Устройство для контроля напряженнодеформированного состояния горного массива Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для обеспечения контроля за напряженным состоянием массива горных пород, может быть использовано на удароопасных месторождениях для прогноза горных ударов,

. Известно устройство для определения деформаций и напряжений в горных породах, включающее стержень, цилиндрическую эластичную оболочку, надетую на стержень, составную оболочку из жесткого материала, установленную поверх эластичной. Эластичная оболочка распирается в скважине при помощи жидкости от напорного устройства. В то же время она служит датчиком.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, обусловленная необходимостью наличия жидкости, трубопровода.

За прототип принято устройство измерения деформации контура выработки, включающее репер, датчик перемещения, чувствительный элемент, регистрирующую аппаратуру, нож на репере, катушку индуктивности, конденсатор.

Недостатки устройства - низкие достоверность и надежность контроля и измерения деформации. Это обусловлено тем, что емкость колебательного контура в процессе деформации массива горных пород изменяется ступенчато, в связи с чем индикатор резонанса выдает дискретную информацию измерений деформаций

Цель изобретения - повышение достоверности и надежности контроля.

vj J СЛ Ч)

to о

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем стержень, насаженный на его первый конец распорный элемент и смонтированный на втором конце датчик деформаций, распор- ный элемент выполнен из эластичной втулки и фиксирующей ее раздвижной оправы, а датчик - в виде упругого цилиндра с элементами, чувствительными к сжатию, насаженного на второй конец стержня и внешней торцовой стороной зафиксированного на стержне. При этом устройство содержит пластину для опоры на поверхность устья скважины, насаженную на стержень с возможностью взаимодействия с внутрен- ней торцовой стороной упругой втулки.

Возможность осевого перемещения втулки-фиксатора вдоль стержня при создании предварительного напряжения на датчике сохраняет надежность контакта фиксатора с породами, При закручивании гайки, надетой на репер, между втулкой и датчиком возникают силы, равные и направ- ленные навстречу друг другу. Стержень перемещается в осевом направлении, торец втулки деформируется также в осевом направлении, вызывая расширение в поперечном направлении. Таким образом, втулка еще больше фиксируется в шпуре, а не перемещается навстречу созданному усилию.

Отсюда следует, что фиксация датчика не вносит погрешности в последующие измерения параметров, так как устройство и горный массив оказывают воздействие друг на друга, и таким образом измерительное устройство максимально моделирует процесс, протекающий в массиве горных пород.

Сравнение данного технического решения с прототипом позволило установить со- ответствие его критерию новизна.

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие данное изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия.

На чертеже показано устройство для контроля напряженно-деформированного состояния горного массива,

Устройство содержит репер 1 с гайкой 2, стержень 3, составляющий с репером винтовую пару. На стержень 3 надеты гайка 4 и эластичная втулка-фиксатор 5, которая продольно сжата шайбами 6, а попереч- но-полуоболочками 7, на торцы которых надеты фиксирующие стаканы 8, На выступающий конец репера 1 надеты опорная пли га 9 и две шайбы 10, между которыми

размещен двухкомпонентный датчик 11 (датчик фиксируется гайкой 2) подключенный к блоку 12 измерения регистрации.

До установки устройства в шпур эластичную втулку 5 сжимают в полуоболочках 7 в условиях завода-изготовителя. Для этого на стержень 3 надевают фиксирующий стакан 8, а эластичную втулку - фиксатор 5 с полуоболочками 7 вставляют в специальную оправку и путем вращения репера 1 сжимают, придерживая ключом гайку 2. После достижения достаточного напряжения втулки-фиксатора на полуоболочки 7 надевают второй фиксирующий стакан. Затем устройство вводят в скважину, пройденную в области нетронутой деформации, наносят удар по выступающему концу репера, импульс удара передается через репер и стержень 3 на нижний фиксирующий стакан, после чего он отходит от втулки. Одновременно отжимается и верхний фиксирующий стакан.

Эластичная втулка 5. разжимается в поперечном направлении, металлические полуоболочки 8 отходят, прижимаются к стенкам шпура, происходит закрепление устройства в породах. После фиксации устрой- стра в шпуре откручивают гайку 2, надевают опорную плиту 9 и шайбу 10, датчик 11, вторую шайбу 10 и навинчивают гайку 2. Путем дальнейшего навинчивания гайки 2 на стержень 1 создают напряжение на датчике. Датчик сдавливается, при этом сближаются точки -а и о между двумя шайбами 10, сигнал давления и перемещения подается на регистратор 12.

Процесс изменения напряжения (о) и деформации (е) в массиве горных пород наглядно можно объяснить по графику напряженно-деформированного состояния горного массива (фиг, 2).

Различным значением напряжения и деформации соответствуют определенные точки на графике,

Создают давление Р на датчике измерения давления, равное напряжению а, значение которого находится в точке начала линейного участка графика и замеряют расстояние между точками а и Ь на датчике. Под действием деформации массива эти точки будут перемещаться и через это перемещение можно измерить фактическую деформацию массива за определенный период времени.

Связь между показаниями напряжения и деформации объясняется формулой:

-Ґ.

где Ј - поперечная деформация;

Е - модуль упругой деформации;

V- коэффициент Пуассона.

При изменении напряженно-деформированного состояния выработанного пространства в процессе ведения горных работ или нарушении структурных связей в породах происходит перераспределение горного давления, и напряжения ел и деформации ei принимают новые значения о, е .

Преимущество устройства заключается в высокой достоверности и надежности контроля, причем измерения могут производиться оперативно и долговременно.

Формула изобретения Устройство для контроля напряженно- деформированного состояния горного мас0

5

сива, содержащее стержень, насаженный на его первый конец распорный элемент и смонтированный на втором конце датчик деформаций, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и надежности контроля, распорный элемент выполнен из эластичной втулки и фиксирующей ее раздвижной оправы, а датчик - в виде упругого цилиндра с элементами, чувствительными к сжатию, насаженного на второй конец стержня и внешней торцовой стороной зафиксированного на стержне, при- этом устройство содержит пластину для опоры на поверхность устья скважины, насаженную на стержень с возможностью взаимодействия с внутренней торцовой стороной упругой втулки.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для обеспечения контроля за напряженным состоянием массива горных пород. Может быть также использовано на удароопасных месторождениях для прогноза горных ударов. Цель - повышение достоверности и надежности. Сущность -- устройство содержит репер 1 с гайкой 2, стержень 3, составляющий с репером винтовую пару. На стержень 3 надеты гайка 4 и эластичная втулка-фиксатор 5, которая продольно сжата шайбами 6, а поперечно-полуоболочками 7 на торцы которых надеты фиксирующие стаканы 8, Ня выступающий конец репера I надеты опор ная плита 9 и две шайбы 10, между которыми размещен двухконтактный датчик 11, подключенный к блоку 12 измерения регистрации. 1 ил. е

ULLUU

л/

/JA /г