Устройство для определения деформаций и напряжений в горных породах Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

1

(21)4322509/23-03

(22)28,10.87

(46) 07.07.89. Бюл. № 25

(71)Институт горного дела СО АН СССР

(72)М. В. Курленя, Н. С. Лавров, В. Д. Барьшников, 0. И. Кютт

и В. К. Федоренко

(53) 622.281.5(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

1154466, кл. Е 21 С 39/00, 1984.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

(57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в горном деле. Цель изобрете-, ния - повышение точности измерений. Устройство содержит цилиндрический корпус 2 с закрепленной на ием элас- тичной оболочкой 5. Между последией

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в горном деле. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит цилиндрический корпус 2 с закрепленной на нем эластичной оболочкой 5. Между последней и корпусом 2 образована рабочая полость 6. Корпус 2 выполнен полым и разделен установленным в нем поршнем (П) 8 со штоком 9 на три полости. В П 8 выполнен сквозной осевой канал 13, а в торце П 8 установлен подпружиненный клапан 14. В корпусе П 8 установлен с возможностью фиксации в крайнем нижнем положении П посредством фиксаторов 16. Штоковая полость 12 соединена с рабочей полостью 6. Подпоршневая полость 11 соединена с атмосферой, а надпоршневая полость 10 - с элементами подвода рабочей жидкости (РЖ). В начальном положении П 8 находится в крайнем нижнем зафиксированном положении П 8, и клапан 14 за счет контакта с крышкой 21 открыт. Через отверстие под пробку 28 штоковую 12 и рабочую 6 полости заполняют РЖ. УСТРОЙСТВО УСТАНАВЛИВАЮТ В СКВАЖИНУ И В НАДПОРШНЕВУЮ ПОЛОСТЬ 10 ПОДАЮТ РЖ, которая через канал 13 поступает в штоковую 12 и рабочую 6 полости. Оболочка 5 расширяется и заполняет все зазоры между устройством и скважиной. При повышении давления П 8 выходит из взаимодействия с фиксаторами 16 и начинает двигаться вверх. Клапан 14 выходит из взаимодействия с крышкой 21 и закрывается под действием пружины 31. При движении П 8 в штоковой 12 и рабочей 6 полостях создается высокое давление. Давление и расход РЖ фиксируются в системе элементов подвода РЖ. После окончания работ сливают РЖ из надпоршневой полости 10. Под действием давления РЖ в рабочей 6 и штоковой 12 полостях П 8 возвращаются в исходное положение. Клапан 14 открывается, и давление в рабочей 6 и штоковой 12 полостях падает до нуля. Устройство извлекают из скважины. 2 ил.

(Л

,1 о c;i

и корпусом 2 образована рабочая полость 6. Корпус 2 выполнен полым и размещен установленным в нем порпнем (П) 8 со штоком 9 на три полости. В П 8 выполнен сквозной осевой канал 13, а в торце П 8 установлен подпружиненный клапан 14. В корпусе П 8 установлен с возможностью фиксации в крайнем нижнем положении П посредством фиксаторов 16. Штоковая полость 12 соединена с рабочей полостью 6. Подпоршневая полость 11 соединена с атмосферой, а надпоршневая полость 10 - с элементами подвода рабочей жидкости (РЖ). В начальном положении П 8 находится в крайнем нижнем зафиксированном положении П 8, и клапа 14 за счет контакта с крышкой 21 открыт. Через отверстие под пробку 28 штоковую 12 и рабочую 6 полости заполняют РЖ. Устройство устанавливают в скважину и в надпоршневую полость

Изобретение относится к горному делу, а именно к приборам горной гео- физики, и может быть использовано для определения деформационных свойств и напрят енного состояния горных пород в горном деле.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерений.

На фиг. 1 изображена схема размещения устройства в скважине и его соединения с элементами нагнетания рабочей жидкости; на фиг., 2 - устройство для определения деформаций и напряжений в горных породах, общий вид.

