Устройство для измерения смещений и деформаций горных пород в скважинах Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки относительных напряжений и смещений в массиве горных пород.

Цель изобретения - повьшенйе точности измерений..

На фиг. 1 изобрюкено устройство, размещенное в скважине и соединенное с регистрирующим узлом, вид сбоку на фиг. 2 - разрез А-А на 1, на фиг. 3 - вариант устройства с чувст - вительным элементом :в виде диска, имеющего возможность вращения.

Устройство содержит корпус, состоящий из двух опорнь1х сегментов 1 и 2, мезкду которыми установлен рас- порньш элемент 3, выполненный в виде клина Между опорным сегментом 2 и распорным элементом 3 установлен чувствительньш элемент 4, который мо жет быть выполнен, например, в виде ленты (фиг. 1 и 2) или в виде диска, (фиг. 3).Чувствительный элемент необходим для реализации выбранного принципа измерения: чем больше нормальное давление на устройство, тем больше усилие трения чувствительного элемента об опорные сегменты.

Противоположные рабочие поверхности 5 и 6 чувствительного элемента имеют различные коэффициенты трения, при этом величина коэффициента трения рабочей поверхности 6 на 40-50% больше, чем величина коэффициента трения рабочей поверхности 5 благодаря нанесению на поверхность 6 двуокиси молибдена или фторопласта.

Элемент 4 соединен с тягой 7, взаимодействующей с рычагом 8. Последни упирается в выступ 9, приваренный на кондуктор 10 скважины 11. К верхнему сегменту 11 привинчен досылочный узел 12. Перед установкой устройства бурят скважину 11 и с помощью досы- лочного узла 12 досылают в нее устройство на глубину, например 5 м. Упираясь в досьшочньш узел 12, тянут тягу 7, в результате чего сегменты 1 и 2 перемещаются один относительно другого и устройство расклинивается в скважине 11.

В связи.с тем, что для установки датчика и его распора в екважине Tpe буется элемент клиновой формы, в . процессе измерения давления имеется опасность раскрытия устройства, в

5

0

5

0

5

0

5

0

результате чего он не сможет выполнять свои функции.

Усилие раскрытия определяют- следующим образом.

После бурения скважины 11 измеряют напряжения, действующие в массиве, путем вдавливания индентора (не показан) в стенки 13 скважины. Усилие расклинки рассчитывают затем по формуле

Р .S-tgo(,

где К - коэффициент концентрации напряжений, зависящий от соотношения размеров устройства и диаметра скважины, а также модулей-упругости чме- шдющих пород и материала устройства, при изготовлении устройства из стали 3, диаметре скважины 56 мм, длине устройства 150 мм и вмещающих породах типа элевролита коэффициент концентрации принимают равньм 2,5-3,2. d - измеренные .напряжения , Kj - коэффициент трения, равный

полусумме коэффициентов трения противоположных рабочих поверхностей чувствительногр, элемента , S - площадь рабочей поверхности

чувствительного элемента , Л - угол при вершине клина. Соответствие расклинивающего усилия расчетному проверяют периодической протяжкой чувствительного элемента 4 ..

Измерение давления и перемещений в горных породах производят следующим образом.

С помощью динамометрического рычага 8 измеряют максимальное усилие движения элемента 4 относительно сегмента 2 и распорного элемента 3. Это усилие пересчитывают в напряжение.

Перед протяжкой элемента 4 измеряют положение конца тяги 7 относительно кондуктора 10. При следукяцем замере измеряют новое положение (за вычетом длины протяжки в процессе измерения напряжений) и по их разни- ;це судят о сдвижении горных пород на глубине 5 м от устья скважины 11.

Для уменьшения разброса показаний элемент 4 вьтолняют в виде диска, 55 на который намотана тяга 7. На распорном элементе 3 образован выступ 13 серповидной формы, охватывающий элемент. 4 и фиксирующий его.

Для контроля неподвижности нижнего опорного сегмента 2 относительно стенки 14 скважины 11 к нему может быть прикреплена дополнительная тяга 15.

В процессе изменений за элементом 4 может подвинуться только клин,

распорный элемент 3 или в крайнем случае верхний опорный сегмент 1. Нижний.опорный сегмент 2 неподвижен относительно стенки 14 скважины 11 благодаря разности коэффициентов трения.. Это обеспечивает точность результатов измерений.

м / / A - W- ;ww«5 %r / / - 2 6 Фиг.Ъ

15

Редактор Н.Киштулинец

Составитель Г.Алексеева

Техред О.Сопко Корректор В.Синицкая

3791/34

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