Устройство для измерения физических характеристик массива горных пород,находящегося в напряженно-деформируемом состоянии

 

I 11878960

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со1оа СоеЕтОНИХ

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.01.80 (21) 2864418/22-03 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.81. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11.81 (51) М. К .

Е 21F 5/00

Гесударстееииый комитет

СССР (53) УДК 622.831.322 (088.8) ко делам изобретений и открытий (72) Авторы

" т 1 г ч (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, НАХОДЯЩЕГОСЯ В НАПРЯ)КЕННО-ДЕФОРМИРУЕМОМ

СОСТОЯ Н ИИ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для измерения физических характеристик массива горных пород.

Известно устройство для отбора проб запыленного воздуха (1).

Недостатком этого устройства является невозможность его применения для анализа проб газа, истекающего из массива горных пород. 10

Известно также устройство для измерения физических характеристик массива горных пород, находящегося в напряженнодеформируемом состоянии, включающее пробоотборник газа, состоящий из перфо- 15 рированного цилиндрического корпуса и пневматического эластичного герметизирующего элемента, средство перемещения пробоотборника в скважине, пробуренной в массив горных пород из горной выработки, средства, обеспечивающие распор герметизирующего элемента, измерительные приборы и соединительные шланги (2).

Целью изобретения является повышение достоверности определения состояния массива горных пород путем одновременного измерения электрических его характеристик, 2

Цель достигается тем, что устройство снабжено электродами для измерения электропроводности массива горных пород, трубкой для выравнивания давлений между призабойным пространством скважины и атмосферой горной выработки, расположенной внутри корпуса пробоотборника газа, забойный торец которого снабжен заглушкой, и пропущенной одним концом за корпус пробоотборника газа в призабойное пространство скважины через соответствующее отверстие, выполненное в заглушке, а другим — выведенной на корпус пробоотборника газа через соответствующее отверстие, выполненное в корпусе пробоотборника газа и снабженное также заглушкой и уплотнительными элементами, при этом пневматический эластичный герметизирующий элемент пробоотборника газа выполнен в виде манжет, закрепленных на торцах корпуса пробоотборника газа, выполненного с отверстиями для подвода воздуха к соответствующим манжетам, уплотнительные манжеты выполнены также в виде пневматических эластичных манжет, расположенных на корпусе пробоотборника газа между манжетами герметизирующего элемента, а электроды для измерения элек878960

20 тропроводности массива горных пород размешены на манжетах уплотнительных элементов, причем внутренняя полость пробоотборника газа и электроды соединены посредством соединительных шлангов с соответствующими измерительными приборами.

Кроме того, при измерении электропроводности массива горных пород по методу потенциала оно снабжено дополнительным электродом для измерения электропроводности массива горных пород, размещаемым в дополнительной скважине, пробуренной в массиве горных пород параллельно основной скважине.

На фиг. 1 изображено предложенное устройство, общий вич; на фиг. 2 — разрез

А — А на фиг, 1; на фиг. 3 — схема размещения измерительных приборов при измерении состояния массива горных пород по методу потенциала; на фиг. 4 — то же, по методу градиента потенциала.

Пробоотборник 1 газа содержит цилиндрическую трубу 2, выполненную, например, из стеклопластика, на конце которой имеется перфор-.öèÿ в виде отверстий 3; манжеты 4 герметизирующего элемента пробоотборника газа, служащие для изоляции пространства скважины и выполненные пневматическими и эластичными, при этом они насажены на трубу 2, на ее торец; жимки 5, которыми манжеты прижимают к трубе 2; ниппель 6 и шланг 7, представляющие собой одно целое; трубу 8, являющуюся воздуховодом, причем труба 8 имеет отверстия 9, совпадающие с отверстием 10 трубы 2 и соединяющие воздуховодную трубу 8 с внутренней полостью манжеты 4; крышку 11, которая закрывает трубу 2; манжету 12, представляющую собою уплотнительный элемент, который установлен на трубе 2 и находится между герметизирующими манжетами 4; электрод

13, который размещен на манжете 12, с помощью которой электрод 13 перемещается в радиальном направлении относительно трубы 2, при этом внутренняя камера манжеты 12 соединена с воздуховодной трубой 8 с помощью отверстия 9 внутри трубы 2; трубку 14, которая размещена внутри трубы 2, одним открытым концом выходит через отверстие в крышке 11 в призабойное пространство скважины, а вторым открытым концом выходит на корпус пробоотборника газа за пределы трубы 2 перед манжетой герметизирующего элемента, установленной перед перфорированной частью трубы, и имеет колпачок15.

Устройство имеет также электроды 16 и манжеты 17, на которых смонтированы электроды 16, электропроводку 18, с помощью которой передается сигнал к электроизмерительному прибору 19, измерительный прибор 20 расхода газа, имеющий капилляры 21, электрод 22.

Зо

Между манжетами 4 при измерении, когда в манжеты 4 подан воздух, образуется газоприемная камера 23 в скважине 24.

Устройство позволяет с помощью второй манжеты производить замеры газовыделения из массива на любом участке длины пробуренной скважины, а не только в тупиковой ее части и одновременно замерять состояние электропроводности массива с помощью расположенных в пробоотборнике электродов, разгру>кенных от газового давления, для обеспечения с помощью манжеты и трубки выравнивания давления постоянного контакта между электродом и массивом, исключающим движение газа между ними.