Устройство 1 содержит цилиндрический корпус 2, на котором при помощи обойм 3 и гаек 4 закреплена эластич- ная оболочка 5 так, что между ней и корпусом 2 образована рабочая полость

6,для герметизации которой в корпусе 2 установлены уплотнительные кольца

7,Корпус 2 вьтолнен полым и разде- лен установленным в нем поршнем 8 со ттоком 9 на три полости: надпоршневую 10, подпоршнёвую I1 и штоковую 12 полости. В порнше 8 со штоком 9 выполнен сквозной осевой канал 13, а в торце поршня 8 установлен подпружиненный клапан 14 с выступом 15. Поршень В со штоком 9 установлен в корпусе 2 с возможностью его фиксатщи в

10 подают РЖ, которая через канал 13 поступает в штоковую 12 и рабочую 6 полости. Оболочка 5 расширяется и

заполняет все зазоры между устройством и скважиной. При повьпяении давления П 8 выходит из взаимодействия с фиксаторами 16 и начинает двигаться вверх. Клапан 14 выходит из взаимо-

действия с крьшкой 21 и закрывается под действием пружины 31. При движении П 8 в штоковой 12 и рабочей 6 полостях создается высокое давление. Давление и расход РЖ фиксируются в

системе элементов подвода РЖ, После окончания работ сливают РЖ из над- поршневой полости 10. Под действием давления РЖ в рабочей 6 и штоковой 12 полостях П 8 возвращаются в исходнов положение. Клапан 14 открывается, и давление в рабочей 6 и штоковой 12 полостях падает до нуля. Устройство извлекают из скважины. 2 ил. I

крайнем нижнем положении поршня 8 посредством фиксаторов 16.

Штоковая полость 12 соединена с рабочей полостью б каналом 17, выполненным в корпусе 2. В торцовой стенке подпоршневой полости 11 выполнено отверстие 18, соединенное каналом 19 с атмосферой. В канале 19 закреплен воздушный фильтр 20.

Надпоршневая полость 10 перекрыта крьшжой 21, к которой подсоединены элементы подвода рабочей жидкости в виде штуцера 22 и трубопровода 23, соединенного с пресс-расходомером 24. Для предотвращения затекания эластичной оболочки 5 в зазор между стенкой скважины 25 и обоймами 3 в последних установлены составные раздвижные оправы 26 с опорными кольцами 27. В торцовой стенке штоковой полости 12 установлена пробка 28.

Устройство работает следующим образом.

В начальном положении поршень 8 со штоком 9 находится я крайнем нижнем положении и удерживается фиксаторами 16. При этом клапан 14 за счет упора его выступа 15 в крышку 21 находится в открытом положении. Через отверстие под пробку 28 штоковую полость , II через канал 17 рабочую по- ЛПСТ1, f) чаполняют рабочей жидкостью. Затем устройство подсоединяют через lUTyuoii 22 при помощи трубопровода 23 к пресс-расходомеру 24. Устройство 1 готопп к работе.

Поело установки устройства 1 в скважину 25 на заданной глубине в надпорш)1евую полость 10 ручным насосом 29 через открытый вентиль 30 подается рабочая жидкость, которая, проходя через открытый какал пресс- расходомера 24, поступает через канал

13 в поршне 8 со LUTOKOM 9 в штоковуто 15 ства 1 эластичная оболочка 5 расширя- 12 и рабочую 6 полости. Эластичная ется и прижимает раздвижные оправы

26 к торцам опорных колец 27, перекрывая зазоры между обоймами 3 и

оболочка 5, расширяясь, заполняет все зазоры между устройством 1 и скважиной 25. При одинаковом давлении

стенками скважины 25 и предотвращая

жидкости в надпоршневой 10 и штоковой 20 проникновение в зазоры материала обо12 полостях сила, воздействующая на поршень 8, во столько раз больше силы, действующей на шток 9, во сколько площадь поперечного сечения надпоршневой полости 10 больше площади поперечного сечения штоковой полости 12.

При повышении давления разница сил увеличивается. Когда она достигает при давлении 5-10 кг/см (0,5 - 1,0 МПа) величины, пречьшаю- щей сипу, удерживающую фиксаторами 16 поршень 8, последний начинает двигаться вверх. При этом выступ 15 выходит из контакта с крьшжой 21 и клапан 14 под действием пружины 31 перекрьшает канал 13. Давление, при котором начинает двигаться поршень 8 и закрьтается клапан 14, можно измелочки 5.

Давление фиксируют манометром 32, а расход жидкости - пресс-расходомером 24. После окончания работ пере25 ключают вентиль 30 трубопровода 23 на слив. Под действием давления жидкости в рабочей 6 и штоковой J2 полостях и упругой эластичной оболочки 5 поршень 8 со штоком 9 возвращаете

30 в исходное положение и захватывается фиксаторами 16, а выступ 15 клапана 14, упираясь в крьшгку 2 и преодолевая сопротивление пружины 31, открывает клапан 14. При этом излишки ра25 бочей жидкости сливаются через трубопровод 23 до тех пор, пока давление в штоковой 12 и рабочей 6 полостях не упадет до нуля, после чего устройство 1 можно свободно извлечь из сква- нять, если фиксаторы 16 сделать регу- 40 жииы 25. Фиксаторы 16 выполнены так, лируемыми. Затем вентиль 30 перекры- что срабатьшают при обратном ходе

поршня 8 при меньшем усилии, чем при прямом ходе (в начале работы устройства) .

