Устройство для измерения напряжений в грунтах и горных породах Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

Фиг.1

новлены эластичные демпфирующие кольца 3. Герметизирующий 3 4 установлен с зазором внутри Ц 1 и сцентрирован в нем кольцами 3 Открытый торец Э 4 выполнен в виде кольцевого со скошенными внутрь кромками режущего выступа, наружный диаметр которого равен наружному диаметру Ц 1. Донную часть Э 4 охватывает Э 5, при этом герметизирующие Э, 4, 5 жестко соединены друг с другом. Между Э 4, 5 через кольца 3 зажат чувствительный Э. Перегородка 7 с отверстием 8 разделяет цилиндрический полый корпус 6 на камеры 9 и 10, Камера 9 имеет осесимметричное отверстие 11 в дне корпуса 6, а камера 10 - сквозное, ортогональное оси корпуса отверстие 12, в котором установлена с возможностью осевого перемещения штанга 13. На последней по ее длине рассредоточены заряды 14 взрывчатого вещества

0

Сборка чувствительного Э и Э 4, 5 размещена с возможностью осевого перемещения в камере 9, при этом режущий выступ Э 4 установлен в отверстии 11. Устройство на штанге 13 опускают в скважину 21. Производят подрыв заряда 14, В результате чувствительный Э в сборе с Э 4 и 5 внедряется в породу. Многократное циклическое действие взрыва за счет перемещения штанги 13 и подачи нового заряда 14 в камеру 10 обеспечивает полный вход чувствительного Э в стенку скважины 21. В результате замещения разрушенной части массива чувствительным Э последний получает на себя напряжения массива. Деформация Ц 1 регистрируется тензорезисторами 2, соединенными с измерительными приборами, и по специальным методикам расшифровывается с получением величин исходных напряжений, 3 ил„

Изобретение относится к горному делу„ Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения. Чувствительный элемент (Э) выполнен в виде полого цилиндра (Ц) 1 с тензорезисторами 2 на его внутренней поверхности. На торцах Ц 1 уста

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для измерения исходного напряженного состояния массива горных пород.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения.

На фиг. 1 представлено устройство для измерения напряжений в грунтах и горных породах при его установке в скважину; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг 1; на фиг„ 3 - устройство в рабочем положении.

Устройство для измерения напряжений в грунтах и горных породах содержит чувствительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра 1 с наклеенными на его внутренней поверхности тензорезнсторами 2„ На торцах ци линдра 1 установлены эластичные демпфирующие кольца 3„ Устройство содержит два герметизирующих элемента 4 и 5. Герметизирующий элемент 4 установлен с зазором внутри цилиндра 1 и сцентрирован относительно последнего демпфирующими кольцами 3. Открытый торец герметизирующего элемента 4 выполнен в виде кольцевого, со скошенными внутрь кромками, режущего выступа, наружный диаметр которого равен наружному диаметру цилиндра 1. Герметизирующий элемент 5 охватывает

0

5

0

5

0

5

донную часть герметизирующего элемента 4 и жестко соединен с ним. Чувствительный элемент зажат между герметизирующими элементами 4 и 5 через демпфирующие кольца 3„

Устройство содержит цилиндрический полый корпус 6, разделенный перегородкой 7 с отверстием 8 на камеры 9 и 10„ Камера 9 имеет осесимметричное отверстие 11 в дне корпуса 6, а камера 10 - сквозное, ортогональное оси корпуса отверстие 12, в котором установлена с возможностью осевого перемещения штанга 13„ На последней по ее длине рассредоточены заряды 14 взрывчатого вещества

Сборка из чувствительного элемента и герметизирующих элементов 4 и 5 размещена с возможностью осевого перемещения в камере 9, при этом режущий выступ герметизирующего элемента 4 установлен в отверстии 11. К тензорезисторам 2 подсоединены провода 15, которые проходят по зазору между герметизирующим элементом 4 и цилиндром 1, далее по каналам 16, выполненным в теле герметизирующего элемента 5, и соединяются в кабель 17 Последний свободно обвивает наружную поверхность цилиндра 1 и через отверстие 18, выполненное в корпусе 6, выходит из него к измери тельным приборам (не показаны). В корпусе 6 установлен с выступающим под внутренней поверхностью камеры 9 рабочим органом переключающий элемен 19, соединенный кабелем 20 с регистрирующим устройством (не показано)„

Устройство работает следующим образом.

