Установка для длительных статических испытаний горных пород Советский патент 1987 года по МПК G01N3/08 E21C39/00 

с рабочей жидкостью размещены электронагреватели (Э) 2 и 3. Герметичная камера 10 для испытания образца соединена с АС 1 и сообщена с источником давления в виде насосной стан- 1ЩИ 12. Электронный блок 19 управления нагрузкой соединен с измерителем 8 поперечных деформаций образца 9 и подключен к Э 2 и 3, которые деист- вуют независимо. Заполняется от насоса 12 рабочей жидкостью камера 10, Затем переключателем 15 подключается к источнику 16 электропитания Э 3. Электрическая мощность в Э 3 рассчи- тьшается таким образом, чтобы он при постоянной работе нагрел жидкость в АС 1 до 35-40 С. Затем образцу 9 передается осевое давление плунже.-

Изобретение относится к физико- механическим исследованиям горных пород в лабораторных условиях, в частности к исследованию бокового распора горных пород.

Целью изобретения является повышение точности испытаний за счет стабилизации боковых деформаций образца при изменениях температуры окруркаю- щей среда..

На чертеже изображена установка для длительных статических испытаний горных пород.

Установка содержит узел стабили зации нагрузки, включающий аккумуля- торный сосуд 1, заполненньй рабочей жидкостью, например компрессорным маслом (не показано), погруженные в жидкость основной 2 и дополнительный 3 электронагреватели, подключенные через электровводы в крьпике аккумуляторного сосуда 1 к выходам 4 и 5 усилителя 6 электронного блока управле- НИЛ нагрузкой с возможностью их независимого действия. Ко входу усилителя 6 подключен выход тензометричес- кой мостовой схемы 7, одним из плечей которой является измеритель В поперечных деформаций образца 9, помещенного в испытательную герметичную камеру 10. Гидравлическая связь аккумуляторного сосуда 1 с камерой 10 осу

ром 18, Одновременно образец нагружается боковым давлением с помощью насоса 12 при условии предотвращения деформаций бокового выдавливания образца. Т.е. поддерживается нулевая поперечная деформация, контролируемая Мостовой схемой 7 блойа 19. При длительных испытаниях образца 9 в нем развийаются процессы ползучести в поперечном направлении. При этом происходит разбаланс схемы 7, и релейные элементы усилителя подключают к цепи питания Э 2. Таким образом электронный блок 19 выполняет две функции: регулирование бокового давления иподдержание постояннойдеформации образца, стабилизация боковогодав- ления при длительных нагрузках . 1 ил.

.

0

ществляется через трубопровод 11 и начальное рабочее давление в камере 10 создается с помощью источника давления, например насосной станции. 12. Осевое давление на образец 9 в испытательной камере 10 создается через канал 13 от источника давления (не показан). Установка также содержит манометр 14 для измерения и визуального контроля давления жидкости в испытательной камере 10, переключатель 15 для переключения электронагревателей 2 и 3 на ручной режим работы с подключением источника 16 электропитания, средство .измерения осевой нагрузки на образец 9 в виде манометра 17, средство создания осевой нагрузки на образец в виде плунжера 18.

Электронный блок 19 управления нагрузкой с обратной связью включает тензометрическую мостовую схему 7, соединенную с усилителем 6, переключатель 15 для подключения электронагревателей 2 и 3 и источник 16 электропитания.

Установка работает следующим об- .разом.

Первый этап - подготовка установки к работе. Гидравлическая система, состоящая из аккумуляторного сосуда 1, трубопровода 11 и рабочей полости испытательной камеры 10 с образцом породы 9 заполняется рабочей жидкостью от насосной станции 12. После эт ого переключатель 15 переводят в правое по схеме, положение (ручной режим работы), а нагреватель 3 при этом подключается к источнику 16 электропитания. Электрическая мощность нагревателя 3 рассчитывается таким образом, чтобы он при постоянной работе нагрел жидкость в аккуму- ляторном сосуде 1 до 35-40°С (на 15- 20 С вьше температуры окружающей среды) . Таким образом, до проведения испытаний (нагружение образца) в аккумуляторном сосуде 1 поддерживается указанная повьшенная температура. Температура жидкости в испытательной камере 10 при этом изменяется весьма незначительно, так как трубопровод 1 имеет небольшое сечение и относительно.большую длину.

Второй этап - погружение образца 9 до расчетной величины осевого давления. Вначале производится баланс тензометрической мостовой схемы 7 и проверка работы усилителя 6. Затем нагружение образца 9 производится вручную. Через канал 13 от источника осе вого давления подается под давлением рабочая жидкость, через плунжер 18 осевое давление передается образцу 9. Одновременно с осевым давлением образец нагружается боковым давлением, создаваемым жидкостью с помощью насоса 12 при условии предотвра щения деформаций бокового вьщавлива- ния образца, т.е. поддержания нулевого значения поперечной деформации, контролируемого по гальванометру мостовой схемы 7. .

Третий этап - длительная вьщержка образца под постоянным осевым давлением и сохранением условия постоянства поперечных деформаций образца. Переключатель 15 устанавливают в левое (по схеме) положение (автоматический режим работы). При этой релейные элементы усилителя подают на выходы усилителя следующие сигналы.

.При нулевой деформации образца

(баланс тензометрической схемы) к цепи питания подключен нагреватель 3. Температура жидкости в аккумуляторном сосуде на 15-20° С вьщге тем- пературы окружающей среды.

