Устройство для контроля напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

fe

Использование: определение абсолютных значений действующих напряжений в массиве горных пород. Сущность изобретения: пластины из диэлектрического материала, обладающего долговременным эффектом памяти, предварительно нагружают. Напряжения, задаваемые для каждой пластины, различны. Пластины собирают в пакет. На внешние поверхности пакета наносят электроды. Пакет пластин устанавливают в скважину. Подключают к электродам последовательно соединенные источник тока и регистратор. Измеряют начальное значение тока в цепи. Следят во времени за изменением тока. В момен г превышения напряжениями в массиве величины заданного напряжения для какой-либо пластины ток в цепи скачкообразно изменяется. По скачкам тока определяют величину напряжений в массиве. 2 ил.

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для определения абсолютных значений напряжений на контролируемом участке.

Известно устройство для определения напряженного состояния массива горных пород, включающее пакет пластин из искусственного материала, источник питания и регистратор.

Недостатком данного устройства является низкая точность определения абсолютных значений напряжений, обусловленная необходимостью его тарировки в лабораторных условиях.

Известно устройство для контроля напряженного состояния массива горных пород, включающее пакет из нескольких пластин из искусственного материала, обладающего долговременным эффектом памяти, каждая из которых подвергнута

предварительному нагружению до заданного уровня напряжений, и регистратор.

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость, приводящая к снижению точности измерений. Действительно, при установке данного устройства вблизи работающего оборудования его регистратор, выполненный в виде пье- зопреобразователя, наряду с полезными сигналами акустической эмиссии пластин будет принимать и акустические помехи. При высоком уровне помех нельзя точно выделить момент скачкообразного изменения интенсивности акустической эмиссии и определить уровень напряжений в массиве.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для контроля напряженного состояния массива горных пород, включающее

VI VJ

Ч xj

Ь. 00

пакет пластин из искусственного материала, обладающего долговременным эффектом памяти, каждая из которых подвергнута предварительному нагружению до заданного уровня напряжений, и регистратор, снабжено нанесенн ыми на внешние поверхности пакета пластин электродами и соединенным с одним из них источником тока, при этом другой электрод соединен с регистратором, источник тока и регистратор соединены между собой, а искусственный материал пластин является диэлектриком.

Сущность предложения состоит в использовании эффекта скачкообразного изменения проводимости диэлектрических материалов при их циклическом нагруже- нии в момент достижения напряжений предыдущего цикла. Как известно, проводимость диэлектриков определяется концентрацией свободных носителей зарядов (дефектов кристаллической решетки), При постоянном давлении и температуре эти носители закреплены на различного вида стопорах и не могут смещаться при приложении внешнего электрического поля. При увеличении давления в первом (предварительном) цикле нагружения часть носителей отрывается от стопоров с напряжением отрыва о) oi (активируется) и под действием внешнего электрического поля движется по объему материала, увеличивая его проводимость. При повторном нагруже- нии вплоть до максимального значения CTI напряжения предыдущего цикла свободных носителей заряда в объеме материала нет, а при напряжении о о- происходит активация новых носителей. В результате в момент достижения напряжения предыдущего цикла проводимость диэлектрика скачкообразно увеличивается.

Таким образом, каждая из пластин устройства, изготовленных из искусственного диэлектрического материала после ее предварительного нагружения до заданного уровня напряжений oi, запоминает этот уровень. При возрастании измеряемых напряжений в пластинах будут наблюдаться скачки изменения проводимости, которые приведут к адекватному изменению тока, протекающему через пакет. Совокупность пластин, нагруженных предварительно до соответствующих значений напряжений Oj, позволяет получить в измерительной цепи дискретный ряд скачков тока, каждому из которых может быть сопоставлено известное значение 01. Причем точность определения измеряемого значения напряжений будет зависить от точности установки значения о при предварительном нагружении

каждой пластины. Современное прессовое оборудование позволяет установить значения Oi с погрешностью не более 1 %.

На фиг.1 представлена конструкция устройства; на фиг.2 - график изменения тока в цепи во времени.

Устройство для определения напряженного состояния массива горных пород содержит пакет пластин 1 из

диэлектрического материала, обладающего долговременным эффектом памяти, каждая из которых предварительно нагружена до соответствующего значения напряжений оь электроды 2 и 3, нанесенные на внешних

поверхностях пакета, источник тока 4 и регистратор 5. Электроды 2 и 3, источник тока 4 и регистратор 5 соединены последовательно между собой.

Устройство работает следующим образом,

Из диэлектрического материала, обладающего долговременным эффектом памяти, например из оргстекла, изготавливают несколько пластин 1. Пластины подвергают

предварительному нагружению на прессе до заданных уровней напряжений о, различных для каждой из пластин. После разгрузки пластин их собирают в пакет, на внешние поверхности которого наносят

электроды 2 и 3. Подготовленный таким образом пакет пластин 1 размещают на контролируемом участке массива в предварительно пробуренной скважине. Подключают к электродам 2 и 3 последовательно соединенные источник тока 4 и регистратор 5 и измеряют начальное значение тока 1о, протекающего в измерительной цепи.

При увеличении напряженного состояния массива контур скважины будет совершать радиальные перемещения и воздействовать на пакет пластин 1, которые будут подвергаться вторичному нагружению. Как только уровень напряжений, испытываемых устройством, достигнет значения О в одной из пластин 1, проводимость последней скачкообразно увеличится, а в измерительной цепи произойдет соответствующее увеличение тока I в момент времени ti. При

дальнейшем увеличении напряжений в массиве и достижении ими заданных уровней напряжений Oz,...jffn в моменты t2tn

происходит изменение проводимости других пластин, что вызывает скачкообразное

изменение тока в измерительной цепи. Таким образом, график изменения регистрируемого тока во времени будет иметь вид, представленный на фиг.2, и отражать возрастание напряжений, действующих в массиве, поскольку каждому скачку тока может быть сопоставлено известное значение напряжений о

Необходимое количество пластин в устройстве определяется требуемой разрешающей способностью определения напряжений. Так, например, если задачей контроля является сигнализация о превышении напряжениями некоторого критического уровня Окр. то устройство должно содержать одну пластину, предварительно нагруженную до данного значения напряжений, С увеличением количества пластин уменьшается интервал дискретизации отсчетов и, соответственно, растет разрешающая способность определения напряжений.

0

Формула изобретения Устройство для контроля напряженного состояния массива горных пород, содержащее пакет пластин искусственного материала, обладающего долговременным эффектом памяти, каждая из пластин подвергнута предварительному нагружению до заданного уровня напряжений, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено нанесенными на внешние поверхности пакета пластин электродами и соединенным с одним из них источником тока, при этом другой электрод соединен с регистратором, источник тока и регистратор соединены между собой, а искусственный материал пластин выполнен диэлектрическим.

А

фи 4.