Устройство для контроля состояния массива горных пород Советский патент 1987 года по МПК E21C39/00 

Мзобретс пне относиITH к .ч рполО ;i,, в часгиос ги к устройс гвам для исслсдо- .ания напряжен но-дсформирО1 ;-;1Гного состс)я- нмя I cpHOi O массива.

Цель изобретения -- Ho; i;inieiH:c нос п; он)сделеи1ш иапряженно-деформир)- |,аииог() состояния массива.

На (j)Hi 1 показана схема для ьонтроля состояния (Д1ва I orHibix 11О)од: на фиг. 2г.1азре: , Л Л иа

фиг. 1.

Устройство содерЖ1гг два д.атч1-;ка-гидро- ц 1-1ин. 1ра 1 и 2 с норн1иял1И 6 и 4, пред.- иаз1и1чеиные для размен1, в ,жид1е массива во взаимно иернеидику, ;ЯрН1)1 на- iipaB. ieHiiHx в нлоскостях, 11ернендику;1ярных оси скважины, донолаитель Нз1Й датиик- кдрО1и1Л1-:НДр о с 6, КОрИуС КОТО-|)ого leciio связан с датч1- ко.1-г1.:1,роцилии,1- ро.м I, liopHieiib 6с датчиком-гидроннлии. 2, две uapiii иидснтор-0: 7. 8 и 9, 10, ,aKpen:ieHiH)ix соответственен) i.a Kopiiycax норн нях 3 и 4 датчиков-гид- роцнлиидров I 2, камерами il--l.i с раз- vieiiieinibiMH в иих цилиндрическими образда- ми 14-16 горн1.х нород конт|)О.лнруе 1ого

массива, мано.метрические ири6о)ы 1719,

сообидеииые с иолостями 11 13, к ги,чроцилиндр1я 20---22 с нор1инями 23 -25 i нп оками, HiTOKOBbie полости 26-- 28 кот орых е()об цеи1о: соответст; е}1ио с KaMef)aMH i - 13. а иоднорн невв1е но.тости 29-3 --- с но- лостямн датчнков-гидрон.нлинл1 )ов 1, 2 н 5. В нп оковых нолостях 2б---28 гн.дроиилин,;|,- ) 2(У-- 22 установ.тены HopuHiH 32, занмодействую1.цие с 33 -Зо, vc- тановлен1нями иа резвбе на г {дроиилинл.рах 20 22. Индикаторы 36--38 1;ерсмеи,е- нин жестко связаны с норншями 23 25 гид- рсли.) 20 -22.

iiorv:e H,efH)i н металлические обокмы 39 и иок- рьггы ео сто)оиы торцо е. юем иарас})ина. Высота, образцов б,чи:зка к нредно.чагаемой величине ра.здр,ижки иидеиторо 7. 8. 9 и 10 R скважине, а и. кмцад -; нонереччо- го сечения рави1,1 ил()ии1дям сеченн(1 Hopi;:- ней 2i5 25 гндроннлиид|)ов 20 --22.

Уегройство работает е, ;ед 1он1им образом.

Датчики;-ги,1ро11илиндрь1 1, 2. 5 ;1осы. в скважину коитролируеме/го массива горнв;х ио1)од. где разменипот их так, что ги;|.,ронилиндр 5 расиоложеп долв оси скважины (ос1) у), датчик-гидрод11лии; 1.р 1 R ii;iOCKOCTH, иернендикудярной оеи сжна/К: - ны но оси 7.. датчик-гидрои,илни;|,р 2 -- в нлоскостн расно.::оже1 чя д атчика 1 ио оси Л, 1 ерне;1дикуля 5ной оси 7. Иоеле этого нроиз- ВОД.ИТ завинчивание крьпнек 33- 35 гидродив ИОЛОС ; и

