Устройство для измерения напряжений горных пород

 

Союз Советсимк

Соцмапмстмчесимк республик (»> 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Лополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 14.02.80 (2I ) 2884021/18-25 (53)M. Кл.

C 01Ч 1/18 с присоединением заявки М— (23) Приоритет— (53) УДК 550-83 (088.8) (оаударствсииый квиитвт

СССР по делаи извбрвтвиий и открытий

Опубликовано 15.11.81. Бюллетень М 42

Дата опубликования описания 18 11 81

М. И. Шпоркин, К. Т. Константинов и Э.. Арш"" .

/ )4 --/

Особое конструкторское бюро Ордена Ленина ийституга физики им. О. Ю.Шмидта (72) Авторы изобретения (71 ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к технике измерений механических напряжений горных пород и может быть использовано для регистрации напряжений с целью прогнозирования сейсмических событий, а также для регистрации напряжений в подземных горных выработках и бортах карьеров при разработке профилактических мер борьбы с горными ударами, стрелянием и выбросами горных пород.

Известны устройства с гидравлическими датчиками для измерения напряжения горных пород, которые содержат гидравлический датчик, связанный трубопроводом с манометром, а также вентили. При подаче

I5 жидкости в гидросистему устройства из нее вытесняют воздух. После того, как жидкость начнет изливаться из выходного отверстия датчика, систему герметизируют (1)

Однако, при этом воздух полностью не удаляется из гидросистемы устройства, что не позволяет проводить высокоточные измерения.

Известно также устройство для измерения напряжений с гидравлическим датчиком мембранного типа, которое содержит датчик, состоящий из рабочих мембран, связанных жесткой рамкой, трубопровод и регистратор, например дифференциальный манометр. Между мембранами датчика образована герметичная полость, заполняемая жидкостью. Давление жидкости в датчике должно обеспечивать прижатие мембран к внутренней поверхности щели, образованной в горной породе. Удаление воздуха из гидросистемы устройства осуществляют путем вакуумирования системы с последующим заполнением ее жидкостью Ц, Однако в процессе вакуумирования наблюдается движение мембран в сторону полости, что вызывает разрушение соединительной эоны мембран..Кроме того,даже при тщательном заполнении гидроснстемы устройства жидкостью, в ней могут остаться пузырьки газа,влияющее на точность измерений. Поэтому рекомендуется простукивание системы, а в системе с

3 881

MQJIbIM объемом жидкости — простукивание в течение длительного времени.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее гидравлический датчик мембранного типа, который для увеличения точности измерений, при помещении в измерительную щель, связывают с горной породой контактным веществ» ( вом, например бетоном. Датчик соединен трубопроводом с преобразователем сигнала датчика, например в виде сильфона с емкостным преобразователем (3).

Однако наличие цуэырьков воздуха в гидравлической системе устройства приводит к снижению точности измерений и не 5 обеспечивает возможности измерения квазистатических напряжений на фоне земных приливов.

Пель изобретения — повышение точности измерений за счет исключения газа из гидравлической системы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения напряжений горных пород, содержащем гидравлический датчик мембранного типа, связанный сое- р5 динительным каналом с преобразователем сигнала датчика, соединительный канал устройства в средней части выполнен в виде расположенной в вертикальной плоскости спирали, например спирали Архимеда, начальный участок которой выполнен вогнутым по отношению к оси соединительного канала и служит зоной энергетического ускорения, а выпуклый участок в верхней части снабжен спускным устройством

35 и служит накопителем газа.

Такое выполнение обеспечило ускорение движения газа в начале спирали, а по мере приближения к спускному клапащстабилизации движения газа в зоне его на40 копления.

638 4 ного канала выполнена в виде спирали, начальный участок 5 которой вогнут по отношению к оси соединительного канала, а выпуклый участок 6 снабжен спускным устройством 7. Спиральная часть связана с линейными участками соединительного канала упругими элементами 8, а с контролируемым массивом — упругими элементами 9.

Устройство работает следующим. образом.

