Способ определения деформаций массива насыпных пород и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения деформаций массива насыпных пород.

Целью изобретения является повышение достоверности определения деформаций и получение более полной информации о состоянии массива.

На фиг. 1 показаны скважины с размещенными в них устройствами (поперечный разрез насыпной дамбы); на фиг. 2 - конструкция репера; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - измерительный цилиндр с электродами.

Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего груз-якорь 1, закрепленный на нижнем конце устройства, трубчатый элемент 2, выполненный в виде гофрированного шланга, реперы 3, корпуса 4 которых закреплены в трубчатом элементе, измерительный цилиндр 5, на внутренних стенках которого размещены измерительные электроды 6, электропроводящую жидкость 7, расположенную над поршнем 8 со штоком 9, снабженным направляющими 10 и связанным с помощью шарнира 11с жестким элементом 12, который, в свою очередь, с помощью шарнира 13 связан с корпусом соседнего репера, соединительные электрические провода, размещенные внутри трубчатого элемента 2 (не показаны), пространство между стенками скважины 14 и трубчатым элементом 2 заполнено сыпучим материалов 15, из которого состоит насыпной массив 16.

Сущность способа заключается в следующем. В насыпном массиве производят бурение одной или нескольких скважин, в зависимости от участка массива, подлежащего контролю. Бурение производят до достижения скважиной основания массива в

случае, когда предусматривается определение деформаций массива относительно основания. В том случае, когда необходимо определять деформации массива и его основания, скважины бурят до достижения ими несжимаемых слоев сжимаемого основания или до коренных кристаллических пород. После этого в скзажину опускают устройство с закрепленным на нем нижнем конце

грузом-якорем по достижению последним забоя. Опускание устройства производят по частям, одновременно наращивая его длину и выполняя коммутацию проводов непосредственно над скважиной. Длину жестких

элементов и секций трубчатой оболочки при этом выбирают в зависимости от необходимого расстояния между реперами, которое, в свою очередь, зависит от необходимости контроля тех или иных слоев

массива и его основания.

При наращивании устройства по длине шарниры, жесткие соединительные элементы и реперы располагают так, чтобы одноименные измерительные электроды всех

реперов располагались в двух вертикальных взаимно перпендикулярных плоскостях. В этих же плоскостях конструкцией шарниров предусматривается возможность наклона реперов. От перекручивания поршня измерительного цилиндра относительно его корпуса предохраняют направляющие штока. Таким образом производят ориентирование реперов между собой и ориентирование всего устройства относительно сторон света

или геометрических элементов массива по расположению верхнего репера. Причем, задание азимутального положения всего устройства выполняется путем поворотов его верхних конечных жестких элементов на необходимый угол. При опускании устройства

в скважину поршни всех реперов находятся в крайнем нижнем положении, а гофрированная герметичная оболочка - в растянутом состоянии.

После достижения грузом-якорем забоя скважины, а верхних элементов устройства - поверхности массива, производят заполнение пространства между стенками скважины и герметичной оболочкой сыпучим материалом, который по физико-механическим параметрам сходен с материалом массива, или же непосредственно материалом массива. Для эффективного и полного заполнения свободного пространства скважины производят разнонаправленные движения герметичной оболочки в вертикальной плоскости, используют вибратор, добавляют воду и т.д. После этого верхний конец устройства закрепляют на поверхности массива, производят коммутацию измерительной панели и производят исходное измерение. Через заданный промежуток времени (например, месяц, три месяца, полугодие и т.п.) производят последующие измерение. По разнице исходного и последующего измерений судят о величине и направлении деформации массива, произошедшей за данный отрезок времени.

Измерения состоят из определения сопротивления сухой части каждого измерительного электрода 6, расположенной над электропроводной жидкостью 7 в каждом репере 3, т.е. в каждом измерительном цилиндре измеряют отдельно сопротивление каждой из четырех электрических цепей. В каждую такую электрическую цепь входит сухая часть измерительного электрода 6, электропроводная жидкость 7, поршень 8. шток 9} соединительные провода (не показаны). В данной цепи измерительный электрод является переменным сопротивлением, величина которого зависит от уровня электропроводной жидкости, положение которой, в свою очередь, зависит от наклона репера и от расположения поршня в цилиндре жидкостного инклинометра.

Используя зависимость

a-f.

где Л f - величина перемещения уровня электропроводной жидкости, м;

A R - изменение сопротивления цепи, Ом;

р- удельное электрическое сопротивление электрода, Ом/м, определяют длину сухой части каждого электрода

I L-Al, где I - длина сухой части электрода, м;

L- исходная (первоначальная) длина сухой части электрода, м;

Л I - величина перемещения уровня электропроводной жидкости, м, Определив таким образом длину сухой

части каждого электрода, рассчитывают длину хода поршня и наклон измерительного цилиндра в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях

М + М + М + М

L|4

где LI - ход поршня 1-го измерительного цилиндра, м;

All.. .ДМ - величина перемещения уровня электропроводной жидкости относительно электродов № 1-4 i-ro измерительного цилиндра, м

aAl i + Ail

AAlt + M

Vi arctg-Ј-j-где 01,2 - углы наклона i-ro измерительного цилиндра в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, град;

AI iAllj - величина перемещения уровня электропроводной жидкости относительно электродов № 1 и 3, лежащий в одной вертикальной плоскости, м;

- величина перемещения уровня электропроводной жидкости относительно электродов № 2 и 4, лежащих в одной вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости электродов № 1 и 3, м;

d - диаметр измерительного цилиндра, м.