При длительной выдержке образца в нем развиваются процессы ползучести в поперечном направлении. При увеличении поперечных деформаций образца 9 происходит разбаланс тензометрической мостовой схемы и релейные элементы усилителя подключают к цепи питания второй нагреватель 2, что вызывает дополнительное повышение температуры жидкости в аккумуляторном сосуде и увеличение ее объема т.е. повышение давления в сосуде 1 и камере 10. Деформации образца снова становятся равными начальным, осуществляется баланс мостовой схемы и отключение от цепи питания нагревателя 2. Нагреватель 3 при этом остается постоянно включенным в цепь питания,

При длительных испытаниях температура окружающей среды изменяется. При понижении температуры жидкости в камере боковое давление на образец 9 падает. Последний начинает расширяться и необходимое для стабилизации повышение давления при этом осуществляется, как указано вьш1е. При повышении температуры окружающей среды температура жидкости в камере 10 увеличивается, боковое давление на образец возрастает, поперечные деформации образца уменьшаются. Происходи разбаланс мостовой схемы 7 (противоположного знака по сравнению с п, 3) при котором релейные элементы усилителя отключают от цепи питания оба нагревателя 2 и 3, Температура жидкости в аккумуляторном сосуде 1 снижается, что ведет к уменьшению ее объема и давления жидкости в камере. При балансе мостовой схемы релейные элементы усилителя включают нагреватель 3.

Аналогично работает установка и при испытаниях пород на ползучесть при объемном сжатии. Так как начальный объем жидкости благодаря предварительному повьш енрпо температуры в аккумуляторном соч:уде больше, чем при температуре окружающей среды, то при увеличении объема образца 9 происходит отключение обоих нагревателей 2 и 3 от усилителя и понижение температуры жидкости в аккумуляторном сосуде 1 до величины, меньшей началь- н ой, т.е, объем жидкости становится меньше по сравнению с первоначальным объемом, что позволяет поддерживать боковое давление постоянным, В известной установке (прототип) объем жидкости не может быть меньшим на51

чального объема, что исключает возможность проведения подобных испытаний.

Таким образом, электронный блок 19 устройства (датчики, мостовая схема, усилитель и нагреватели) выполняет две функции:

регулирование бокового давления на образец и поддержание постоянной деформации образца при процессах ползучести и релаксацииj

стабилизация бокового давления на образец при длительных испытаниях после окончания процессов пос зучести и релаксации, включая и температур- ную стабилизацию.

Условия испытаний.

Образцы горной породы (мергель) диаметром 36 мм и высотой 70 мм помещались в камеру бокового распора (КБР), изготовленную на ОЭЗ ВНИМИ. На образцы монтировались датчики 8 поперечных деформаций. Вьшоды от датчиков были соединены с мостовой тен- зометрической схемой 7, подключенной к усилителю. Осевое давление на

давление

образцы бьшо равным 50 кгс/см . Длительность испытаний 7 сут. Температура окружающей среды (комнатная тем пература) изменялась при испытаниях от +18 до

+2Ъ°С,

Начальная температура окружающей среды +18 С, Перед испытанием температура жидкости в аккумуляторном сосуде бьша доведена до +30 С. Температура жидкости в аккумуляторном сосуде 1 после создания необходимого для предотвращения поперечных деформаций образца бокового давления +34°С. При повьшении температуры окружающей среды до +23°С электронный блок 19 отключал оба нагревателя, и температура жидкости в аккумуляторно сосуде t снизиласт до 32°С, что обеспечило нулевую деформацию образца 9 породы и снижение бокового давления.

Редактор А.Долинич

Составитель В.Петрова Техред И,Попович

1299/42

Тидаж 777 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

Изменение поперечных деформаций образца при включении и выключении дополнительного нагревателя составляло +1.10, т.е. было в 8 раз меньше чем на базовой установке.

Изменение температуры окружающей среды практически не повлекло за собой изменение осевого давления на образец (колебания осевого давления при работе нагревателя были в пределах +0,3 кгс/см, т.е. в 13 раз меньше, чем при испытании на базовой установке).

Установка обеспечивает повышение стабильности нагрузок и деформаций образцов пород при их длительных испытаниях.

Ф

ормула изобретения

Установка для длительных статических испытаний горных пород, содержащая средства создания осевой нагрузки на образец испытуемой горной породы, узел стабилизации нагрузки, включающий аккумуляторньш сосуд с электронагревателем, электронный блок управления нагрузкой с обратной связью и соединенные с ним средства измерения нагрузки на образец, о тличающаяся тем, что, с целью повышения точности испытаний за счет стабилизации боковых деформаций при изменениях температуры окружающей среды, она снабжена соединенной с аккумуляторным сосудом герметичной камерой для размещения образца, сообщенным с камерой источником давления, установленным в аккумуляторном сосуде дополнительным электронагревателем, соединенным с электронным блоком управления нагрузкой, измерителем поперечных деформаций образца, причем электронагреватели подключены к электронному блоку управления нагрузкой с возможностью их независимого действия.

Корректор А.Зимокосов

Изобретение отндсится к области исследования горных пород. Установка позволяет повысить точность испытаний за счет стабилизации боковых деформаций образца 9 при изменениях температуры окружающей среды. Для этого в аккумуляторном сосуде (АС) 1 1 осе§ае (Л СО 00 с