5

0

0

Q

5

ги;,роц11:1индрон 1, 2 нрнводит к нереме- ;неиию их 3-, 4 и индеиторов 7, 8 и 9, 10 д.о распора ими стенок скважины ио осг.м Z .4 X соответственно. 3aiiH i4HiiaHiie крьииек 33 и 34 гидроци- ди|1Дро1 , 20 н 21 1;роизвол,ят до тех иор, юка в нолостях д.атчиков-гидронндиндров 1 11 2 не устаио 5ятси избыточные дав, i ,,:: И ,,,;, соо ) ветств :Они;с Г Сходиому сос- Tosaii-uo массива, ког;-:а ко.мионенты напряжений о „, О, а,,, О и комионен- ты OTHOCHTC.Ttjiibix деформапнй F. О, л- :- 0. ; 1,ав..1еиия --„, н P,t ()икси- руются манометр) ириборами 17 и 18 а исходиое иоложе1Н1е индеиторов 7, 8 и 9, 10, cooTiu-TCTijyioiuee Г)азм1:рам скважин {, а f по осях Z и X фиксируется И11дикаторами 36 и 37. По Сле атого с ногйощью крыи1ки 35 yciaiiaBjniBaioi к ио;н/сти датчика-гидроди- .1инд,ра 5 избыточное да Л1ение Р,,;,. соответствующее иеходиому состоя1 И1о массива, ког- ;|,а нродо, 1ьиая ком1 онеита наиряженнй гг,,,., : О н нродольдая (омнонента относительной деформад1 и F,; 0. Давление Р.,, / фикен)уетея мано.метрическими приборами 19, а иидикатором 38 фиксируется нс- ходное но.ложеине норниня 6 Ец датчика- гид,роцилинл.)а 5, coo i iseTCTByiOHiee исходному относн-:-елы;ому по.пожеиию датчиков-гид- |.юнили 1дроГ) I л 2. L ijiauariHiiie ropin iM дав- / е:чием деформации массива нриводят к не- рел:е1цеиию и1цен- -оров 7, 8 н 9, 10 и отно- .льному иеременхению в.ао, д оси 4 датчи- к;)г;-гидроци.. 1иидро 1 i-i 5.

11рн неремешении 1 нде11торо 7 н 8 перемещается и ж(. стко связан.ч1)1Й с инденто- |)ом 8 нори;снь 3 дат Икалт-;дроиитиндра 1 fui расстояние , равное комио11еит е де- ;|1орманнн горного массива ио оси Z. Так как неремхчпение 10р1Н|-:я 3 равно нере.ме- Н1.ению иорншя 23 чдроцилин.дра 20. то иидикатор 36 (.)икснрует ту деформацию. 1 lepeMeiJteiHie чор1ння 23 вьгз1лвает иовьние- ние давления жидкоет Н1токовой по- гЮсти 26 н связ,аи11оГ| с нолостн ка- ме|)Ы И. Под дейст -1нсм давлення нод,- ;5ергается дсф(.;рмации образед 14 нее.-1едуе- мого ropiKjro масснва, paзмeн eин;-Jiй в камере 1, нриче.м .аеформання )боа.зи,а 4 равна де(})ормации ., части горно. Ю масеи а з месте установки иидент(гров 7 и 8, так как 15ыеота И;- обоазца 14 близка к |дмич11- не иеремен ения f, i- денторов 7 и 8, а 1гтон1адь 11онереч1 ого сечеи ия образца 14 равна нлошади ее -1е1 - я норншя 23. Кроме TOi o, образец 14 обладает такими же упругими характеристиками, как у исследуе.мый MaccHii. Давление Р- фикеируетея маио.1етри- leeKHM н)ибо|)ом 17.

нереме1це1Н-1и инденторов 9 и 10 в иа- прав.тении оси X неремешаетея жеетко евязанный с индеитором 10 поршень 4 датчика-гидроцилиндра 2 на расстояние Al, равное KOMHOiiCHTC деформации цо оси х горного массива. Так как иеремещение ня 4 равио перемещению поршня 24 гидроцилиндра 21, то индикатор 37 фиксирует эту деформацию. Перемещение поршня 24 вь зывает повышение давления в полости камеры 12 до величины Р., фиксируемой манометрическим прибором 18. Образец 15 исследуемого горного массива, размещенный в камере 12, деформируется при этом также на ве.личипу ЛР.

Перемещение вдоль оси скважипы (ось Y) датчиков-гидроцилиндров 1 и 2, контакти- рующи.х со стенками скважины, приводит к иере.мещепию иори1ня 6 относительно кор- нуса датчика-гидроцилиндра 5 па величину ,, равную компоненте деформации гор- пого массива но оси Y.

Перемеплеп е порп1пя 6 равно нереме- ндепию порн1ня 25 гидроцилиндра 22 и индикатор 38 фиксирует эту деформацию. При перемещении 25 повышается давление Р„ жидкости в щтоковой полости 28 и связанпой с пей полости камеры 13. Под действие.м давления P.j подвергается деформации ,, образец 16, размещенный в камере 13. Давление Р,у фиксируется манометрическим прибором 19.

