Зонд устройства для определения деформационных характеристик горных пород Советский патент 1981 года по МПК E21C39/00 G01N3/10 

(54) ЗОНД УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХ

1

Изобретение относится к горному делу иМожет быть использовано для определения деформационных свойств - и напряжений конструктивных элементов систем разработки и гидротехнических сооружений, преимущественно в породах средней крепости.

Известно устройство для определения деформаций стенок и напряжений в горныхпородах, включающее зонд, имеющий стержень, цилиндрическую резиновую оболочку, надетую на стержень с возможностью образования полости между ними, обоймы, жестко соединенные со стержнем, герметизирующие концы оболочки 1.

Недостатком зонда этого устройства является вытекание резиновой оболочки при увеличении зазора между поверхностью скважины и обоймами зонда, что -приводит к нелинейности характеристики давление- объем закаченной в системужидкости, трудностям при извлечении зонда из скважины, а нередко и к разрыву его резиновой оболочки

Известен также зонд устройства для определения деформационных характерис ик горных пород, включающий стержень с эластичной оболочкой, выполненной на концах с кольцами, усПОРОД

2

Тановлейной с возможностью образования полости между оболочкой и стержнем, обоймы, соединенные со стержнем и герметизирующие концы оболочки 2 .

Однако указанный зонд невозможно использовать при больших давлениях (вьше 20-30 кг/см) так как при этом упругие кольца вместе с оболочкой вы10давливаются в зазор между обоймой и стенкой скважины,.что приводит к значительным неучитываемым потерям давления на деформирование оболочек или даже к их разрыву.

15

Цель изобретения - повышение точности измерений и надежности работы зонда.

Указанная цель достигается тем, что зонд снабжен дополнительными не20растяжимыми гибкими оболочками для соединения колец с обоймами, а кольца зонда выполнены из нерастяжимого материала и установлены с возможностью продольного перемещения.

