Устройство для измерения напряжений в крепких корных породах Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к областиЧтобы исключить влияние модуля упгорной промыпшенности и предназначе-ругости породы на показания прибора,

но для измерения напряжений в масси-цилиндр 1, служащий чувствительным

ве горных пород и язляется усовершен- элементом устройства, выполнен из

ствозанием известного устройстваматериала, модуль упругости которого

по авт. св. № 825945.больше модуля упругости породы не

Целью изобретения является повы-менее чем в 4 раза, например из сташенйе точности измерений за счетли или латуни. Длина цилиндра 1 описключения погрешности, обусловленной10 ределяется исходя из удобства уста

Изобретение относится к области горной промьгашенности и предназначено для измерения напряжения в массиве горных пород. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения погрешности, обусловленной концевыми эффектами. Устройство содержит толстостенный цилиндр (ТЦ) 1, длина которого соизмерима с диаметром, и два герм)етизирую1цих элемента (ГЭ) 2 и 3. На внутренней поверхности ТЦ 1 закреплены эластичные у/////////// ;-: - и т е г; Jt 13 5 7 Ю демпфирующие кольца (ЭДК) 7. Внутри ЭДК 7 с натягом размещены рабочие части ГЭ 2 и 3. Между фланцами ГЭ 2 и 3 и торцами ТЦ 1 установлены эластичные прокладки 8. В отверстиях фланцев ГЭ 2 и 3 размещены демпфирующие втулки 9, в которых установлены винты 10 для крепления ГЭ 2 и 3 к ТЦ 1. Внутри ТЦ 1 размещены измерительные тензометры 11 и 12 и компенсационный тензометр 14. При измерениях устройство приклеивается к стенкам скважины и ТЦ 1 деформируется вместе с породами. Деформации внутренней поверхности ТЦ 1 регистрируются тензометрами 11 и 12, которые поочередно подключаются к измерительному прибору. За счет ЭДК 7, прокла- док 8 и втулок 9 все устройство можно рассматривать при расчетах, как открытий ТЦ 1. При одном и том же внешнем воздействии радиальные смещения внутренней поверхности открытого ТЦ 1 больше, чем закрытого, что позволяет повысить чувствительность устройства и точность измерений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 8 9 (Л 4ii СП Од сд ел N) /5

концевыми эффектами.

На фиг..1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

новки тензометров 11, 12 и 14, а также размерами герметизирующих элементов 2 и 3 и платы 4 с контактами 5.

Устройство работает следующим Устройство для измерения напряже 15 образом.

НИИ в крепких горных породах содер- При измерениях устройство уста- жит толстостенный цилиндр 1, длина навливается в скважине, пробуренной которого соизмерима с диаметром, два в породе, и приклеивается к её стен- герметизирующих элемента. Наружный кам. При изменении напряженно-дефор- диаметр рабочей части герметизирую- 20 мированного состояния породы вокруг щих элементов 2 и 3 меньше внутренне- скважины цилиндр 1 деформируется сов- го диаметра цилиндра. На верхнем гер- местно со стенками скважины. Дефор- метизирунзщем элементе 3 установлена мации внутренней поверхности стенок плата 4; с контактами. 5 и разъемом 6. цилиндра 1 регистрируются тензомет- Эластичные демпфирующие кольца 7 (на-25 рами 11 и 12, при этом тензометры пример, резиновые) закреплены на 11 реагируют на деформации цилиндра внутренней поверхности цилиндра 1. Внутри колец 7 с натягом размещены рабочие части герметизирующих элеменв плоскости, перпендикулярной оси прибора и скважины, а тензометры 12 реагируют на деформации цилиндра в

тон 2 и 3. Между фланцами герметизи- 30 направлении оси прибора и скважины.

рующих элементов 2 и 3 и торцами цилиндра 1 помещена эластичная прокладка 8 (например, резиновая). Демпфирующие втулки 9 (например, резиноПо показателям трех тензометров 11 определяют величину и направление двух- главных напряжений в плоскости, перпендикулярной от скважины. По повые) размещены в отверстиях фланцев 35 казателям тензометров 12 определяют герметизирующих элементов 2 и 3. напряжение в плоскости, параллель

Винты 10, размещенные в демпфирующих втулках 9, служат для крепления герметизирующих элементов 2 и 3 к торцам цилиндра 1, с которыми винты 10 связаны резьбой. Внутри цилиндра-1 размещены измерительные тензометры 11, ориентированные в плоскости, перпендикулярной продольной оси прибора, измерительные тензометры 12, отриентированные в направлении продольной оси устройства, и пластинка 13 с компенсационным тензометром 14. Провода 15 от тензометров крепятся к штырькам 5. С другой стороны

платы 4 к контактам 5,крепятся провода 15 от разъема 6. Полость В межд платой 4 и разъёмом 6 заливается

герметиком (не показан).

Три тензометра 11 установлены по окружности цилиндра 1 под углом 45° друг к другу, а два тензометра 12 размещены под углом 90. друг к другу.

При измерениях устройство уста- навливается в скважине, пробуренной в породе, и приклеивается к её стен- кам. При изменении напряженно-дефор- мированного состояния породы вокруг скважины цилиндр 1 деформируется сов местно со стенками скважины. Дефор- мации внутренней поверхности стенок цилиндра 1 регистрируются тензомет- рами 11 и 12, при этом тензометры 11 реагируют на деформации цилиндра

в плоскости, перпендикулярной оси прибора и скважины, а тензометры 12 реагируют на деформации цилиндра в

По показателям трех тензометров 11 определяют величину и направление двух- главных напряжений в плоскости, перпендикулярной от скважины. По по0

Q

НОИ оси скважины.

Для снятия отсчетов по тензометрам как в процессе тарирования устройства, так и при измерениях, используется измерительный прибор, выполненный по мостовой схеме. Тензометры 11 и 12 совместно с компенсационным тензометром 14 поочередно 5 подключаются к измерительному плечу прибора. Измерения проводят в сле- дутощей последовательности. После установки устройства в скважине и полного затвердевания клея по всем измерительным тензометрам берут начальные отсчеты. Затем, после изменения напряженного состояния породы, производят повторные отсчеты. По разности повторных и начальных отсчетов судят о величине напряжений в породе.

При расчетах устройство можно рассматривать как открытый толетостен- ньш цилиндр за счет введения в его

5

конструкцию демпфирующих колец и втулок из низкомодульного эластичного материала. В этом случае радиальные смещения внутренней поверхности цилиндра рассчитываются по формуле

2 (г{- г)-

l -f.)

г +

где У - радиальное смещение внутренней поверхности цилиндра;

Р - давление, распределенное по внешней поверхности цилиндра;

Е - модуль упругости материа- ла цилиндра;

|U - коэффициент Пуассона материала цилиндра;

;л 5

Tj, - средний, внутренний и наружный радиусы цилиндра. При одном и том же внешнем воздействии радиальные смешения внутренней поверхности открытого толстостенного цилиндра будут больше, чем закрытого, следовательно, повысятся

1A5656L5

чувствительность ность измерений.

Формула изобретения

укрепленными на внутренней поверхности цилиндра у торцов, при этом герметизирующие элементы установлены внутри эластичных демпфирующих колец с натягом.

резьбой с торцами цилиндра.

дидА