Устройство работает следующим образом.

Величина перемещения поршня и углы наклона измерительного цилиндра непосредственно связаны с осадкой и смещением массива в различных слоях, так как породы массива 16 через материал 15 засыпки, который по своим физико-механическим свойствам аналогичен породам массива 16, воздействуют на трубчатый элемент 2, жестко связанный с корпусами реперов 3 (например, стяжными элементами), Надежная связь с массивом обеспечивается за счет гофрированной поверхности трубчатого элемента 2 и полного заполнения свободного пространства скважины материалом 15. Перемещение того или иного

слоя пород относительно друг друга или всего насыпного массива относительно основания приводит к перемещению всех реперов 3, попавших в зону деформации. При этом благодаря шарнирным соединениям 13 реперы 3 наклонены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Кроме того, благодаря гофрированным стенкам трубчатой оболочки 2 устройство воспринимает сжатие пород по вертикали, т.е. осадку массива, в результате которой в сжимающихся слоях происходит укорочение всего става. При этом происходит сжатие трубчатой оболочки 2 и за счет жесткости соединительных элементов 12 штоки 9 с поршнями 8 перемещаются по измерительным цилиндрам 5 и изменяют положение электропроводной жидкости 7 относительно измерительных электродов 6.

Определив углы наклона устройства в точках размещения реперов и по известным длинам секций аналитически рассчитывают или графически строят положение репер- ных точек. В последующих измерениях по изменению углов наклона и средним перемещениям поршней измерительных цилиндров определяют величину смещений и осадку массива в каждой реперной точке. Учитывая ориентирование устройства относительно сторон света или геометрических элементов всего массива, производят определение результирующих векторов его деформации в каждой реперной точке.

Формула изобретения

1. Способ определения деформаций массива насыпных пород, включающий бурение скважин, размещение в них герметичной оболочки, внутри которой устанавливают на заданном расстоянии друг от друга реперы, чувствительные к смещению массива, заполнение пространства между 1 стенками скважины и герметичной оболочкой сыпучим материалом, регистрацию смещений реперов в двух взаимно перпендикулярных направлениях горизонтальной

плоскости и сопоставление результатов исходных и последующих измерений, по которым судят о деформации массива.о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения

достоверности определения деформаций и получения более полной информации о состоянии массива, дбполнительно определяют направление смещения реперов и одновременно производят регистрацию

осадки массива, и по полученным результатам судят о направлении и величине деформации массива.

2, Устройство для определения деформаций массива насыпных пород, содержащее расположенный вдоль скважины ,трубчатый элемент с размещенными внутри него реперами, каждый из которых содержит корпус, диэлектрический измерительный цилиндр с электропроводной жидкостью, на внутренних стенках которого размещены измерительные электроды в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, отличающееся тем, что, с целью повышения

достоверности определения деформаций и получения более полной информации, трубчатый элемент выполнен гофрированным с возможностью деформации вдоль продольной оси, а измерительный цилиндр снабжен поршнем со штоком, соединенным с помощью карданных шарниров и жесткого соединительного элемента с корпусом последующего репера, причем электроды измерительных цилиндров расположены

вдоль четырех взаимно перпендикулярных вертикальных линий, лежащих в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, совпадающих с плоскостями действия шарниров, кроме того, конец нижнего жесткого элемента снабжен грузом-якорем.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения деформаций массива насыпных пород. Цель - повышение достоверности определения деформаций и получение более полной информации о состоянии массива. В насыпном массиве 16 бурят скважины 14 и размещают в них герметичную трубчатую оболочку 2. Внутри оболочки 2 на заданном расстоянии друг от друга устанавливают реперы 3, чувствительные к смещению массива. Корпусы 4 реперов 3 закреплены на трубчатой гофрированной оболочке 2. В корпусах 4 размещен диэлектрический измерительный цилиндр 5 с электропроводной жидкостью 7. На внутренних стенках цилиндра 5 размещены измерительные электроды 6 вдоль четырех взаимно параллельных вертикальных линий, лежащих в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях. Шток цилиндра 5 с помощью карданных шарниров 13 и жесткого соединительного элемента 12 соединен с корпусом 4 последующего репера 3. Конец элемента 12 снабжен грузом-якорем. Пространство между стенками скважины 14 и оболочкой 2 заполняют сыпучим материалом 15. После этого производят измерение смещений реперов 3 в двух взаимно перпендикулярных направлениях горизонтальной плоскости и одновременно регистрируют осадки массива. Затем через заданный промежуток времени производят второе измерение и по разнице двух измерений судят о величине и направлении деформации массива, произошедшей за данный отрезок времени. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

Фи&1

А-А