Устройство для контроля напряженно-деформированного состояния рудных целиков Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для контроля напряженно-деформированного состояния рудных целиков, сложенных из магнитоупругих пород, например железа, никеля кобальта, и т. п., магнитная проницаемость которых изменяется под действием сил горного давления.

Известно устройство для определения изменения напряженно-деформированного состояния массива горных пород, содержащее электрические -преобразователи, подклю ценные к регистрирующей аппаратуре. Контроль осуществляют путем пропускания элект рического тока через породный массив и по изменению его величины или наведенного потенциала определяют действующие напряжения 1.

Недостатком устройства является невысокая надежность измеряемых величин, поскольку трудно обеспечить постоянный контакт электродов с массивом. Кроме того, на измеряемые величины больщое влияние оказывают трещиноватость, влажность пород, их выветривание, что вносит ряд цогрещностей в измерения. Применение устройства требует сложной аппаратуры и больших затрат сил и средств.

Известно также устройство для изучения напряженного состояния ферромагнитных пород типа железистых кварцитов, содержащее электрические преобразователи, подключенные к регистрационной аппаратуре. Устройство измеряет намагниченность горных пород, которая при одноосном сжатии изменяется на 20-30% 2.

Недостаток устройства-магнитометра - ограниченная область применения, т. е. оно работоспособно только при условиях, когда порода приобретает остаточную намагниченность. Кроме того, возможны ошибки в измерениях из-за неправильной ориентировки устройства по углу между направле-. нием магнитного поля и осью быстрейшего намагничивания пород. Точную ориентировку на практике не всегда удается определить, так как на магнитный метод большое влияние оказывает металлокрепь в выработках, а также образование зон повышенной трещиноватости вблизи контура выработок или скважин от горного давления.

Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля напряженнодеформированного состояния рудных целиков, содержащее электрический преобразователь, подключенный к регистрирующей аппаратуре 3.

Однако во время исследований образование вокруг скважин и выработок зон повышенной трещиноватости под действием сил горного давления вообще , вносит . искаженную картину в контроль напряженного состояния массива в целом при снятии показаний с электродов. Поэтому судить о напряженно-деформированном состоянии целиков при длительных исследованиях указанными устройствами не представляется возможным.

Измерения электрического сопротивления пород и руд под. нагрузками, близкими к предельным и за пределом их прочности на одноосное сжатие, показывает, что в области упругих деформаций (при нагрузках

ДО 40-SOVo от разрушающих) с ростом нагрузок сопротивление пород уменьшается. Затем наступает период относительной Стабилизации (при нагрузках 50-60% от разрушающих), после чего электрическое сопротивление пород начинает резко возрастать. Такой характер изменения сопротивле1ния дает две одинаковые величины при равных нагрузках, что может ввести в заблуждение исследователя. Кроме того, зона стабилизации сопротивления пород имеет

довольно большой диапазон, а именно при нагрузках 50-60% от разрушающих. Это большая величина погрешности в определении истинно действующих напряжений. По, скольку сопротивление пород вблизи контура выработки изменяется в очень широких пре0 делах и зависит от влажности, трещиноватости, экранирующего действия металлокрепи, то получить точную, объемную информацию о напряженно-деформированном состоянии целиков при помопди указанного устройства не представляется возможным.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет получе жя объемной информации о напряженно-деформированном состоянии рудных целиков и упрощение монтажа и демонтажа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля напряженно-деформированного состояния рудных целиков, содержащем электрический преобразователь подключенный к .регистрирующей аппаратуре, электрический преобразователь выполнен в виде обмотки, состоящей из проводников и разъема, а обмотка размещена вокруг, контролируемой области целика, при этом. конец каждого проводника через разъем соединен с началом следующего.

На фиг. I изображено устройство, разме0 щенное в .контролируемой -области рудного целика; на фиг. 2 - соединение проводников устройства для контроля напряженно-деформированного состояния рудных целиков.

Устройство для контроля напряженнодеформированного состояния рудных цели5 ков состоит из электрического преобразователя 1, который выполнен в виде обмотки. Для.этой цели используют кабель с неэкра. нирующей оболочкой, проводники которого на концах соединены с клеммами разъемов 2. При стыковке разъемов 2 друг с. другом

0 конец каждого проводника соединяется с началом следующего (фиг.2, где KiH,, Kt, Hi, КзНз ... КцНп соответственно конец и начало первого, второго, третьего и т. д.. Н-ого - последнего проводников. На фиг. 2 пунктиром показано соединение концов проЬ водников при стыковке клемм разъемов 2.

