Устройство для определения деформаций горных пород Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения поперечных и продольных деформаций горных пород в окрестностях пробуренных в них скважин для дистанционной оценки напряженнодеформированного состояния горного массива при подземных разработках полезных ископаемых и контроле за проявлениями горного давления.

Известно устройство для измерения поперечных деформаций скважин, пройденных в массиве горных пород, которое состоит из четырехзвенника, жесткие элементы которого соединены шарнирами, причем два противопо|Ложных шарнира контактируют со стенками скважин и являются распорными элементами, а два других связаны упругой струной, являющейся натяжным элементом. На струне в процессе монтажа устройства устанавливается помещенный в изолирующий жесткий корпус преобразователь, содержащий электромагнит. Необходимое натяжение струны создается в устройстве натяжной головкой, пропущенной в одном из шарниров и снабженной натяжной гайкой. Ее вращением при вставленном в устье скважины устройстве добиваются необходимой частоты колебаний струны. Устройство досылают в скважину на заданную глубину. Изменения диаметра скважины вызывают поперечные смещения.распорных шарниров и продольные деформации струны, сопровождающиеся соответствующими изменениями частоты колебаний струны и, следовательно, частоты индуцируемого катушкой тока l.

Недостатками этого устройства являются малая степень надежности распора в двух точках при установке и эксплуатации, отсутствие защит основного элемента - струны от вредных воздействий шахтной атмосферы у участков ее закрепления на шарнире и в натяжной головке, появление необратимых пластических деформаций струны в процессе ее нагружения п{эи установке, эксплуатации и перестаноке, ненадежная изоляция преобразователя .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения продольных и Поперечных деформаций пород в окрестности скважин, содержащее корпус, клиновой замок, расширяемые с помощью клинового замка упругие элементы в виде двух встречно ориентированных, дугообразных пружин, скрепленных между собой жесткими планками и реагирующих на поперечны деформации скважин, вакрепленную между центрами упругих элементов струну и укрепленный на одной из пленок преобразователь (электромагнит) . Распорный клиновой замок устройства состоит из двух боковых клиньев, соединенных между собой винтом, который, как и боковые клинья имеет правую и левую резьбу, и среднего клина, скрепленного с винтом спиральной пружинрй растяжения.

Устройство раскрепляется с помощью диагонально противоположных дугообразных образующих сравнительно большой длины. Они поджимаются на заданной глубине к стенкам скважины средним клином, смещающимся вследствие перемещения боковых клиньев. Перемещение же боковых клиньев

5 обеспечивается вращением винта. Указанное устройство в раскрепленном виде работает по тому же принципу, что ирассмотренное выше. Изменение диаметра скважины вызывает

0 изменение расстояния между центрами упругих элементов и изменение длины струны, а следовательно, и изменение частоты колебаний последней. Вместе с тем, скрепление двух таких

5 устройств позволяет измерять поперечные деформации скважин во взаимно перпендикулярном направлении, а наличие насс1женных на винты штанг дает возможность использовать эти устройства в качестве реперов для измерения продольных деформаций пород в окрестности скважин, в частности, между устройствами и репером, заложенным в устье скважины 2 . Недостатками устройства являются

5 малый диапазон измеряемых величин, обусловленный ограниченностью изгиба жестких упругих элементов, недостаточная устойчивость клинового замка на винте, изменение расстояния

0 между струной и электромагнитом,

выход из строя устройств при быстром поперечном деформировании скважин, возможность определения взаимно перпендикулярных деформаций скважин

5 только на удаленных друг от друга участках.

Указанные недостатки снижают работоспособность известного устройства и делают его мало надежным и недостатЬчно информативным.

Цель изобретения - повышение надежности и информативности устройства ДЛИ определения деформаций горных пород в окрестности скважин. Поставленная цель достигается

тем, что устройство для определения

деформации горных пород, содержащее корпус, внутри которого размещен шток, электрический преобразователь осевых деформаций, упругие элементы

и продольно и поперечно-подвижные клинья, снабжено сильфонами, дополнительным электрическим преобразователем осевых деформаций и дополнительными продольно- и поперечно-подвижными клиньями, размещенными взаимно.

