Зонд для определения упругих характеристик и напряжений в горных породах

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

AÍÈИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.06.80 (21) 2942160/22-03 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (51) М. Кл з

Е 21 С 39/00

Е 21 В 47/00

G 01 N 3/!0

Государственный комитет па делам нзооретений и открытий (53) УДК 622.235 (088.8) Опубликовано 23.02.82. Бюллетень №7

Дата опубликования описания 28.02.82

Г. С. Клецель, Ю. А. Лебедев и Г. С. Алипов

Всесоюзный ордена Ленина проектно-изыскательский

t и научно-исследовательскии институт «Гидропр4ект» им. С. Я. Жука

4 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЗОНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК

И НАПРЯЖЕНИИ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

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

Известен зонд для испытания грунта, включающий эластичную оболочку, установленную на стержень и имеющую на концах приспособления из спиц в форме зонтиков (1).

Недостатком этого зонда является низкая точность измерений.

Известен также зонд для определения упругих характеристик и напряжений в горных породах, включающий стержень с эластичной оболочкой, имеющей проточки и установленной с возможностью образования полости между ними, которая сообщена с каналом в стержне, обоймы для герметизации концов эластичной оболочки, гибкие оболочки, смонтированные в зазоре межд обоймами и эластичной оболочкой, и кольца, расположенные в проточках эластичной оболочки (2) .

Недостатком зонда является то что при каждом определении необходимо сначала опустить зонд на заданную (часто большую, до 30 — 50 м) глубину для определения диаметра скважины в заданной точке, опредеS лить диаметр, извлечь зонд из скважины, установить обоймы в рабочее положение и снова опустить на заданную глубину для собственно определения.

1о Цель изобретения — сокращение времени процесса определения упругих характеристик и напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что свободный от обойм конец гибкой оболочки

15 выполнен в виде лепестков, концы которых охватывают кольца, которые выполнены из упругого материала, а длина лепестков равна 0,2 — 0,4 диаметра зонда.

На фиг. 1 изображено устройство для определения деформаций стенок скважин

20 и напряжений в горных породах, вид сбоку совмещенный с продольным разрезом; на фиг. 2 — схема работы эластичной оболочки в скважинах заниженного диаметра; на фиг. 3 — то же, в скважинах номинального

907248 диаметра; на фиг. 4 — то же, в скважинах завышенного диаметра.

Зонд для определения упругих характеристик состоит из стержня I, эластичной оболочки 2, загерметизированной с концов обоймами 3, запресованными на стержне 1 гибких оболочек 4, в транспортном положении входящих. в проточки эластичной ооолочки 2, свободные лепестки которых выполнены в виде лепестков, концы которых охватывгнот упругое кольцо 5. При подаче давления под эластичную оболочку 2 свободные концы гибких оболочек 4 имеют возможность разжиматься до соприкосновения со стенками скважины и, тем самым, запирать эластичную оболочку, не давая ей возможность вытечь в зазор между обоймами 3 и стенками скважины. Давление к зонду подают по трубопроводу, присоединяемому к одному из концов стержня 1, а другой конец стержн)! герметизируют, например накидной гайкой (не показана).

Важным преимуществом конструкций является возможность применения ее в скважинах с неровными стенками, так как каждый лепесток гибкой оболочки имеет относительную самостоятельность, а упругое кольцо 5 препятствует вытеканию эластичной оболочки 2 в зазор между лепестками и черезмерному отгибанию лепестков в процессе работы и способствует более полному возвращению лепестков в транспортное полож HHp. Упругость кольца значительно

lip! вышает упругость лепестка с тем, чтобы,)гч)есток работая лишь как запирающий

)л! мент, возвращение в транспортное

))оложение происходит практически полпосгl>lo за счет упругого кольца, что снос!н)ствует долговечности и надежности эксlIлуатации KolIcTpvKIIHH. С этой целью гибкая оболочка 4 выполняется быстросъем)н)Й и из стали.

Работа зонда осуществляется следующим !

)бразом.

Зонд опускается на заданную глубину и рас)шрается в скважине начальным давлениеM (б -!0 атм). Нерастяжимые тампоны !

)бр;)зующиеся по концам эластичной обо,lo êè 2, )стко локализуют рабочий отрезок

«)IIg;I и нс позволяют эластичной оболочкс 2 «вытечь» на всем диапазоне рабочего . H l l.1 Е H H H

Верхняя граница рабочего давления имитируется герметизацией эластичной оболочк; и Обойме 3 1200- — 1500 кг/см по опытным данным, а нижняя — — давлением образов;)ния тампонов и плотного IlpH?KHM2 зонда к стенкам скважины.

Длина лепестков выбрана по опытным ,!а))ным замера реальных диаметров сква.кllfl. В более крепких породах скважина .(;:)б)ивается меньше и можно применять боле< короткие лепестки гибкой оболочки

1, а в мягких (осадочные породы) — более ,!линпыc — до 0,4 диаметра оболочки.

40

Формула изобретения

Если зонд используют для измерения упругости пород, то давление в нем поднимают ступенями 0,1 — 0,2 Р „. где Рп,д„0,8 6()II

Д рдсп ориентировочный преде.1 прочности пород на растяжение. Давление на каждой ступени поддерживается постоянным до условной стабилизации путем подкачивания рабочей жидкости (глицерин, водно-масляная эмульсия, веретенное масло и др), в полость между стержнем 1 и оболочкой 2..

Регистрируется количество закаченной жидкости на данной ступени и давление поднимается на новую ступень. Сброс давления ведут обычно ступенями в два раза большими, чем подъем. По ветви подъема давления рассчитывается моду1ь деформации породы, а по обратной — модуль упругости.

Изучение напряженного состояния можно вести на больших глубинах следующим образом: в свежепробуренной скважине закрепляют зонд небольшим (20 — 30 кг!см ) давлением и по мере сжатия стенок скважины (в течение 2 — 3 сут) постепенно выпускают жидкость с помощью дозирующего устройства до условной стабилизации. Стабилизация считается законченной, если давление на измерительном приборе при загерметизированной системе растет медленнее

1% за 2 ч.

После этого закачивают в систему количество жидкости, выпущенное за время стабилизации. То давление, которое установится на измерительном приборе, будет совпадать со средним горным давлением в окрестности скважины.

Применение изобретения позволит увеличить глубину и точность подобных измерений и распространить их на исследование упругих пород, таких, как песчанки, базальты, граниты и т. п, часто залегающих в оспованиях крупных сооружений.

l. Зонд для определения упругих характеристик и напряжений в горных породах, включающий стержень с эластичной оболочкой, имеющей проточки и установленной с возможностью образования полости между ними, которая сообщена с каналом в стержНр, обоймы для герметизации концов эластичной оболочки, гибкие оболочки, смонтированные в зазоре между обоймами и эластичной оболочкой, и кольца, расположенные в проточках эластичной оболочки, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени процесса определения упру гих характеристик и напряжений, свободный от обойм конец гибкой оболочки выполнен в виде лепестков, концы которых охватывают кольца, выполненные из упругого материала.

907248

2. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что длина лепестков равна 0,2 — 0,4 диаметра зонда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе!. Патент США № 3442123, кл. Е 21 В 47/00, опублик. 1969.

2. Авторское свидетельство СССР по зая вке № 2878615/22-03, кл. E 21 С 39/00, 1980.

907248

Редактор В. Иванова

Заказ 543/43

Составитель Л. Прошина

Техред А. Бойкас Корректор У. Пономаренко

Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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