.25

При этом стержень имеет два кольцевых выступа, расположенных на равном расстоянии от обойм, а эластичная оболочка имеет четыре кольцевых проточки, две из которых, с внутренней стороны, - под выступы на стерж30не, и две другие, t: внешней стороны, для размещения в них нерастяжимых ко лец. Диаметр кольцевых выступов стержня больше диаметра проточек эластичной оболочки с внешней стороны, а диаметр нерастяжимой гибкой оболо ки составляет 1,2-1,5 ди.аметра зонда. На. фиг.1 изображен зонд для определения деформаций стенок скважин и напряжений в горных породах;на фиг.2 схема работы цилиндрической оболочки в скважине заниженного диаметра; на фиг.З - то. же, в скважине номинально го диаметра; на фиг.4 - то же, в скважине завышенного диаметра .. Зонд состоит из стержня 1 с кольцевыми выступами 2, цилиндрической эластичной оболочки 3 с кольцевыми проточками под выступы 2 и кольца 5, обойм 4, герметизирующих оболочку 31 нерастяжкмык, например металлических или эбонитовых, колец 5, соединенных с обоймой 4 гибкой нерастяжимой оболочкой 6, например из плотной металлической или фторопластовой сетки, и стаканов 7, перемещаемых по резьбе на обоймах 4. Устройство работает следующим образом.. Вначале стаканы перемещают вперед до упора и измеряют диаметр скважины в месте предполагаемой установки-зо да, например с помощью самого зониа для чего прикладывают к нему небольшое (6-10 кг/см) давление и замеряют, изменение его объема по дозирующему устройству, после чего диаметр определяют по эталонным кривым, снятым в металлических трубах различного диаметра. Далее отвертывают стаканы 7 с таким расчетом, чтобы при рабочих давлениях зонда, составляющих 30-1000 кг/см , нерастяжимая оболочка б заняла положение, доказанное . на фиг.З, и снова опускают зонд в скважину, устанавливают его в том месте, где ранее был измерен диаметр, и затем несколько раз поднимают давление С 30 до 1000 и снижают до .30 кг/см пятью-семью ступенями. На каждой ступени давление поддерживают постоянным до условной стабилизации перемещений. Если стакан 7 недостаточно отодви нут, оболочка б занимает положение, показанное на фиг.2/ а если отодвинут значительно больше, чем необходимо, - положение, показанное на фиг.4, при этом в обоих случаях длин участка скважины, на котором приложено давление, становится неопределенной, что уменьшает точность измерений. Во время испы;таний ведут регулярные отсчеты давления и объема за каченной в зонд жидкости, с помощью которых, зная диаметр скважины, геометрические и деформационные характеристики зонда, определяют деформационные характеристики массива горных пород около места установки зонда. Нерастяжимые тампоны, образующиеся по концам упругой оболочки, четко локализуют рабочий отрезок прибора и не.позволяют оболочке вытечь на всем диапазоне раоочего давлений. Верхняя граница рабочего давления ограничивается герметизацией эластичной оболочки обоймами до 1200 1500 кг/см , а нижняя - давлением образования темпонов и плотного прижима прибора к стенкай скважиньа. Изучение напряженного состояния можно вести на больших глубинах следующим образом. В свежепробуренной скважине закрепляют зонд неболь шим (20-30 кг/см) давлением и по мере стенок скважины (в тече,ние 2-3 сут) постепенно выпускают жидкость с помощью дозирующего. устройст,ва.. до условной стабилизации, которая считается: законченной, если прира- . щениё давления в загерметизированной системе меньше 1% за 2 ч. После этого закачивают в систему количество жидкости, выпущенное, за время стабилизации. То давление, которое устанавливается на измерительном приборе, совпадает со средним горным давлением в окрестностях скважины. Предлагаемое устройство может заменить и дополнить использующиеся для аналогичных целей штамповые испытания и т.п. Например, для проведения 18 штамповых испытаний на одном, гидроузле необходимо пройти две штольни объемом, соотвётственно, 350 и 550 м. Выемка такого количества горной массы потребует 22,5 тыс.руб. Кроме того, цена одного штампового испытания 1300 руб., а всех-испытаний - 45,9 тыс.руб. Для проведения такого же количества испытаний предлагаемым уст,5Ойством необходимо пройти 120 м погонных скважин диаметром 89 мм, что стоит 1,4 тыс..б. При стоимости одного опыта 20 руб. стоимость всего испытания составит: 2,8 тыс, .руб. . Таким образом, экономический эф- , фект от применения предлагаемого устройства на одном объекте составит свыше ч О, тыс. руб. Формула изобретения 1.. Зонд устройства для определения деформационных характеристик горньох пород, включакяяий стержень с эластичной оболочкой, выполненной на концах с кольцами, установленной с возможностью образования полости между оболочкой и стержнем, обоймы, соединенные со стержнем и герметизирующие концы оболочки, отлича ющийс я тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности работы, зонд снабжен, дополнительными нерастяжимыми гибкими оболочками для соеди нения колец с обоймами, а кольца зонда выполнены из нерастйжимого материала и установлены с возможностью продольного перемещения.

2.Зонд по П.1, о т ли ч а ю щ и и с я - тем, что стержень имеет двакольцевых выступа, расположенных на равном расстояний от Обойм.

3.Зонд по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что эластичная оболочка. имеет четыре кольцевых проточки, две из которых, с внутренней стороны, - под выступы на стержне, и две другие, с внешней стороны, для размещения в них нерастяжимых колец.

4.Зонд по пЛ, отличающийся тем, что диаметр кольцевых выступов стержня больше диаметра проточек эластичной оболочки с внешней стороны. 5.Зонд по П.1, отличаю5 щ и и с я тем, что диаметр нерастяжимой гибкой оболочки составляет 1,21,5 диаметра зонда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Аксенов В.К. и Курленя М.В. Аппаратура для использования напряженного состояния в массиве горных пород методом разности давлений. В кн. Измерение напряжений в массиве 5 горных пьрод. Новосибирск, Наука, 1968, с.134-142.

2. Авторское свидетельство СССР 462650,кл.б 01 N 3/10,1974 (прототип).

V фиг.Г

/ V V V fv/

f (tfe. 2

Ч Y V Y I

.З