Электроды, расположенные на перфорированной трубе, разгру>кенпые от газового давления и соединенные с измерительным прибором, дают возможность замерять электропроводность массива и оценивать

его напряженно-деформированное состояние. Расположение перфорированных отверстий между электродами создает на них постоянное давление газа внутри пробоотборника. Манжеты, на которых расположены электроды, обеспечивают их радиальное перемещение вдоль скважины. Прижимают электроды к исследуемому массиву (в рабочем положении) или отходят от него (в транспортном). Постоянное давление газа в газоприемной камере обеспечивает надежный контакт манжет с массивом, так как оно исключает переток газа между массивом и манжетой.

Трубка выравнивания внешнего давления газа на пробоотборник позволяет сохранять постоянное давление перед и за пробоотборником, что исключает его продольное перемещение при замерах и обеспечивает постоянный и плотный контакт изолирующих манжет с массивом.

Устройство работает следующим образом.

Режим измерения состояния массива горных пород по методу потенциала. Бурят скважину 24, в которой берут замеры газовыделения и электропроводности. Также бурят скважину 25.

В скважину 24 вводят пробоотборник 1.

Подсоединяют электрод 13 с помощью электропроводки 18, трубу пробоотборника

1 подсоединяют к электроизмерительному прибору 19 и прибору 20.

Трубу 8 через шланг 7 и ниппель 6 соединяют с источником подачи воздуха. По трубе 8 подают давление в манжеты 4 и

12. Тем самым создают газоприемную камеру 23.

Бурят скважину 25 и устанавливают в ней электрод 22. Электрод 22 соединяют с прибором 19.

Колпачок 15 снимают с трубки 14, тем самым уравнивают давление между призабойным пространством скважины и давле878960 нием атмосферы в горной выработке, предупреждая смещение устройства в скважине под действием давления газа в призабойном пространстве, подают давление в манжету 12, прижимая электрод 13 к поверхности скважины 24.

Приборы приведены в готовность. Производят измерение газовыделения. Газ из массива 26 вокруг газовой камеры 23 поступает через отверстия 3 в полость трубы

2, затем поступает в прибор 20 расхода газа и выходит из него по капилляру 21.

Одновременно замеряют электросопротивление массива путем замыкания тока на массив между электродами 13 и 22 с помощью измерительного прибора 19.

Данные показателей по газовыделениюи электропроводности фиксируют в одно и то же время, что обеспечивает повышениедостоверности результатов определения состояния массива горных пород.

Режим измерения состояния массива горных пород по методу градиента потенциалаа.

Для определения газоносности проводятся те же подготовительные операции, что и при методе измерения характеристик по потенциалу. Для определения электросопротивления дополнительную скважину 25 не бурят и, следовательно, не устанавливают электрод 22. Но дополнительно подают воздух в манжеты 17, тем самым электроды 16 прижимают к поверхности скважины

24. Электроды 16 подсоединяют к измерительному прибору 19 и измеряют сопротивление между электродами. Замер показателей приборов по газовыделению и по электросопротивлению производят одновременно.

Применение устройства позволит более точно прогнозировать газодинамические явления в шахтах, получить значительный технико-экономический эффект и повысить безопасность работ горняков.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения физических характеристик массива горных пород, находящегося в напряженно-деформируемом состоянии, включающее пробоотборник газа, состоящий из перфорированного цилиндрического корпуса и пневматического эластичного герметизирующего элемента, средство перемещения пробоотборника в скважине, пробуренной в массив горных пород из горной выработки, средства, обеспечивающие распор герметизирующего элемента, измерительные приборы и соединительные шланги,,отл и ч а ю щее с я тем, что, с целью повышения достоверности определения состояния массива горных пород

5 путем одновременного измерения электрических его характеристик, устройство снабжено электродами для измерения электропроводности массива горных пород, трубкой для выравнивания давлений между

10 призабойным пространством скважины и атмосферой горной выработки, расположенной внутри корпуса пробоотборника газа, забойный торец которого снабжен заглушкой, и пропущенной одним концом за кор15 пус пробоотборника газа в призабойное пространство скважины через соответствующее отверстие, выполненное в заглушке, а другим — выведенной на корпус пробоотборника газа через соответствующее от20 верстие, выполненное в корпусе пробоотборника газа и снабженное также заглушкой и уплотнительными элементами, при этом пневматический эластичный герметизирующий элемент пробоотборника газа

25 выполнен в виде манжет, закрепленных на торцах корпуса пробоотборника газа, выполненного с отверстиями для подвода воздуха к сооответствующим манжетам, уплотнительные элементы выполнены также в

ЗО виде пневматических эластичных манжет, расположенных на корпусе пробоотборника газа между манжетами герметизирующего элемента, а электроды для измерения электропроводности массива горных пород размещены на манжетах уплотнительных элементов, причем внутренняя полость пробоотборника газа и электроды соединены посредством соединительных шлангов с соответствующими измерительными прибо4Р

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью измерения электропроводности массива горных пород по методу потенциала, оно снабжено дополни45 тельным электродом для измерения электропроводности массива горных пород, размещенным в дополнительной скважине, пробуренной в массиве горных пород параллельно основной скважине.

50 Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Хе 526710, кл. E 21F 5/00, 1972.

2. Дубовой В. С. и др. Пневматический гибкий герметизатор шпуров для прогноза вибросоопасности угольных пластов. «Уголь

Украины», М 12, 1978, с. 25 (прототип).

878960

8 7 4 5 у /Б///Л /2

Ю /7 з а

Составитель А. Дудченко

Редактор Т. Загребельная Техред А. Камышникова Корректор А. Степанова

Типография, пр, Сапунова, 2

Заказ 1896/8 Изд. № 575 Тираж 469 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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