Устройство для измерения деформаций горных пород в скважинах Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

00

4; 4

05 Изобретение относится к шахтному строительству и предназначено для измерения деформаций горных пород в скважинах,, преимущественно в замора живающих колонках. Известно устройство для измерени глубинных деформаций горных пород,, содержащее измерительные Датчики, выполненные в виде электромеханичес ких преобразователей, каждый с мерным роликом, и размещенные в различных точках скважины, головной ан кер, гибкие тяги, индикатор перемещений Ll, Однако такое устройство не позво ляет детально анализировать напряженное состояние массива горных пород, т.е. не может выделитьдеформацию чистого изгиба из общей дефор мации, включающей продольное растяжение, растяжение с изгибом и т.п. Известно также устройство для измерения напряжений в крепких горн породах, включающее металлическими цилиндр, выполненньЛй из высокомодульного .материала, тензометрически элементы, укрепленные на внутренней поверхности цилиндра. Отсек цилиндра с тензометром герметизируется платой из изоляционного материала С Недостатком известного устройств является то, что его нельзя применя в слабых осадочных породах, как например в мерзлых глинах, обладающих свойством ползучести, т.е. деформир ющихся при постоянном уровне напряжеНИИ. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения деформаций горных пород в скважинах, включающе корпус, датчики продольных деформац механизм распора с радиальными подпружиненными фиксаторами и коническим приводным элементом Сз . Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет выделить деформации изгиба в чистом в де из суммарных продольных и поперечных деформаций. Вьзделение деформаций чистого изгиба имеет существе ное значение при анализе устойчивос ти, например, замораживаквдих колонок, находящихся вблизи горных выработок , так как эти данные служат основой расчета устойчивости стенок ледогрунтовых ограждений. Цель изобретения - выявление деформаций чистого изгиба для исследования влияния проходимой горной выработки на устойчивость горных пород. , Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения деформаций горных пород в скважинах, включающем корпус, датчики продольны деформаций, механизм распора с радиальными подпружиненными фиксаторами и коническим приводным элементом, корпус выполнен из набора измерительных секций, чередующихся с секциями распора, при этом устройство снабжено датчиками деформаций изгиба, которые размещены на секциях, а приводной элемент каждой секции распора выполнен в виде поршня пневмоцилиндра. На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1,- на фиг.З г сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.2; на фиг.З - сечение Г-Г на фиг.З; на фиг.б - замораживающие КОЛОНКИ; расположенные вокруг щахтного ствола, в одной из которых размещено предлагаемое устройство, продольное сечение. Устройство содержи корпус 1, механизм 2 распора, датчики 3 деформаций чистого изгиба, датчики 4 продольных деформаций. Корпус 1 выполнен из набора секций труб la , чередующихся с механизмом 2 распора. Механизм 2 распора состоит из пневмоцилиндров 5, причем поршень б каждого пневмоцилиндра 5 в верхней части 7 выполнен коническим, подающего воздуховода 8, отводящего воздуховода 9, подпружиненных радиальных фиксаторов 10 с торцовой сферической частью 11. В качестве подающего 8 и отводящего 9 воздуховодов можно использовать одну резиновую трубку, для чего в верхней части устройства необходимо разместить дистанционный электропневмопереключатель типа В74-21, кроме того, в качестве одного из воздуховодов можно использовать обсадную трубу скважины, для чего она должна быть предварительно герметизирована. Датчики 3 деформаций чистого изгиба размещены на внешней стороне секции труб .lot . Датчики 4 продольных деформаций размещены на прижимных планках 12, связанных с помощью шарниров 13 с радиальными фиксаторами 10. Планка 12 снабжена шипами 14. Устройство работает следующим образом. С помощью болтов 15 и фланцев 16 из набора секций труб la, чередующихся с блоками пневмоцилиндров 5, собирают устройство, затем на секции труб la с внешней стороны и на планку 12 наклеивают розетки тензодатчиков 3 и 4, устройство тарируют в лабораторных условиях, В одну из замораживающих колонок 17, размещенных вокруг шгостного ствола 18 и образующих ледогрунтовое ограждение 19, предварительно освобожденную от хладоносителя и питающей трубы, опускают предлагаемое устройство с помощью гибкого троса 20, который через блоксоединяется с лебедкой (не показано). При достижении устройством заданной зоны измерений его фиксируют (например, тормозом лебедки) и по подводящему воздуховоду 8 под давлением 2-5 атм нагнетают сжатый воздух под поршень б каж дого пневмоцилиндра 5. Поршень, перемещаясь вверх/ раздвигает радиальные фиксаторы 10, которые своей сферической торцовой частью Ц обеспечивают Скользящий контакт со стенками замораживающей колонки 17, этот скользящий контакт позволяет измерить деформации чистого изгиба с помощью датчиков 3. В свою очередь фиксаторы 10 также воздействуют на планку 12, которая с помощью шипов 14 обеспечивает жесткий контакт со стенками замораживающей колонки 17 и позволяет измерить деформации продольного растяжения - сжатия с помощью датчиков 4.

