Устройство для контроля напряженного состояния закладочного массива Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

2. Устройство по п. t, о т л и - чающееся тем, что полый каркас вьшолнен в виде отрезка трубы. .

Изобретение предназначено для из- мерения статических напряжений в за- кладочнрм массиве при подземной разработке месторозкдений и может найти применение в горной промшопенности.

Изучение напряженного состояния твердеющей закладки в массиве нёобг- ходимо для проверки методов проектирования и расчета прочности искусственных массивов, корректировки параметров систем разработки, а также для определения рационального состава закладрчньк смесей..

На фиг. 1 изображена схема распо ложения электродрв на отрезке каркаса и Их коммутация с измерительным устройством; на фиг. 2 - графитовьй электрод в увеличенном виде; йа фиг. 3 схематично показан деформирования пор и трещин в ненагруженной закладке (а) пои нормальном (б) и параллельном (в) направлениях вектора otHocHTenbHo плоскости электрода; на фиг. 4 изображе- но поперечное сечение устройства в образце закладки и его размер при проведении лабораторных испытаний; на флг. 5 - полярная диаграмма направления н величины разрядного тока.

Устройство для контроля напряженного Состояния закладочного массива состоит из полого каркаса 1, например из отрезка трубы из диэлектрика, на котором в верхнем полупространстве закреплены электроды 2 и 3 одного вида материала, например из графита, а в нижнем - из другого вида материала, например из цинка. Электрбды посредством коммутируюпщх проводов через переключатель 4 и кнопку 5 подключены к измерительному прибору, например регистратору разрядного тока 6, параллельно которому присоединен шунт 7. Графитовый электрод приклеен к каркасу так, что боковые его

3. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что полый каркас выполнен в виде сферы со сквозными отверстиями.

поверхности покрыты изолятором И (фиг. 2).

Устройство устанавливают в горизонтальном положении в пределах выработанного пространства (слоя или камеры) перед его заполнением закладочной смесью. В процессе заполнения выработанного пространства закладочный раствор заливает внутреннюю и наружную поверхности отрезка трубы и датчик и в Дальнейшем остается в закладочном массиве, а провода от электродов вьтодятся в капитальные выработки для проведения долгосрочных наблюдений.

При замерах диаметрально противоположные электродные пары 2 в 3 поочередно подключают через перек шча- тель 4 с помощью кнопки 5 к измерителю разрядного тока 7,

Результаты измереннй преДст вля- ют в вндедиаграь, построенных в полярных координатах причем полярный угол соо рветствует углу отклонения диаметра, соединянмдего данные электродное пары, а подярН{ 1й радиус пропорционален величине разрядного, тока 1р. Наибольший радиус характеризует направление действия и величину

максимальных сжнмаювдх напряжений в заклш;(очном массиве.

.Приготовление твердеющих закладочных смесей связано.с растворением в воде вяжущих веществ, прежде всего

цемента. Водный раствор цементного геля представляет собой раствор электролитов.. Ионный состав такого раствора представлен . ионами кальция Ga , натрия Ка , магния Mg , алюминия

А1, железа Fe и Fe водорода Н , гидроксила он , кислотного остатка SOj, и др. ионами.

Затвердевший цементный камень име- ет сложную кристаллическую структуру,

характеризующуюся наличием пор и межкристаллических водньпс прослоек. В

жидкой фазе, заполняющей поры, прослойки и микрртрещины, находятся в той или иной степени свободы вьпне- перечйсленные ионы, обеспечивая затвердевшему закладочному массиву электролитические свойства.

Если в такую среду поместить в процессе ее формирования электроды из материалов с раэличньми значениями нормальных потенциалов, образует- ся гальванический элемент. Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента зависит от вида материалов электродов и электрических параметров среды.

При замыкании внешней цепи через гальванический элемент и нагрузку начинает протекать электрический ток разность потенциалов падает (гальванический элемент разряжается), вели- чина разрядного тока Iр также уменьшается. Причина падения тока в концентрационной поляризации электродов которая вызвана тем, что в результате реакций поступающих из иссследу- емой среды ионов с металлом электродов приграничная с электродом об-. ласть обедняется реагирующим веществом и, напротив, обогащается отреагировавшими неполярными частицами ве- щества. Величина тока 1р все более зависит от диффузии веществ вблизи электрода.

Рассматривая взаимное положение

плоскости электрода и вектора р сжи

мающих напряжений, действующих на рассматриваемую среду, можно показать зависимость условий диффузии от направления вектора р относительно плоскости электродов.

Пусть вектор р действует нормально к плоскости электрода (фиг. За).

5

O 5

0 5 о

5

Действие сжимающих напряжений при этом вызывает деформирование пор и раскрытие трещин в направлении, параллельном плоскости электрода. Такие деформации уменьшают длину то- копроводящих каналов - трещин и приближают богатые ионами дальние участки пор к поверхности электрода. Это улучшает условия для отвода неполярных частиц вещества от электрода и для поступления к нему ионов реагирующег го вещества.

В случае, когДа вектор р направлен параллельно плоскости элёктро - да (фиг. 35), характер деформиро-, вания другой. Трещины, по которым могут диффундировать частицы вещества и ионы, смыкаются, а поры удлиняются относительно электрода, в связи с чем условия для диффуэии ве-. - ществ вблизи электрода ухудшаются.

Следовательно,разрядный ток галь- ванического элемента зависит от угла наклона вектора сжимающих напряжений к плоскости электродов.

Выполнение устройства в виде полого каркаса способствует повышению точности измерений благодаря тому, что твердеющая смесь, попадая внутрь каркаса через отверстия в отрезке- трубы, затвердевает вместе с окружающим массивом и поэтому имеет точно такие же модули упругости, как исследуемый массив. Поэтому измерительное устройство не претерпевает деформаций от внешней нагрузки и расстояние между электродами остается постоян- ньм; с другой стороны, измерительное устройство не является местом концентрации напряжений (таким бы оно было, если его выполнить, например, из сплошного металла).

Фиг,2

/ /7/////////7/////7//////

а

-JT -

. t

iiififiiiu. iMM.i

p Фи9.3

НИ 1.111 Ull.illt

Заказ 2963/41 . Тираж 470; Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4