Устройство для измерения напряжений в массиве горных пород Советский патент 1981 года по МПК E21C39/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ

ГОРНЫХ ПОРОД

I

Изобретение относится к приборам для измерения напряжений в массиве горных пород.

Известен датчик упругого включения в виде латунного цилиндра, разрезанного , по продольной оси на две половины. На внутренней поверхности одной из половин в специальном углублении перпендикулярно продольной оси наклеен измерительный тензометр, а в хвостовой части датчика вдоль его продольно оси - компенсационный тензометр. При измерениях датчик устанавливает- ся в скважине и приклеивается к ее стенкам 1.

Однако этот датчик позволяет измерять только одну компоненту напряжений.

Известно устройство для измерения напряжений в массиве горных пород, включающее толстостенную трубку из высокомодульного материала и тензометры, которые установлены на внутренней поверхности трубки 2 .

Недостаток этого устройства, несмотря на простоту конструкции и обеспечение необходимой точности при массовых замерах - непригодность для измерений в тех случаях, когда требуется повышенная точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений и надежной герметичности.

Для достижения этой цели устройство снабжено дополнительными тензометрами, установленными на внешней стороне трубки и тонкостенным стаканом для размещения в нем трубки с тензометрами, при этом зазор между стенками стакана и трубки заполнен клеем, а тензометры с внешней стороны трубки установлены и ориентированы по осям тензометров, расположенных с внутренней стороны трубки.

На фиг. 1 изображено устройство, обший вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство состоит из тонкостенного ме15таллического стакана 1, в котором размещена толстостенная трубка 2 из высокомодульнрго материала, например стали. На внутренней и внешней поверхности трубки 2 размещены строго друг против друга тензометры 3 и 4, ориентированные нужным

20 образом. Провода 5 от тензометров 4, укрепленных на внешней поверхности трубки 2, выведены к ее торцу со стороны дна стакана 1 и по внутренней полости трубки проведены до платы 6. Сюда же проведены провода 7 от тензометров 3, укрепленных на внутренней поверхности трубки 2. Плата 6 установлена со стороны свободного конца трубки 2, изготовлена из изоляционного материала и обеспечивает герметичность внутренней полости трубки 2. В плате 6 укреплены штырьки 8 (по числу проводов). Свободный конец устройства закрыт гайкой 9, в осевом отверстии которой герметично укреплен кабель 10. Провода 5 и 7 крепятся к штырькам 8 с внутренней стороны 6, а с внешней стороны к штырькам 8 крепятся провода от кабеля 10. Для герметизации всего устройства при его сборке стакан 1 и трубка 2 склеиваются эпоксидным клеем. Этим же клеем плата 6 крепится к стенкам трубки 2. После сборки прибор тарируется. Принцип работы датчика поясняется на примере его работы в массиве пород, подверженном воздействию одноосного внешнего поля напряжений. Если датчик склеен со стенками скважины, в которой он установлен, то он деформируется совместно с окружаюшим его массивом пород. При этом, как следует из теории упругого кольцевого включения, в нем возникает неравномерное распределение напряжений, а следовательно, и деформаций. На внутренней поверхности датчика, вблизи его вертикального сечения, возникает область растягиваюших деформаций, а вблизи горизонтального сечения - область сжимающих деформаций. На внешней поверхности датчика, наоборот, вблизи вертикального сечения появляются сжимающие деформации, а вблизи горизонтального сечения - растягивающие. Если тензодатчики установить в одном и том же сечении датчика с внутренней и внешней стороны упругого кольцевого элемента, то один из них будет испытывать деформации сжатия, а другой примерно такие же по величине деформации растяжения. Это обстоятельство позволяет обеспечить термокомпенсацию и повысить точность измерений. Чтобы обеспечить нормальную работу датчика зазор в нем между стенками стакана 1 и труб кой 2 должен отсутствовать. Измерения выполняются в следующей последовательности. Датчик ориентируется относительно вертикальной или горизонтальной плоскости, устанавливается в скважине и приклеивается к ее стенкам. По тензометрам датчика снимаются начальные отсчеты. Повторные отсчеты снимаются после изменения напряженного состояния массива пород вблизи скважины с датчиком. Для снятия отсчетов можно использовать любой измерительный прибор, работающих по мостовой схеме, например, ИИД-3. По разности отсчетов судят о.приросте напряжений в массиве. Повышенная точность измерения напряжений необходима при научных работах по исследованию закономерностей деформирования горных пород в зонах ведения очистных и подготовительных работ на горных предприятиях. Знание таких закономерностей крайне необходимо для обеспечения нормальной работы предприятий. Формула изобретения . Устройство для измерения напряжеПИЙ в массиве горных пород, включающее толстостенную трубку из высокомодульного материала и тензометры, которые установлены на внутренней поверхности трубки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежной герметичности, устройство снабжено дополнительными тензометра.ми, установленными на внешней стороне трубки, и тонкостенным стак-аном для размещения в нем трубки с тензометрами, при этом зазор Между стенками стакана и трубки заполнен клеем. 2. Устройство по п. 1, отличающееся те.м, что тензометры с внешней стороны трубки установлены и ориентированы по осям тензометров, расположенных с внутренней стороны трубки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Широков А. П. и Захаров В. И. Приборы для исследования напряжений в массиве. «Измерение напряжений в массиве горных пород. Новосибирск, «Наука, с. 144. 2.Авторское свидетельство СССР , № 2180016/22-03, кл. Е 21 С 39/00, 30.09.75. фиг.. 1