Установка для испытания образцов горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 

1

Изо(5ретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания горных пород в условиях сложного напряженного состояния.

Целью изобретения является приближение условий испытаний к забойным путем нагружения образца неравномерно распределенной по его длине боковой нагрузкой и имитации отжима породы.

На фиг,1 изображена схема установки для испытания образцов горных пород; на фиг.2 - узел соединения гофр сильфона.

Установка содержит испытательную камеру 1, размещенную в полом цилиндрическом корпусе 2с отверстием 3 У щя сообщения камеры с внешним пространством и опорным вкладьшем 4, боковые 5 и торцовый 6 эластичные башмаки, заполненные жидкостью и установленные на испытательной камере .1. Поршень .7 гидродомкрата, корпусом которого является корпус 2, контактирует с торцовым башмаком 6. Боковы башмаки 5 имеют кольцевую форму и размещены в отдельных гофрах сильфона 8, составленного из ребер различной жесткости. Количество гофр сильфона 8 и их жесткость выбираются из заданного числа ступеней приращения боковой нагрузки. Сильфон 8 установлен, соосно испытательной камере 1 и одним торцом упирается в поршень 7 гидродомкрата, вторым - в поршень 9. Поршень 9 является дополнительным и имеет отверстие, соосное с отверстие 3 корпуса 2 и содержит опорные вкла-; дьпш 4. Торцовый башмак 6 взаимодействует с упором 10, закрепленным на поршне 7. Насосная станция 11 соединена вентилями 12 и 13 с полостью камеры, т.е. с подпорщневыми полостями поршней 7 и 9. Полость поршня 9 соединена с клапаном 14 избыточного давления с регулируемым давлением срабатывания. Испытательная камера 1 состоит из эластичного покрытия, размещенного внутри двух вставленных ДРУГ в друга витых цилиндрических пружин 15 с противоположными направлениями називки. Наружная пружина 15 контактирует с эластичными башмаками 5. Испытуемый образец 16 размещается внутри эластичного покрытия камеры 1 Позицией 17 обозначен элемент меха--. нкзма воздействия на испытуемый образец, например буровая штанга.

1

10

15

20

25. 2590352

Установка работает следующим образом.

Включают насосную станцию 11 И при открытых вентилях 12 и 13 запол5 няют рабочей жидкостью подпоршневые полости поршней 7 и 9. Закрывают вентиль 13, клапан 14 настраивают на заданное давление срабатывания. Вновь включают станцию 11 и создают давление рабочей жидкости в полости порш ня 7. Под действием этого давления поршень 7 перемещается и деформирует СИЛЬФОН 8, Гофры сильфона 8 деформируются пропорционально их индивидуальной осевой жесткости и сжимают расположенные в них эластичные башмаки 5. При этом жидкость, заполняющая башмаки 5, передает давление на испытательную камеру 1 и расположенный в ней образец 16. Величина давления в жидкости башмаков пропорциональна деформации башмаков и обратно зависит от их жесткости. Одновременно при смещении поршня 7 упор 10 деформирует торцовый башмак 6, также заполненный жидкостью, давление которой передается на торцовую часть образца 16. При деформировании сильфона 8 происходит некоторое смещение г его гофр относительно поверхности испытательной камеры 1, и это смещение отчасти реализуется в проскальзывании пружин 15 друг относительно друга, в остальном - в деформировании

35 эластичных башмаков 5. Образец 16 остается на этом этапе нагружения неподвижным и упирается по периметру торца во вкладьш 4. Площадь упора 10 в области его контакта с башмаком 6

40 подбирается так, чтобы к моменту дос- тажения заданного распределения боковой нагрузки получить заданную величину торцового усилия. Момент .достижения заданного напряженного сос45 тояния образца определяется по моменту срабатывания клапана 14 в результате достижения заданного давления в подпоршневой полости поршня 9 при росте давления под поршнем 7. Выклю50 чают насосную станцию 11, и с этого

времени образец 16 находится под дей- . ствием неравномерно распределенной боковой нагрузки и торцовой нагрузки заданных величин. Приступают к иссле55 дованиям механических свойств образца, находящегося при заданном сложном , напряженном состоянии, например, изучают процесс буримости горной породы