Контакт мембран датчика с породой обеспечивает изменение давления жидкос- . ти в датчике при деформации породы. Это изменение фиксируется замкнутой гидросистемой датчик-преобразователь сигнала и регистрируется. При этом воздух, имеющийся в гидравлической системе устройст-;. ва, движется в наиболее высокую точку. В предлагаемой системе в этой точке установлено спускное устройство 7, через которое выводят воздух, скапливаемый в верхней части спирального участка соединительного канала.

Однако, в гидросистеме обычно имеют место мертвые точки, откуда .гаэ мо. жет быть выведен только принудительно.

Газ, двигающийся по соединительному каналу, может не обладать энергией, достаточной для перемещейия в верхнюю точку системы, в результате чего его движение может происходить длительное время на участке между датчиком напряжений и регистратором без попадания в накопитель. Для обеспечения энергетики газовых пузырьков образована энергетическая-зона ускорения в виде вогнутой части 5 спирали. Попадающие в эту зону пузырьки получают дополнительную энергию за счев разности высот, что увеличивает вероятность их попадания в накопитель.

Спиральная часть соединительного канала связана с его линейными участками упругими элементами, например спиральными пружинами с различающимися между 45 собой упругими характеристиками, а с контролируемым массивом горных пород— не менне чем тремя упругими элементами, расположенными под равными углами

lip к другуе

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит гидравлический датчик напряжений 1 мембранного типа, связанный соединительным каналом 2 с ы преобразователем 3 сигнала датчика. Датчик напряжений установлен в массиве 4 горных пород. Средняя часть соединительВ процессе работы измерительного комплекса происходят колебания массива пород, .вызванные сейсмическими явлениями, буровыми работами, взрывами и другими факторами, под воздействием которых происходят колебания соединительных каналов измерительного устройства. Однако их упругие характеристики незначительны и не могут длительное время поддерживать колебания, которые могут служить импульсом для выведения газовых пузырьков иэ состояния равновесия и начала их движения по соединительному каналу в накопитель, Поэтому спиральная часть соединительного канала снабжена упругими элементами, которые под действием даже незначительных колебаний массива выхоФормула изобретения

Устройство для измерения напряжений горных пород, содержашее гидравлический датчик мембранного типа, связанный соединительным каналом с преобразователем

5 881 цят из состояния равновесия, что ведет к . раскачиванию соединительного канала. С обеих сторон спиральной части соединительного канала установлены упругие элементы, например спиральные пружины, с различаклцимися упругими характерисР тиками, поэтому колебания их происходят в режиме несовпадения частот, что и создает импульсное воздействие на пузырьки воздуха. 10

С контролируемым массивом горных пород спиральная часть соединительного канала связана не менее, чем тремя упругими элементами, что обеспечило подачу дополнительного импульса в вертикальном направлении. Расположение нескольких,например трех упругих элементов под равными углами друг к другу, позволило создать плоскость, передаюшую колебания вертикально. 20

Эффективность изобретения состоит в повышении точности измерений за счет выведения воздуха иэ гидравлической системы устройства в процессе его работы, и обеспечения возможности проведения 2s квазистатических измерений.

638 6 сигнала датчика, о т -л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения газа иэ гидравлической системы устройства, соединительный канал в средней части выполнен в виде расположенной в вертикальной плоскости спирали, например спирали Архимеда, начальный участок которой, служащий зоной энергетического ускорения, выполнен вогнутым по отношению к оси соединительного канала, а выпуклый участок спирали, служаший накопителем газа, снабжен спускным устройством, при этом спиральная часть соединительного канала связана с его линейными участками упругими элементами с раэпичаюшимися упругими характеристиками, а с контролируемым массивом горных пород — не менее, чем тремя упругими элементами, расположенными под равными углами друг к другу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Курленя N. В. и др. Техника экспериментального определения напряжений в осадочных породах, Новосибирск, Наука, 1975, с. 79.

2. Аппаратура, методы и результаты сейсмометрических наблюдений, Сб. Сейсмические приборы. Вып. 12, М., Наука, 1979, с. 82-84.

3. Авторское: свидетельство СССР

¹ 662831, кл. Cj OIL 1/16, 1977

l (прототип).

ВНИИПИ Заказ 9964/68 1 ираж 735 Г!одписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 4