Устройство для определения механических свойств горных пород в массиве Советский патент 1981 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к области горного дела, а именно, к определению механических свойств горных пород в запредельной области деформирования в шахтных условиях Известно устройство для определения механических свойств горных поро в запредельной области, включающее шлифованное основание, упорный цилиндр и шлифованную верхнюю давильну плиту с центрирующей шаровой пятой, установленных на прессе, а также фольговых подкладок, задающих фиксир ванную величину деформации образца D3 Однако указанное устройство в сил конструктивного выполнения нельзя применить в шахтных условиях. Известно также устройство для определения механических свойств rop ных пород в массиве, включающее соединенные с насосом трубопроводами, корпус которых заполнен рабочей жидкостью, и плунжерами опорные плиты реперы, приборы контроля давлений и перемещений L2j. Недостатком известного устройства является то обстоятельство, что оно, не обладая достаточной жесткостью, не позволяет устанавливать характер деформирования горных пород за предет лом прочности. Таким образом, известным устройством не представляется возможным получить полную характеристику в координатах напряжение деформация для горной породы. Целью изобретения является расширение диапазона измеряекых характеристик за счет измерения запредель- . ных характеристик горных пород в условиях естественного залегания. Эта цель достигается тем, что плунжеры выполнены ступенчатыми, корпуса гидродомкратов снабжены силовыми упорными гайками, ограничивакицими xoff плунжеров и механизмами поворота. На фиг. 1 изображена монтажная схема устройства в горной выработке; на фиг. 2 и 3 силовой гидродомкрат, в, разрезе. Устройство содержит силовые гидравлические домкраты 1 (фиг. 1), ус тановленные на опоргшх плитах 2j сое .диненные между собой трубопроводами 3, и через вентиль 4 с насосом S. К последнему через вентиль 6 и трубог провод 7 подсоединены также гидроцнлиндры механизмов поворота 8. Давление в гидросистемах контролйруетея манометрами 9 и 10, а измерение продольных и поперечных деформаций учас .ка массива, оконтуренного в стенке горной выработки в виде призмы 11 ра мерами не менее см, осущес твляется комплектом реперов 12 с индикаторами часового типа 13. В случа использования для замера деформаций давления в гидросистемах электричёских датчиков применяют соответствующую регистрирующую аппаратуру (например, виброизмерительную ВИ6-5МА и светолучевой осциллограф). Гидравлический домкрат состоит из корпуса 14 (фиг. 2) внутри которого размещены ступенчатый плунжер 15 и упорная гайка 16, именщая на верхнем венце по образующей продольные пазы д для установки в них кронштейна механизма поворота, верхняя часть ступен чатого плунжера заканчивается сферической поверхностью, на которую опирается пята 17, а подплунжерная полость 18 заполнена жидкостью с низки коэффициентом сжимаемости (например, глицерином). Механизм поворота 8 упорной гайки жестко закреплен болтами 19 на площадке 20, выполненной заодно с корпусом домкрата, и состои из цилиндра 21, поршня 22 со штоком 23, крышки 24, фигурного кронштейна 25 с пружиной 26 и трубопровода 27 Устройство работает следующим образом. После завершения подготовителыалх работ по изготовлению образца - приэ мы в горном массиве, монтажа устройства и установки реперов, нагнетанием глицерина под давлением в подплуи жерную полость 18 силовых гидродомкр тов (фиг 2),, производят начальное обжатие массива напряженият 3-5% от paspymaiM k для улучшения контакта опорных шшт с испытываемым материалом, после чего производят сброс дав ления до нуля. 14 Упорной гайкой 16 на всех домкра tax устанавливают равные-зазоры д (фиг. 2).хода плунжера 15 и насосом 5 (фиг. 1) по трубопроводу 3 при открытом вентиле 4 (вентиль 6 закрыт) 11агнетают под давлением рабочую жидкость в подплунжерную полость 18 (фиг. 2), плунжер 15 перемещается вверх на величинуг, Д и упирается в гайку 16, о ем свидетельствует резкий рост давления в гидросистеме силовых домкратов, контролируемое манометром 9, записывают показания индикаторов 13 и осуществляют сброс давления до нуля. Гайкой 16 устанавливают новый фиксированный зазор хода плунжера 15 и весь цикл работы повторяется. Упорнаягайка 16 выполняет роль ограш1 дателя перемещения плунжера 15 в момент образования трещин в материале образца и препятствует участию упруго /сжатий жидкости в процессе разрушения материала. Наличие рабочей жидкости с Ш1зким коэффициентом сжимаемости (глицерин также является злементом жесткости, снижакяцим участие энергии сжатой жидкости в разрушении материала. Таким образом, производя ступенчатое нагр1 жение участка горного массива с заданной деформацией и нагрузкой пойучаем полную характеристику материала как до предела прочности, так и запредельную. Величина зазора д хода плунжера выбирается в зависимости от деформационных свойств материала до предела прочности и в запредельной области. Для этой цели один опыт целесообразно провести по обычной схеме при полиостью отвинченных гайках 16, однако это требоваш1е не обязательно. Мехаш{зм поворота 8 включается в работу в тех случаях, происходит заклинивание резьбового соедине1шя ушэрная гайка 16 - Koimyc гидродомкрата 14. По трубопроводу 7 от насоса 5 открытый вентиль 6 (вентиль 4 закрыт) под давлением жидкость подается в подпоршневую полость цилиндра 21. Пор шень 22 со штоком 23 и жестко закре- пленным кронштейном 25, которьй ксируется в пазу упорной гайки 16 щ ужиной 26, закрепленной одним концом на крыопёе 24, а другим - на кронштейне 25, передвигается вправо и поворачивает гайку 16, выводя ее из заклиненного состояния. Дальнейшее вращение пайки дпя установки очередного зазора Д(хода плунжера) осуществляется щ учную. Для приведения механизм ма тюворота в исходное положение кронштейн. 25 вручную выводится из паза гайки 16, рабочая жидкость ло трубопроводу 27 вое тупает в надпоршневую шолоеть цилян|0| а 21 (nepenycKi&te устройства устдйовлены на каждом домкраteyее чертвййис ие показаны). хИсвЬяьзввАше этого устройства m 9B0dii teT лоаучить деформационные и щ 0ЧиЬЁТ(а1е хаф актеристики горного маесйва ка ниспадающем (запредельй(М4) участие диагра о в 1 напряжение-деформация в натурных условиях и будет способствовать более точному выбору параметров крепления горных ш |рабо1чэк и более достоверному прогнозированию удароопасности на шахтах и рудниках,

Форнула изобретения

Устройство для определения механи- 25 Ческих свойств горных пород в массиве, включающее соединенные с насосом трубопроводами гидродомкраты, корпус которых заполнен рабочей жидкостью И плунжерами, опорные ппиты реперы, приборы контроля давлений и перемещений отличающе еся тем что, с целью расширения даапазона измеряемых характеристик за счет измерения запредельных характеристик горных пород в условиях естественного залегания, плунжеры выполнены ступенчатыми, а корпуса гидродомкратов снабжены силовыми упор |ными гайками, ограничивающими ход плунжеров, и механизмами поворота.

Источш1ки информации, принятие во внимание при экспертизе

1.Ардашев К.А и Матвеев Б.В. Упрощенный способ испытаний на сжатие образцов горных пород при деформациях за пределом прочности Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаешлх, 9 2, 1978,

о. 109-110.

2.Методические указания по проведению натурных испытаний механичес1а{х свойств угля и пород с помощью давильной установки. Л, ВНИМИ, 1966, с. 4-15 (прототип).