между оболочкой и стержнем, обоймы, соединенные со стержнем и герметизирующие концы оболоч ки (2) .

Однако указанный зонд невозможно использовать при больших давлениях (выше 20-30 кг/см ) так как при этом упругие кольца вместе с оболочкой выдавливаются в зазор между обоймой и стенкой скважины,,что приводит к значительным неучитываемым потерям давления на деформирование оболочек или даже к их разрыву.

Цель изобретения — повышение точности измерений и надежности работы зонда.

Указанная цель достигается тем, чтб зонд снабжен дополнительными нерастяжимыми гибкими оболочками для соединения колец с обоймами, а кольца зонда выполнены из нерастяжимого материала и установлены с возможностью продольного перемещения.

При этом стержень имеет два кольцевых выступа, расположенных на равном расстоянии от обойм, а эластичная оболочка имеет четыре кольцевых проточки, две из которых, с внутренней стороны, — под выступы на стерж877007

Формула изобретения

l. Зонд устройства для определения деформационных характеристик горных пород, включающий стержень с эластич60 ной оболочкой, выполненной на концах с кольцами, установленной с возможностью образования полости между обо лочкой и стержнем, обоймы, соединенные со стержнем и герметизирующие

65 концы оболочки, о т л и ч а-ю щ и й— не, и две другие, Ю внешней стороны,— для размещения в них нерастяжимых колец.

Диаметр кольцевых выступов стержня больше диаметра проточек эластичной оболочки с внешней стороны, а диаметр нерастяжимой гибкой оболо ки составляет 1,2-.1,5 диаметра зонда.

На. фиг.l изображен зонд для определения деформаций стенок скважин и напряжений в горных породах;на фиг.2схема работы цилиндрической оболочки

s скважине заниженного диаметра; на фиг.3 — то же, в скважине номинального диаметра; иа фиг.4 - то же, в скважине завышенного диаметра..

Зонд состоит из стержня 1 с кольцевыми выступами 2, цилиндрической эластичной оболочки 3 с кольцевыми проточками под выступы 2 и кольца 5., обойм 4, герметиэирующих оболочку 3, нерастяжимых, например металлических 20 или эбонитовых, колец 5, соединенных с обоймой 4 гибкой нерастяжимой оболочкой б, например из плотной металлической или фторопластовой сетки, и стаканов 7, перемещаемых по резьбе щ на обоймах .4.

Устройство работает следующим образом.

Вначале стаканы перемещают вперед. до упора и измеряют диаметр скважины в месте предполагаемой установки зонда,напрнмер с помощью самого зонда . для чего прикладывают к нему небольшое (6-10 кг/см ) давление и замеряют изменение его объема по дозирующему устройству, после чего диаметр определяют по эталонным кривым, снятым в металлических трубах различного диаметра. Далее отвертывают стаканы

7 с таким расчетом, чтобы при рабочих давлениях зонда, составляющих

30-1000 кг/см, нерастяжимая оболоч2 ка б заняла положение, цоказанное на фиг.3, и снова опускают зонд в скважину, устанавливают его в том месте, где ранее был иэмерен,циа- 4$ метр, и затем несколько раз поднимают давление с 30 до 1000 и снижают до 30 кг/см пятью-семью ступенями. а

На каждой ступени давление поддерживают постоянным до условной стабили- 50 зации перемещений.

Если стакан 7 недостаточно отодви" нут, оболочка б занимает положение, показанное на фиг.2 а если отодвинут значительно больше, чем необходимо, - положение, показанное на фиг.4, при этом в обоих случаях длина участка скважины, на котором приложено давление, становится неопределенной, что уменьшает точность измерений.

Во время испытаний ведут регулярные отсчеты давления и объема закаченной в зонд жидкости, с помощью которых, зная диаметр скважины, reo метрические и деформационные характеристики зонда, определяют деформационные характеристики массива горных пород около места установки зонда.

Нерастяжимые тампоны, образующиеся по концам упругой оболочки, четко локалиэуют рабочий отрезок прибора и не.позволяют оболочке вытечь на всем диапазоне рабочего давлений.

Верхняя граница рабочего давления ограничивается герметиэацией эластичной оболочки обоймами до 1200—

1500 кг/см, а нижняя — давлением образования тампонов и плотного прижима прибора к стенкам скважины.

Изучение напряженного состояния можно вести на больших глубинах следующим образом. В свежепробуренной скважине закрепляют зонд неболь-. шим (20"30 кг/см ) давлением и по мере сжатия стенок скважины (в течение 2-3 сут) постепенно выпускают жидкость с помощью дозирующего. устройст- ,ва до условной стабилизации, которая считается; законченной, если приращение давления в загерметизированной системе меньше 1% за 2 ч.

После этого эакачивают в систему количество жидкости, выпущенное. за время стабилизации. То давление, которое устанавливается на измерительном приборе, совпадает со средним горным давлением в окрестностях скважины.

Предлагаемое устройство может заменить и дополнить использующиеся для аналогичных целей штамповые испытания и т.п. Например, для прове-. дения 18 штамповых испытаний на одном. гидроузле необходимо пройти две штольни объемом, соотвеТственно, 350 и

550 М3. Выемка такого количества горной массы потребует 22,5 тыс.руб.

Кроме того, цена одного штампового испытания 1300 руб.,-а всех испытаний — 45,9 тыс.руб. Для проведения такого же количества испытаний предлагаемым устройством необходимо пройти 120 м погонных скважин диаметром

89 мм, что стоит 1,4 тыс.фуб. При стоимости одного опыта 20 руб. стоимость всего испытания составит

2,8 тыс,руб.

Таким образом, экономический эффект от применения предлагаемого устройства на одном объекте составйт свыше 40, тыс.руб.

877007 с я тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности работы, зонд снабжен дополнительными нерастяжимыми гибкими оболочками для соеди нения колец с обоймами, а.кольца зонда выполнены из нерастяжимого материала и установлены с возможностью продольного перемещения.

2. Зонд по п.1, о т л и ч .а ю— шийся тем, что стержень имеет два кольцевых выступа, расположенных на равном расстояний от обойм.

3 ° Зонд по п.1, о т л и ч а ю

ig и и с я тем, что эластичная оболочка.имеет четыре кольцевых проточки, две из которых, с внутреейней стороны, - под выступы. на стержне, и две другие, с внешней стороны, для размещения в них нерастяжимых . колец.

4. Зонд по п.1, о т л и ч а ю .шийся тем, что диаметр кольцевйх выступов стержня больше диаметра проточек эластичной оболочки с внешней стороны.

5. Зонд по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что диаметр нерастяжимой гибкой оболочки составляет 1,21,5 диаметра зонда.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Аксенов В.К. и Курленя N.Â.

Аппаратура для использования напряженного состояния в массиве горных пород методом разности давлений. В кн. . Измерение напряжений в массиве

15 горных пород . Новосибирск, Наука, 1968, с.134-142.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 482650,кл.G 01 и 3/10,1974 (прототип), 877007

Составитель Л.Прошина

Редактор Т.Мермехмтайн Техред A.вабинец Корректор М.Демчик

Заказ 9546/47 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4