Показания тензодатчиков 3 и 4 регистрирует тензостанция или мост постоянного тока МО-62, располагающиеся на поверхности (не показано). Тензодатчики 3 и .4 с тензостанцией соединяют многожильным кабелем 21. Для пропуска набора кабелей вдоль устройства в соединительных фланцах 16 секций делают проточки 22.

; Измерение деформаций производят периодически, снимая показания тензодатчиков 3 и 4, которые по тарировочной таблице пересчитывают на величину деформаций изгиба и растяжения.

После стабилизации деформирования пород на данном горизонте устройство перемещают вслед за забоем шахтного ствола 18 на новую глубину. Для этого прекращают нагнетание воздуха в подающий воздуховод 8, оставляя его открытым, и нагнетают его по отводящему воздуховоду 9 в верхнюю част каждого пневмоцилиндра 5, опуская, таким образом, поршень 6 вниз и возвращая подпружиненные фиксаторы 10 в исходную позицию. После этого подачу сжатого (Ввздуха прекращают и с помощью гибного троса 20 и лебедки устройство перемещают на новую отметку, на которой повторяют весь цикл работ по измерению деформаций.

Пример. При строительстве шахтного ствола диаметром 6м, глубной 720 м (например ствола 2 Яковлевского месторождения КМА) под защитой ледогрунтового ограждения с наружньом диаметром 19 м, сформированного с помощью замораживающих колонок с внутренним диаметром 124 мм для измерения деформаций изгиба замораживающих колонок, возникающих под влиянием проходки ствола, предлагаемое устройство имеет следующие размеры: наружный диаметр труб секций 76 мм, наружный диаметр фланцев 100 мм, диаметральный габарит механизма распора (по фиксаторам) 114 мм.

Секции труб изготовляются из стали СТ-5, фиксаторы из нержавеющей стали, воздуховоды из резиновых трубок с диаметром отверстия 5-6 мм Устройство должно иметь длину, превышакяцую высоту заходки,т.е.18-20м. Давление воздуха, подаваемого в устройство, обеспечивается компрессоро 2-5 атм. Для регистрации показаний тензодатчиков применяется мост МО-62 или тензостанция ЦТН-5. Устройство может быть применено для |измерения деформаций мерзтшх стенок шахтных стволов через скважину, также премыкающих к ним немерзлых пород, например сверху слой толщино 620 м замораженных пород и под ним слой толщиной 100 м, используемый без замораживания по стволу № 2 Яковлевского рудника.

Предлагаемое устройство может быть применено для измерения деформаций и в горизонтальных замораживакодих колонках. Для этой цели вместо гибкого троса в качестве досылочного приспособления используют трубостав. - Оно может бытг, применено также для измерения деформаций изгиба массивов горных пород в. диапазоне положительных температур например тектонических деформаций, через пробуренную скважину.

Использование предлагаемого устройства для измерения деформаций горных пород позволяет расширить объем информации о их напряженнодеформированном состоянии, способствуя снижению аварийности в шахтно строительстве вследствие разрыва замораживающих колонок ледогрунтовых ограждений шахтных стволов.

;/ /////

/////И

в-в

/7

Ш-

-/а

г/г/

фг/г/

.J

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД В СКВАЖИНАХ, включающее корпус, датчики, продольных деформаций, механизм распора с радиальными подпружиненньми фиксаторами и коническим приводным элементом, отличающееся тем, что, с целью выявления дефЬрмацнй чистого изгиба для исследования влияния проходимой горной выработки на устойчивость горных пород, корпус выполнен из набора измерительных секций,, чередующихся с секциями распора, при этом устройство снабжено . датчикё1ми деформаций изгиба, которые размещены на секциях,.а приводной элемент каждой секции распора выполнен в виде по{И1ШЯ пневмоцилиндра, О)

/а

8

18