45 Как видно из работы устройства 1, по трубопроводу 23 подают только низкое давление, а высокое, необходигюе для подачи в рабочую полость 6, чают непосредственно в устройстве I.

вают и дальнейшее увеличение давления в устройстве 1 создают подачей рабочей жидкости в полость IО пресс-расходомером 24 с замером ее расхода. Поршень В со штоком 9 продолжают двигаться, сжимая рабочую жидкость в штоковой полости 12 и соответственно в рабочей полости 6, создавая высокое давление. Причем, давление рабо- gQ Это значительно снижает вероятность

утечек жидкости в магистрали (трубопроводе 23 и других элементах подвод рабочей жидкости), уменьшает деформа цию их по сравнению с известньми уст 55 ройствами, где используется высокое давление, тем самым повьш1ает точност измерения расхода жидкости, необходи мой для определения деформаций и напряжений в горных породах и элемента

чей жидкости в указанных полостях во столько раз больше давления рабочей жидкости, подаваемой от пресс-расходомера 24, во сколько площадь поперечного сечения поршня 8 (поршневой полости 10) больше плог|ади поперечного сечения штока 9 (штоковой полости 12). Коэффициент усиления Ка, вы- ражаемьй отношением этих плопдадей.

может быть 1фи)ят рлпш-гм 5 - 7. Т.о. для создания в рабочей полости 6 дли- ления, например, в 600 кг/см ftO МПа в надпорпневум полость 10 необходимо подать рабочую жидкость давлением (при К 6) в 100 кг/см (10 МПа). Объем жидкости при этом распределяется в обратном порядке, т.е. для того, чтобы в рабочую полость 6 подать 30 см , в надпоршневую полость 10 необходимо подать I80 см .

По мере увеличения объема жидкости внутри рабочей полости 6 устройстенками скважины 25 и предотвращая

лочки 5.

Давление фиксируют манометром 32, а расход жидкости - пресс-расходомером 24. После окончания работ переключают вентиль 30 трубопровода 23 на слив. Под действием давления жидкости в рабочей 6 и штоковой J2 полостях и упругой эластичной оболочки 5 поршень 8 со штоком 9 возвращаете

в исходное положение и захватывается фиксаторами 16, а выступ 15 клапана 14, упираясь в крьшгку 2 и преодолевая сопротивление пружины 31, открывает клапан 14. При этом излишки рабочей жидкости сливаются через трубопровод 23 до тех пор, пока давление в штоковой 12 и рабочей 6 полостях не упадет до нуля, после чего устройстЭто значительно снижает вероятность

утечек жидкости в магистрали (трубопроводе 23 и других элементах подвода рабочей жидкости), уменьшает деформацию их по сравнению с известньми уст- ройствами, где используется высокое давление, тем самым повьш1ает точность измерения расхода жидкости, необходимой для определения деформаций и напряжений в горных породах и элементах

строительных конструкций. Кроме того, точность замера расхода рабочей жидкости и соответствующей ему деформации будет выше, чем в известных устройст- вах, благодаря значительно большему объему жидкости, подаваемой в надпорш- невую полость 10 низкого давления. Только за счет этого точность возрастает на величину, равную коэффициенту Ки, Использование источника более низкого давления, чем требуется в рабочей полости 6, облегчает и упрощает эксплуатацию и снижает требования к элементам подвода жидкости.

Формула изобретения

I Устройство для определения деформаций и напряжений в горных породах, содержащее цилиндрический корпус с

закрепленной на нем эластичной оболочкой, образующей рабочую полость между ней и корпусом, и элементы под вода рабочей жидкости, подсоединенные к корпусу, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерений, оно снабжено порщнём со штоком со сквозным осевым каналом и подпружиненным клапаном, установлен- ным в торце порщня, а корпус выполнен полым и разделен на три полости порщнём со штоком, установленным в корпусе с возможностью его фиксации в крайнем нижнем положении поршня, при этом элементы подвода рабочей жидкости подсоединены к надпорщневой полости, подпоршневая полость соединена с атмосферой, а штоковая - с рабочей полостью.

24