На штанге 13 устройство опускают в скважину 21„ Затем производится порыв заряда 14 взрывчатого вещества путем подачи к нему напряжения по проводам (не показаны), пропущенным через осевой канал штанги 13 и имеющим вывод на поверхность. Энергия давления пороховых газов взрыва продвигает чувствительный элемент в сборе с герметизирующими элементами 4 и 5 в породу из отверстия 11 в корпусе 6. Перемещением штанги 13 производится подача следующего заряда 14 в камеру,10 и его подрыв, который приводит к дальнейшему продвиганию чувствительного элемента вглубь массива. Циклы повторяются до тех пор, оока наружная поверхность элемента 5 не замкнет цепь переключающего элемента 19 путем воздействия на рабочий орган последнего, расположенный так, что при этом центр тензорезис- торов 2 располагается на расстоянии d.R/2 от стенок скважины, где R - радиус скважины При этом порода заполняет полость герметизирующего элемента 4, уплотняясь в ней Кабель 17 при продвижении чувствительного элемента складывается витками в виде пружины вдоль наружной поверхности цилиндра 1«

За счет внедрения чувствительного

элемента в массив со срезанием стенок режущими кромками чувствительный элемент замещает разрушенный участок массива и получает на себя давления (напряжения), которые имел массив. В результате напряженно деформированное состояние чувствительного элемента меняется. Цилиндр 1 деформируется за счет наличия воздушного гарантированного зазора между ним и наружной поверхностью герметизирующего элемента 4. Деформации внутренней поверхности цилиндра 1 регистрируются тензорезисторами 2, соединенными проводами 15 и кабелем 17 с измерительным прибором (не показан). Затем по специальной методике эти деформации

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

расшифровываются с получением величин исходных напряжений,,

Тензорезисторы 2 выходят за зону влияния скважины при глубине их внедрения не менее чем на половину радиуса R скважины (при этом центры ензорезисторов 2 выходят за пластическую зону, толщина которой порядка 0,4 R, и входят в зону упругих напряжений) , что обеспечивает измерение упругих напряжений с .приемлемой для практики точностью

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства повышается точность измерения исходного поля напряжений.

Многократное циклическое действие взрыва за счет перемещения штанги 13 и подачи каждый раз в камеру 10 нового заряда 14 взрывчатого вещества до полного входа чувствительного элемента в стенку скважины 21 повышает эффективность внедрения и обеспечивает его надежность при любых типах пород. Это в сочетании с простотой конструкции и возможностью вести измерения на любой глубине от устья скважины значительно расширяет область применения устройства и повышает производительность работ по измерению напряжений горных пород.

После внедрения чувствительного элемента в породу доставочная штанга 13 вынимается, оснащается новыми зарядами 14 взрывчатого вещества и вновь используется для установки нового чувствительного элемента. Преимуществом предлагаемого устройства является возможность установки нескольких подобных устройств в одну скважину в порядке,определяемом схемой измерений, и в направлении от забоя скважины к ее устью

Таким образом, чувствительными элементами может быть охвачен целый объем массива, а замеры напряжений могут дать полную картину напряженного состояния этого объема породы, причем не в относительных,- а в полных напряжениях, что чрезвычайно актуально для науки и производствао

Формула изобретения

Устройство для измерения напряжений в грунтах и горных породах, со-. держащее чувствительный элемент в виде полого цилиндра с наклеенными

на его внутренней поверхности тензо- резисторами$ эластичные демпфирующие кольца, установленные на торцах цилиндра, и два герметизирующих элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, оно снабжено штангой с рассредоточенными по ее длине зарядами взрывчатого вещества и цилиндрическим полым корпусом, разделенным перегородкой с отверстием на две камеры, одна из которых имеет осесимметричное отверсти в дне корпуса} а вторая - сквозное, ортогональное оси корпуса отверстие, в котором установлена с возможностью осевого перемещения штанга, герметизирующие элементы выполнены в виде стаканов, один из которых установлен с зазором внутри цилиндра

Фие.1

5

0

и сцентрирован относительна пбслед- него демпфирующими кольцами, его открытый торец выполнен в виде кольцевого со скошенными UHyipi цромка- ми режущего выступа, наружный Диаметр которого равен наружному дна- метру цилиндра, второй герметизирующий элемент охватывает донную часть первого герметизирующего элемента и жестко соединен с последним, а чувствительный элемент зажат между герметизирующими элементами через демпфирующие кольца, чувствительный и герметизирующие элементы размещены с возможностью осевого перемещения в свободной камере корпуса, при этом режущий выступ первого герметизирующего элемента установлен в отверстии дна корпуса„.