30

В этих условиях, работая буровой штангой 17, вводимой через отверстие 3. В нужный момент времени имитируют отжим породы, для чего включают насосную станцию 11 и нагнетают жидкость под давлением через вентиль 12 Рост давления под поршнем 7 выше заданного приводит к росту давления в полости поршня 9 и непрерывному срабатыванию клапана 14, в результате чего оба поршня вместе с сильфоном 8 и образцом 16 перемещаются в направлении открытого торца образца 16 При неизменном напряженном состоянии образца 16. При возникновении препят ствия перемещению образца, например, со стороны штанги 17, давление под поршнем 7 будет увеличиваться, что приведет к увеличению боковой нагрузки и торцовой нагрузки на образце до тех пор, пока не устранится препятствие к перемещению образца. Именно такая ситуация возникает в забое при отжиме породы в направлении выработанного пространства, когда порода встречает сопротивление отжиму со стороны крепи, оборудования и т.п. После устранения препятствия образец возвращается к исходному напряженному состоянию за счет срабатывания клапана 14. В этом состоит работа установки при моделировании забойных условий-. При отключенном клапане 14 и постоянном росте давления под поршнем 7 получают пропорциональное наг- ружение образца при неравномерном боковом обжатии вплоть до разрушения образца. После разрушения образца или окончания наблюдения за ним установку деыон дкруют и собирают для следующего эксперимента, составляя сильфон 8 КЗ гофр и башмаков в соответствии с требуемым распределением боковой нагрузки. Соотношение между боковой и торцовой нагрузками подбирают изменением площади контакта упора 10 с башмаком 6, положением упора отно- башмака. При-размещении в отверстии поршня 9 вместо опорного вкладьш1а 4 упора, аналогичного упору 10 с таким же башмаком 6, установка осуществляет испытания на объемное сжатие с неравномерной или равномерной (при одинаковых гофрах сильфона)

боковой нагрузкой, что моделирует напря з родомкрата, обеспечивает пропорциожеииое состояние пород в массиве.

Соединение гофр сильфона с башмаками осуществляется под действием

нальныи рост торцовой нагрузки при деформировании торцового башмака упором.

10

ts 20 ,g

2590354

упругих деформаций башмаков, заполненных жидкостью, для чего жидкость в башмаках находится при небольших, доли атмосферы, избыточных давлениях. Такое взаимодействие башмака с гофром допускает их большие относительные смещения. Противоположная навивка пружин 15 обеспечивает минимальную силу трения при взаимном скольжении пружин при дeфop faции сильфона, а также равномерное распределение боковых усилий на поверхности образца в зоне действия отдельного сильфона, чему способствует использование эластичной оболочки между образцом и пружинами. Различная жесткость сильфонов обеспечивается различием диаметров их гофр, различием толщины стенок гофр.

25

ts 20,g

30

35

45

0

В установке боковая нагрузка создается набором кольцевых башмаков, распределенных по длине образца и размещенных в гофрах сильфона с различной жесткостью ребер вместо боковых башмаков, каждый из которых покрывает образец по всей длине. Это позволяет со дЪвать неравномерную по длине образца нагрузку за счет различной деформации образцов и вызванной этим различной величины давлений в каждом башмаке. Различная величина деформации боковых башмаков появляется в результате различия жесткости ребер сильфона при деформации его гидродомкратов: чем въте жесткость ребрэ, тем меньше его деформация по сравнению с другими ребрами, испытывающими такое же усилие со стороны гидродомкрата, тем меньше давление в его башмаке и меньше боковая нагруа- ка в зоне контакта образца с этим башмаком. Снабжение установки допап- нительным поршнем, в который упирается второй торец сильфона и в котором выполнено отверстие, соосное с отверстием камеры и содержащее опорные вкладьшги, позволяет при необходимости смещать нагружающий образец в направлении его открытого торца. Признак взаимодействия башмака с упором, закрепленньм на гидродомкрате, при принятой конструкции нагружения боковой нагрузкой путем смещения гиднальныи рост торцовой нагрузки при деформировании торцового башмака упором.

f м

ъ

ч

у//////////////////.

л

8 5

w

14

Фиг, 1

Составитель В.Петрова Редактор В.Иванова Техред и.Попович Корректор С.Шекмар

Заказ 5104/35 Тираж 470Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

.2