Таким образом, при стыковке разъемов 2

образуется электрический преобразователь

в виде обмотки, свободные концы которого KnHi (конец последнего и начало первого проводников) 3 соединены с измерительным мостом 4, например измерительным мостом. Измерительный мост 4 и электрические преобразователь 1 питаются переменным током. Мост 4 выполнен по известным схемам для контроля изменения магнитной проницаемости материала. Величину напряжения и частоту тока принимают в зависимости .от содержания магнитоупругих элементов в руде целика. От этого зависит также количество витков в электрическом преобразователе 1. Из выработок 5, оконтуривающих рудный целик 6, сложенный из магнитоупругих пород (железо, никель, кобальт и т. д. или их соединений), бурят скважины 7, ограничивая область (участок) в целике, в которой намечается осуществить контроль напряженнодеформированного состояния массива. Через скважины и выработки прокладывают электрический преобразователь 1, опоясывая им контролируемую область целика. Стыкуют разъемы 2 и образуют обмотку, концы обмотки 3 соединяют с измерительным MOCTOIVI 4. Для свободного соединения разъемов 2 длину электрического преобразователя | принимают немного больЩей, чем периметр конт ролируемой области целика 6. Преобразователь 1 укладывают вдоль выработок 5 плотно по стенкам с неблльшим прогибом а вертикальной плоскости. Это не вносит погрещности в измерения. : Для контроля напряженно-деформированного состояния целиков можно использовать .различное образование обмоток преобразователя в массиве, например выполненных по схеме дроссельного включения в йзмерительный мост 4 (фиг. 1) или по схеме трансформаторного . включения и как его разновидность типа прессдуктор и т. п. Для этого бурят скважины 7 по соответствующейсхеме их расположения в рудном целике. Обмотки преобразователя 1 образуют как изложено, а измерения производят теми же мостами 4, выполненными по соответствующим схемам. Для устранения температурной погрешности, если это необходимо, при измерениях используют ненагруженную область рудного массива с проложенной в ней обмоткой из такого же преобразователя 1, но включенной в компенсационное плечо моста 4.,- . Предварительно для каждого состава руд производят тарировку, т. е. устанавливают зависимость изменения )иагнитной проницаемости руды от действующих в целике напряжений, .определяя таким образом эталонную величину. Для этого методом разгрузки определяют напряжения в целике в разные периоды его нагружения. Параллельно с этим производят отсчеты измеряемых величин по мосту 4. Получив эталонные величины для конкретных руд, в дальнейшем пользуются только предлагаемым устройством, сравнивая измеряемые значения с эталонными.. При нагружении рудного целика 7 происходит изменение магнитной проницаемости руды и индуктивности всей системы (обмотка преобразователя - целик), что влияет на изменение полного электрического сопротивления преобразователя 1, питаемого переменным током.: Измерительный мост 4, соединенный проводами с преобразователем 1,. фиксирует изменение .магнитной проницаемости (магнитного сопротивления) целика 6. Сравнивая полученные величины с эталонными, судят о Напряженно-деформированном состоянии контролируемого целика. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет без сложного оборудования, затрат сил с высокой надежностью получать точную достоверную информацию о действующих в рудных целиках напряжениях от сил горного давления и судить об их состоянии. Это достигается тем, что не используется электрический контакт с массквом, а такие его качества как трещиноватость, влажность, минеральный состав и Др. учитываются при измерениях комплексно, с контролируемого участка поступает объемная информация о напряженно-деформированнОм состоянии целиков, которая в целом характеризует состояние этого участка массива. Быстрое получение информации О состоянии целиков без больших Сил выгодно отличает его от известных устройство. При этом повышается производительность труда исследователей при измерениях, поскольку не требуется сложное оборудование и уменьшается количество исполнителей. Информацию о состоянии контролируемых областей в шахтах можно передавать на пульт диспетчера, что позволяет оперативно вмешиваться в технологический процесс при добыче руд.. .

З Hlf HS Нп

Лу

iI

II1

III

I

III -9 /7 i.

AAA

5 Kl Kn-1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РУДНЫХ ЦЕЛИКОВ, содержащее электрический преобразователь, подключенный к регистрирующей аппаратуре, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет получения объемной информации о напряженно-деформированном состоянии рудных целиков и упрощения монтажа и демонтажа, электрический преобразователь выполнен в виде обмотки, состоящей из проводников и разъема, а обмотка размещена вокруг контролируемой области целика, при этом конец каждого проводника через разъем соединен с началом следующего. ш Ю со 4;; О5