Устройство для измерения напряжений в массиве горных пород

 

ОIl ИСАНИЕ 891922

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.06.76 (21) 2376058/22-03 с присоединением заявки № —— (23) Приоритет— (51) M. Кл з

Е 21 С 39/00

Гееударстеенвмк кемитет

СССР до делам нзееретений и еткрытий

Опубликовано 23.12.81. Бюллетень №47 (53) УДК622.235 (088.8) Дата опубликования описания 28.12.81 (72) Авторы изобретения

Ф. Ф. Гаман, Г. И. Кулаков, Н. К. Плахов и Д. П. Т

Институт горного дела Сибирского отделения АН и Опытный завод Сибирского отделения АН СС (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ

ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к приборам для измерения напряжений в массиве горных пород.

Известен датчик упругого включения в виде латунного цилиндра, разрезанного. по продольной оси на две половины. На внутренней поверхности одной из половин в специальном углублении перпендикулярно продольной оси наклеен измерительный тензометр, а в хвостовой части датчика вдоль его продольной оси — компенсационный тензометр. При измерениях датчик устанавливается в скважине и приклеивается к ее стенкам (1) .

Однако этот датчик позволяет измерять только одну компоненту напряжений.

Известно устройство для измерения напряжений в массиве горных пород, включающее толстостенную трубку из высокомодульного материала и тензометры, которые установлены на внутренней поверхности трубки (2) .

Недостаток этого устройства, несмотря на простоту конструкции и обеспечение необходимой точности при массовых замерах,— непригодность для измерений в тех случаях, когда требуется повышенная точность измерений.

11ель изобретения — повышение точности измерений и надежной герметичности.

Для достижения этой цели устройство снабжено дополнительными тензометрами, установленными на внешней стороне трубки, и тонкостенным стаканом для размещения в нем трубки с тензометрами, при этом зазор между стенками стакана и трубки заполнен клеем, а тензометры с внешней стороны трубки установлены и ориентированы по осям тензометров, расположенных с внутренней стороны трубки.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1.

Устройство состоит из тонкостенного металлического стакана I, в котором размещена толстостенная трубка 2 из высокомодульного материала, например стали. На внутренней и внешней поверхности трубки

2 размещены строго друг против друга тен20 зометры 3 и 4, ориентированные нужным образом. Провода 5 от тензометров 4, укрепленных на внешней поверхности трубки 2, выведены к ее торцу со стороны дна стака891922

3 на 1 и по внутренней полости трубки проведены до платы 6. Сюда же проведены провода 7 от тензометров 3, укрепленных на внутренней поверхности трубки 2. Плата 6 установлена со стороны свободного конца трубки 2, изготовлена из изоляционного материала и обеспечивает герметичность внутренней полости трубки 2. В плате 6 укреплены штырьки 8 (по числу проводов).

Свободный конец устройства закрыт гайкой

9, в осевом отверстии которой герметично укреплен кабель 10. Провода 5 и 7 крепятся к штырькам 8 с внутренней стороны 6, а с внешней стороны к штырькам 8 крепятся провода от кабеля 10.

Для герметизации всего устройства при

его сборке стакан 1 и трубка 2 склеиваются эпоксидным клеем. Этим же клеем плата

6 крепится к стенкам трубки 2.

После сборки прибор тарируется.

Принцип работы датчика поясняется на примере его работы в массиве пород, подверженном воздействию одноосного внешнего поля напряжений.

Если датчик склеен со стенками скважины, в которой он установлен то он де7 25 формируется совместно с окружающим его массивом пород. При этом, как следует из теории упругого кольцевого включения, в нем возникает неравномерное распределение напряжений, а следовательно, и деформаций. На внутренней поверхности датчи- зо ка, вблизи его вертикального сечения, возникает область растягивающих деформаций, а вблизи горизонтального сечения область сжимающих деформаций. На внешней поверхности датчика, наоборот, вблизи вертикального сечения появляются сжимаю щие деформации, а вблизи горизонтального сечения — растягивающие. Если тензодатчики установить в одном и том же сечении датчика с внутренней и внешней стороны упругого кольцевого элемента, то один из них будет испытывать деформации сжатия, 40 а другой примерно такие же по величине деформации растяжения. Это обстоятельство позволяет обеспечить термокомпенсацию и повысить точность измерений. Чтобы обеспечить нормальную работу датчика за- 45 зор в нем между стенками стакана 1 и трубкой 2 должен отсутствовать.

Измерения выполняются в следующей последовательности.

Датчик ориентируется относительно вертикальной или горизонтальной плоскости, устанавливается в скважине и приклеивается к ее стенкам. По тензометрам датчика снимаются начальные отсчеты. Повторные отсчеты снимаются после изменения напряженного состояния массива пород вблизи скважины с датчиком. Для снятия отсчетов можно использовать любой измерительный прибор, работающих по мостовой схеме, например, ИИД вЂ” 3. По разности отсчетов судят о приросте напряжений в массиве.

Повышенная точность измерения напряжений необходима при научных работах по исследованию закономерностей деформирования горных пород в зонах ведения очистных и подготовительных работ на горных предприятиях. Знание таких закономерностей крайне необходимо для обеспечения нормальной работы предприятий.

Формул.а изобретения

l. Устройство для измерения напряжений в массиве горных пород, включающее толстостенную трубку из высокомодульного материала и тензометры, которые установлены на внутренней поверхности трубки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежной герметичности, устройство снабжено дополнительными тензометрами, установленными на внешней стороне трубки, и тонкостенным стаканом для размещения в нем трубки с тензометрами, при этом зазор между стенками стакана и трубки заполнен клеем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тензометры с внешней стороны трубки установлены и ориентированы по осям тензометров, расположенных с внутренней стороны трубки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Широков А. П. и Захаров В. И. Приборы для исследования напряжений в массиве. «Измерение напряжений в массиве горных пород». Новосибирск, ((Наука», с. 144.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 2180016/22-03, кл. E 21 С 39/00, 30.09.75.

891922

А-А

Составитель Л. Прошина

Редактор А. Козориз Техред А. Бойкас Корректор Н. Стец

Заказ 11173/46 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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