Таким образол , одповре.менно производятся замеры давлений Р, Р;„ Р, и деформаций Af.v, Af,,, AF. пеобходимы.х и достаточных для расчета истинных значений ко.мпонент напряжений ггих, ану, а„,- и относительных деформаций е.,, е,,, е. в трех взаимно периепдикулярпых направлениях.

Относительные линейные деформации массива e.v, е,,, к, определяются по известным формулам:

р -Afy.-- е

Ъ

W

ufz „„.

Точпость определепия указанных комно- непт деформаций обесцечивается те.м, что величины деформаций А, ty, AL образцов 14-16 равны деформациям исследуемого массива, а начальные размеры обА

разцов 14-16 близки к начальной величине раздвижки инденторов 7, 8 и 9, 10 (ЕгИ i) и начальному расстоянию Г„ между датчнками-гидроцилиндрами 1 и 2.

Напряжения . аш„ Ои определяются по формулам:

0,, (Pv--P,,v)-fv Егх

ст„„. (P,v-P,,,,,)-e.Erv а„. (Р.-P,,,),

где EIX, Ei-y, Ei-r - компоненты модуля упругости гидросистем, полученные при их тарировании. Модуль упругости Е породы исследуемого массива может быть определен на основании измерений по одной из осей но формуле

Е

Р.-- P-,.v

- Е.

0

5

0

Формула изобретения

Устройство для контроля состояния массива горных пород, содержащее два датчика-гидроцилиндра, предназначенные для размещения в скважине массива во взаимно нерпепдикулярных направлениях в н.чоскос- тях, перпендикулярпых оси скважины, две нары ппденторов, закренленных на датчиках- гидроцилиндрах и предназначенных для взаимодействия со стенкой скважипы, и манометрические приборы, соединенные с полостями датчиков-гидроцилиндров, отличающееся тем, что, с целью повыще1 ия точности определения напряженно-деформированного состояния массива, оно снабжено дополнительным датчиком-гидроцилиндром, расположенным перпендикулярно плоскостям расположения основных датчиков-гид- роцилиндров и жестко связанных с их корпусами, камерами с размещенными в них образцами горных пород массива, и гидро- цилиндрам с пор пнями и штоками, 1птоко- вые полости которых сообщены с камерами, а подпорщневые нолости - с нолос- тями соответствующих датчиков-гидроцилиндров.

П)6е1зндтр

аг.2

Составитель В. Тальвойш Те.хред И. ВересКорректор Т. Колб

Тираж 455Подписное

В11ИИГ1И Государственного комитета СССР но делам нзобрете1Н1Й открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. Производственно-полиграфнчеекос предприятие, г. Ужгород, y.i. Проектная, 4

Редактор Н. Горват Зака: 400;29

Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность определения напряженно-деформированного состояния массива. Устройство содержит два датчика-гидроцилиндра (ДГЦ) 2, предназначенные для размещения в скважине массива во взаимно перпендикулярных направлениях в плоскостях, перпендикулярных оси скважины. Перпендикулярно плоскостям расположения ДГЦ 1, 2 размещен дополнительный ДГЦ 5 и жёстко связан с их корпусами. На корпусах и поршнях ДГЦ 1, 2 закреплены соответственно пары инденторов 7, 8, предназначенные для взаимодействия со стенкой скважины. С полостями ДГЦ 1, 2 связаны манометрические приборы 17, 18 и 19, сообщенные с полостями камер 11, 12 и 13, в которых расположены образцы 14, 15, 16 горных пород массива. Устройство имеет также гидроцилиндры 20, 21, 22 с порщнями 23, 24, 25 и штоками. Штоковые полости 26, 27, 28 гидроцилннд- ров 20, 21, 22 сообщены соответственно с камерами 11, 12, 13, а подпоршневые полости 29, 30, 31 - с полостями ДГЦ 1, 2, 5. Перемещение вдоль оси скважины ДГЦ 1 и 2 приводит к перемещению поршня 6 относительно корпуса ДГЦ 5 на величину ЛЬ, равную компоненте деформации горного массива по оси Y. Точность определения компонент-деформаций обеспечивается тем, что величина деформаций ДЬ, Д1,, Д1, образцов 14, 15, 16 равна истинным деформациям исследуемого массива, а начальные размеры образцов близки к величине раздвижки инденторов 7, 8 и начальному расстоянию между ДГЦ 1, 2. 2 ил.i (Л со о о ел