Устройство для измерения напряжений горных пород Советский патент 1981 года по МПК G01V1/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ Изобретение относится к технике измерений механических напряжений горных пород и может быть использовано для регистрации напряжений с целью прогнозирования сейсмических событий, а также для регистрации напряжений в подземных горных выработках и бортах кар ъеров при разработке профилактических мер борьбы с горными ударами, стрелянием и выбросами горных пород. Известны устройства с гидравлическим датчиками для измерения напряжения горных пород, которые содержат гидравлический датчик, связанный трубопроводом с манометром, а также вентили. При подаче жидкости в гидросистему устройства из нее вытесняют воздух. После того, как жидкость начнет изливаться из выходного отверстия датчика, систему герметизируют 1 . Однако, при этом воздух полностью не удаляется из гидросистемы устройства, что не позволяет проводить высокоточные измерения. ГОРНЫХ ПОРОД Известно также устройство для измерения напряжений с гидравлическим датчиком мембра люго типа, которое содержит датчик, состоящий из рабочих мембран, связанных жесткой рамкой, трубопровод и регистратор, например дифференциальный манометр. Между мембранами датчика образована герметичная полость, заполняемая жидкостью. Давление жидкости в датчике должно обеспечивать прижатие мембран к внутренней поверхности щели, образованной в горной породе. Удаление воздуха из гидросистемы устройства осуществляют путем вакуумирования системы с последующим заполнением ее жидкостью 3 Однако в процессе вакуумирования наблюдается движение мембран в сторону полости, что вызывает разрушение соединительной зоны мембран- . Кроме того, даже при тщательном заполнении гидросистемы устройства жидкостью, в ней могут остаться пузырьки газа, плияющее на точность измерений. Поэтому рекомендуется простукивание системы, а в системе с

малым объемом жидкости - простукивание в течение длительного времени.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее гидравлический датчик мембранного типа, который для увеличения точности измерений, при помещении в измерительную щель, связывают с горной породой контактным веществом, например бетоном. Датчик соединен трубопроводом с преобразователем сигнала датчика, например в виде сильфона с емкостным преобразователем Гз.

Однако наличие пузырьков воздуха в гидравлической системе устройства лриводит к снижению точности измерений и не is

обеспечивает возможности измерения ква- зистатических напряжений на фоне земных приливов.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения газа из гидравлической системы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерещш напряжений горных пород, содержащем гидравлический датчик мембранного типа, связанный соединительным каналом с преобразователем сигнала датчика, соединительный канал устройства в средней части выполнен в виде расположенной в вертикальной плоскости спирали, например спирали Архимеда, начальный участок которой выпсчшен вогнутым по отношению к оси соединительного канала и служит зоной энергетического ускорения, а выпуклый участок в верхней части снабжен спускным устройством и служит накопителем газа.

Такое выполнение обеспечило ускорение движения газа в начале спирали, а по мере приближения к спускному клапанустабилизации движения газа в зоне его накопления.

Спиральная часть соединительного канала связана с его линейными участками упругими элементами, например спиральными пружинами с различающимися между собой упругими характеристиками, а с контролируемым массивом горных пород не менне чем тремя упругими элементами, расположенными под равными углами друг к другу.

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит гидравлический датчик напряжений 1 мембранного типа, связанный соединительным каналом 2 с преобразователем 3 сигнала датчика. Датчик напряжений установлен в массиве 4 горных пород. Средняя часть соединитель ного канала выполнена в виде спирали, начальный участок 5 которой вогнут по отношению к оси соединительного канала, а выпуклый участок 6 снабжен спускным устройством 7. Спиральная часть связана с линейными участками соединительного канала упругими элементами 8, а с контролируемым массивом - упругими элементами 9.

Устройство работает следующим образом.

Контакт мембран датчика с породой обеспечивает изменение давления жидкоети в датчике при деформации породы. Это

системой датчик-преобразователь сигнала и регистрируется. При этом воздух, имеющийся в гидравлической системе устройст на, движется в наиболее высокую точку. В предлагаемой системе в этой точке установлено спускное устройство 7, через которое выводят воздух, скапливаемый в верхней части спирального участка соединительного канала.

Однако, в гидросистеме обычно имеют место мертвые точки, откуда: .газ может быть выведен только принудительно. Газ, двигающийся по соединительному каналу, может не обладать энергией, достаточной для перемещейия в верхнюю точку системы, в результате чего его движение может происходить длительное время на участке между датчиком напряжений регистратором без попадания в накопитель. Дляобеспечения энергетики газовых пузьфьков образована энергетическая-зона ускорения в виде вогнутой части 5 спирали. Попадающие в эту зону пузырьки голучают дополнительную энергию за счвв разности высот, что увеличивает вероятность их попадания в накопитель.

В процессе работы измерительного комплекса происходят колебания массива пород, .вызванные сейсмическими явлениями, буровыми работами, взрывами и другими акторами, под воздействием которых происходят колебания соединительных каналов измерительного устройства. Однако их упругие характеристики незначительны и не могут длительное время поддерживать колебания, которые могут служить импульсом для выведения газовых пузырьков из состояния равновесия и начала их движения по соединительному каналу в накопитель. Поэтому спиральная часть соединиФельного канала снабжена упругими элементами,которые под действием даже незначительных колебаний массива выхоизменение фиксируется замкнутой гидро