Датчик для измерения напряжений горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

12

Лзобретение относится к горной промышленв:остн и может быть использовано для измерения напряжений в массиве кренких торных пород на рудниках для обеспечения безопасности ведения горнь х работ.

Цель изобретения - повышение точности измерения напряжений путем придания г|,атчику избирательной чувствительности к нормальной состав- ляющей компоненте напряженюи

На фиг, 1 изображена принципиальная конструкция датчика для измерения напряжений горных пород; на

фиг, 2 - разрез А-А на фиг 1

на

фиг. 3 - зависимость изманения магнитной восприимчивости от нагрузки.

Датчик для измерения напряжений горных пород содержит цилиндрически корпус 1 (внешний радиус R ) с цент ральным отверстием (радиус г ) ,, выполненный из оптически активного вещества, например эпоксидной смолы или оргстекла, или боросиликатной кроны, типа К с модулем Е. (0,3 - 0,82) 10 МПа. В корпусе 1 параллельно друг другу в одном направлении размещены высокомодульные магни тоупругие волокна 2 с модулем упругости Е g 1 ц 5 где i g - модуль упругости магнитоупругих волокон, Е ; - модуль упругости корпуса.

В качестве магнитоупругих волоко может быть использована стальная, никелевая и другие проволоки.

Размещение в оптически активном веществе волокон с модулем упругост Бц 2-10 МПа уже при объемных концентрациях 1-10% позволяет получить модуль упругости корпуса, превьпна- ющий модуль упругости окружающих корпус горных пород более чем в два раза.

Для исследования поля напряжений датчик устанавливают в скважине (шпур) так, что с помощью цементирующего с;остава обеспечивают все- стороннш контакт со стенками скважин. Таким образом, датчик и исследуемый массив представляет единое целое и деформация контура скважины полностью воспринимается датчиком. При изменении давления в массиве

5

O

5

0 5 0

р

332

изменяется магнитная восприимчивость включений (Н„) и следовательно, эффективная магнитная восприимчивость датчика.

Для определения направлениями величины главных напряжений датчики размеи1;ают в разных направлениях в плоскости измерения. При этом датчик, показывающий максимальное изменение магнитной восприимчивости в точке измерения, оказывается размещенным волокнами по направлению действия главного напряжен1ет.

Принцип действия датчика основан на анизотропном влиянии напряжений на свойства волокнистого композиционного материала, в данном случае на эффективную магнитную восприим- чивость.

Так, исследовали высокомодульный датчик напряжений с параллельными волокнами в одном направлении. Диаметр никелевых волокон 0,07 мм. Расстояние между волркнами выбирали с учетом устранения перекрытия зон. концентрации напряжений, возникающих вокруг волокон в полимерной матрице (). Измеренная эффективная восприимчивость Н 0,7-10 ед.СИ. При одноосной нагрузке датчика силой 4 кН, приложенной вдоль волокон, изменение .магнитной восприимчивости

(Ч Н

---- О,,56 (фиг. За). При приложеп

НИИ такой же одноосной нагрузки на датчик перпендикулярно волокнам ЬН

-р- 0,13 (фиг.

35).

Полученные экспериментальные кривые изменения эффективной магнитной восприимчивости от величины и направления приложенной нагрузки подтверждают высокую направленную чувствительность датчика. Предлагаемый датчик напряжений позволяет путем измерения и Н судить о величине и направлении главного напряжениях. Кроме того, высокие упрочняющие свойства высокомодульных волокон позволяют получать высокий эффективный модуль упругости датчика -Е,. при их меньшей концентрации.

иг.1

Af/

T

9иг.2

0,6

(т

0,15

ан

о

Р(Щ

2Ч

9иаз

Составитель Г, Алексеева

Редактор А. Огар Техред О.Ващишина Корректор М. Максимишинец

Р(Щ

Заказ 214/42

Тираж 470

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Подписное