Перпендикулярно друг к другу, причем корпус выполнен в виде полого стакана с перпендикулярными направляющими, упругие элементы выполнены с переменной жесткостью, при этом один конец каждого упругого элемент соединен с соответствующим поперечнподвижньлм клином, а другой конец соединен со штоком, выполненным из двух частей, внутри корпуса расположены электрические преобразователи осевых деформаций, чувствительный элемент каждого из которых соединен с соответствующей частью штока, на других концах которых установлены сильфоны, а поперечно-подвижные клинья выполнены с отверстиями для направляющих.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разве

Основным компоновочным узлом устройства для определения деформаций горных пород в окрестности скважин является жесткий корпус 1. На корпусе закреплены направляющие стержни 2, защищенные антикоррозионным материалом, например фторопластом, полиуретаном, полихлорвннилом и др. На каждую пару таких стержней, закрепленных по одной образующей, на дет упругий отпорный элемент 3, который может быть выполнен в виде резиновой прокладки или пружины. Пойёрх этих элементов на направляющие стержни насажен поперечно-подвижный самотормозящийся клин 4, который работает совместно с продольно-подвижным клином 5. Для установки устройства по.оси скважины направляющие стержни, упругие отпорные элемент и клинья расположены диаметрально противоположно в одйом или двух направлениях. Связь подвижных элементов с корпусом осущест вляется посредством упругого кольца б, размещенного в пазах продольно-пйдвижных клиньев, которые в зависимости от диаметра скважин могут иметь различную высоту.

В связи с ем, что диаметры скважин могут быть различными,а их деформации передаются на диаметрально противоположные поперечно-подвижные клинья, именно относительно последних и ведутся измерения. Они выполняются с помощью диал трально протнвоположных упругих элементов 7. Один из концов каждого из этих элементов скреплен с поперечно-;подвижным клином, другой - со штоком 8.

Благодаря скреплению упругих элементов на штоке перемещения попереч но-подвижных клиньев преобразуются в осевые перемещения штока. Последние определяются, в основном, возможностью изгиба элементов только вблизи от участка закрепления на

штоке, сохранением линейности уда- i ленного от него участка. Поэтому , для .увеличения осевых перемещений штока упругим элементам придана переменная жесткость, максимальная - на

5 участках соединения с поперечно-подвижными с клиньями и минимсшьная вблизи от места скрепления со штоком. При таком соотношении жесткости эластичные участки упругих элементов

0 уподобливаются шарнирам, но в то же время исключают необходимость в дополнительных упругих элементах.

Шток 8 перемещается в направляющей втулке 9, в которой при необходимости уменьшения трения могут быть

s установлены осевые подшипники 10. Таким образом обеспечивается идентичность деформаций упругих элементов и центровка штока по оси устройства и. скважины.

0

Для определения.величины осевых ; еремещений штока в корпусе может быть помещен индуктивный,, трансформаторный фотоэлектрический иди другой преобразователь линейных вели5чин в электрические. В частности, при применении индуктивного преобразователя на штоке, введенном в корпусе через направляницую втулку, укреплен ферромагнитный мерный сер0дечник 11. Он перемещается в отверстии закрепленной индуктивной катушки 12. Перемещение сердечника вызывает изменение индуктивности. этой катушки и соответствующее из5менение частоты встроенного здесь же LС-генератора 13.

Для защиты генератора, преобразователя и трущихся деталей от вредного воздействия шахтной атмосферы

0 на наружной поверхности втулки и на штоке закреплена, эластичная оболочка 14. Связь LC-генератора с источником питания и специальным или стандартным частотомером осуществляется с помощью кабеля 15,

5

Устройство работает следующим образом.

При установке устройство перемещают в скважине до .заданной глубины трубчатым досыльником. На заданной

0 глубине при перемещении дрсыльника натягивают кабель или проволочную связь и останавливают дальнейшее пе:% емещение корпуса. Это вызывает движение продольно-подвижных клинь5ев относительно поперечно-подвижных. Относительное движение происходит при малых осевых усилиях. Его результатом является расклинивание устройства в скважине, которое со0провождается поджимом поперечно-подвижных клиньев к корпусу и деформациями диаметрально противоположных упругих элементов. В результате деформирования диаметрально противо5положных упругих элементов происхо

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее корпус, внутри которого размещен шток, электрический преобразователь осевых деформаций, упругие элементы и продольно- и поперечно-подвиж ные клинья, от л и ч а ю щ е есятем, что, с целью повышения надежности и информативности, оно снабжено сильфонами, дополнительным электрическим преобразователем осевых деформаций и дополнительными продольно-, и поперечно-подвижными клиньями, размещенными взаимно перпендикулярно друг к другу, причем корпус выполнен в виде полого стакана с перпендикулярными направляющими, упругие элементы выполнены с переменной жесткостью, при этом один конец каждого упругого элемента соединен с соответствующим поперечно-подвижным клином, а другой конец соединен со штоком, выполненным из двух часi тей, внутри корпуса расположены электрические преобразователи вых деформаций, чувствительный элемент каждого из которых соединен с соответствующей частью штока, на других концах которых установлены сильфоны, а поперечно-подвижные клинья выполнены с отверстиями для направляющих.