Устройство для измерения деформаций горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

:ственно пар подшипников I6 в противоположных направлениях вдоль оси скважины при деформациях последней позволяет измерять деформации в скважине в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На основании этих данных определяют градиенты поперечных деформаций вдоль оси скважины. 5 ил.

1

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для измерения деформаций горных пород и градиента этих деформаций в скважинах, и может быть использовано при оценке напряженно-деформированного состояния массива горных пород.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

.На фиг. показано устройство для измерения деформаций горных пород; на фиг.2 - ползун; на фиг.З - вид А на фиг.2; на фиг.4 - схема преобразования линейных перемещений; на фиг.З - схема, иллюстрирующая принцип измерения радиалы-шх деформаций и градиента деформаций.

Устройство содержит корпус 1, полый установочный стержень 2, закрепленный в корпусе I между перегородками 3 при помощи гаек 4, ползуны 5 и 6, размещенные на стержне 1 и выполненные в виде втулок с крестообразными пазами, упругие элементы 7 с гайками 8 регулировки, установленные на стержне 2 между ползунами 5 и 6 и перегородками 3, штоки 9, размещенные внутри стержня 2 И связанные посредством штифтов 10 с ползунами 5 и 6, стойки II и 12, закрепленные на стержне 2 параллельно соответствующим пазам ползунов 5 и 6 и повернутые относительно друг друга на 90, преобразователи 13 линейных перемещений, взаимодействующие с концами штоков 9, и элементы передачи деформаций, выполненные в виде четырех пар рычагов 14, 15 (две пары рычагов, расположенные в плоскости чертежа, не показаны). Одни концы рычагов 14 и 15 соединены посредством подшипников 16 качения, предназначенных для контакта со стенками скважины, .а вторые шарнирно прикреплены к концам стоек 11 или 12 и ползунам 6 или 5 соответственно.

o

0

5

0

5

0

5

Один из пазов ползунов 5 и 6 образован щечками 17 с отверстиями 18 для закрепления концов рычагов 14 или 15, во втором пазу размещаются стойки 11 и 12. Концы коротких 14 и длинных 15 рычагов двух пар, расположенных в одной плоскости, присоединены соответственно к стойке 11 и щечкам 17 ползуна 6, а концы рычагов аналогичных двух пар, расположенных в перпендикулярной плоскости, прикреплены соответственно к стойке 12 и щечкам 17 ползуна 5.

Каждый преобразователь 13 линейных перемещений (фиг.4) представляет собой индуктивный датчик с частотным выходом сигнала, состоящий из катушки 19 индуктивности с сердечником 20 и пружиной 21, держателя 22 и корпуса 23. Катушка с навесными электронными элементами (не показана) залита компаундом 24.

Устройство работает следующим образом.

В скважине устройство устанавливается при помощи специального досыль- ника.

Во время движения- устройства в скважине подшипники 16 рычагов I4 и 15 автоматически прижимаются к стенкам за счет усилия упругих элементов 7. При достижении заданной глубины в скважине устройство фиксируется в определенном положении. Деформации скважины воспринимаются через подшипники 16 двумя парами рычагов. Короткие рычаги 14, укрепленные на стойке 11, поворачиваясь относительно этой стойки, передают движение длинным рычагам 15, а последние толкают ползун 6. .

В свою очередь, ползун 6 через штифт 10 сообщает движение штоку 9, а шток воздействует на сердечник 20 преобразователя 13 линейных перемещений. Одновременно аналогичное движение совершает другая пара рычагов (не показана), перемещая ползун 5 по установочному стержню 2.

При этом движение штока 9 переда- ется другому преобразователю 13 линейных перемещений, установленному с другой стороны стержня 2. При этом подшипники 16 совершают сложное движение, поясняемое фиг.5, где приве- дены схемы двух пар рычагов, перемещающихся соответственно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, па- раЛлельных оси устройства. Движения подшипников 16 каждой пары отмечены стрелками, указывающими перемещения подшипников 16 от исходного положения I и II до положения III.

При сжатии скважины в указанных плоскостях подшипники 16 при движе- НИИ вдоль скважины устанавливаются в одной горизонтальной плоскости, перпендикулярной оси скважины, например положение III, а затем удаляются от этого положения.

Вследствие этого определение градиента поперечных деформаций вдоль оси скважины выполняется на основании данных измерения поперечных деформаций и графика тарировки устрой- ства, устанавливающего зависимость положения каждой пары подшипников 16 вдоль оси устройства от расположения их в поперечном направлении. В конечном итоге, деформации стенок скважины передаются на сердечник 20 индуктивного датчика, перемещения которого вызывают изменение частоты выходного сигнала, фиксируемого частотомером (не показан).

Движение ползунов 5 и 6 и соответственно пар подшипников 16 в противо .положных направлениях вдоль оси скважины при деформациях последней позволяет измерять деформации в скважине в двух взаимно перпендикулярных нап

g 5

0 5

0 „

5

5

равлениях и на основании этих данных определять градиенты поперечных деформаций вдоль оси скважины. Благодаря указанному увеличению информативности достигается расширение функциональных возможностей устройства.

Использование в качестве преобразователя линейных перемещений индуктивного датчика с частотным выходом сигнала позволяет производить измерения относительных деформаций с высокой точностью порядка 10 и переда- вать„сигнал на расстояние до 2000 м.

Формула изобретения

Устройство для измерения деформаций горных пород, содержащее корпус, закрепленный в нем полый установочный стержень, штоки, установленные внутри стержня с возможностью осевого перемещения, преобразователи линейных перемещений, соединенные с торцами щтоков, упругие элементы, размещенные в корпусе, ползуны, связанные со штоками, и элементы передачи деформаций, связанные с ползунами, отличающе еся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено стой- камИ, закрепленными на противоположных концах установочного стержня и повернутыми одна относительно другой на 90 , ползуны выполнены в виде размещенных на установочном стержне втулок с двумя крестообразными пазами каждая, а элементы передачи деформаций выполнены в виде четырех пар шарнирно соединенных рычагов, при этом стойки размещены в соответствующих пазах противолежащих втулок, а свободные концы пар рычагов шарнирно прикреплены к концам стоек и параллельным этим стойкам пазам противолежащих втулок.

Фие.2

ФиъЛ

ВидА

Фии

l; iffi

Ш J

Фиг. 5