Фотоупругий датчик для измерения модуля упругости горных пород Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

(54) ФОТОУПРУГИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

1

Изобретение относится к горному делу, точнее k устройствам для изучения физикомеханических свойств и напряженного состояния горных пород.

Известны фотоупругие датчики в виде цилиндра с осевым отверстием, изготовляемые из оптического стекла и устанавливаемые в скважине 1.

Однако эти устройства предназначены для измерения напряжений и усилий и не пригодны для измерения модуля упругости горных пород вследствие того, что их элементы, контактирующие со стенками скважины, изготовлены из однородных материалов.

Известен фотоупругий датчик для измерения модуля упругости горных пород, включающий цилиндрический элемент из двух полуцилиндров, выполненных из материалов с разными модулями упругости 2.

Недостатком данного датчика является низкая надежность измерений в крепких горных породах.

Цель изобретения - повыщенне надежности измерений в горных породах с повыщенной крепостью при значительных приростах напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что датчик снабжен цилиндром из оптически чувствительного материала, расположенным внутри цилиндрического элемента, причем оба цилиндра установлены коаксиально относительно друг друга, а полуцилиндры внещнего цилиндрического элем1ента изготовлены из прочных материалов.

На фиг. 1 приведен датчик, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

10

Датчик выполнен в виде двухслойного цилиндра, внешний слой которого состоит из двух полуцилиндров I и 2, изготовленных из материалов с разными модулями упругости, например из берилиевой бронзы и алюминия. Внутренний цилиндр 3 выполнен из оптически активного материала и снабжен осевым отверстием. Одна из торцовых поверхностей цилиндра 3 снабжена зеркальным слоем 4, служащим для наблюдения

2(j оптической картины в датчике в отраженном свете. Полуцилиндры 1 и 2 приклеены к боковой поверхности цилиндра 3. Между собой полуцилиндры 1 и 2 могут быть соединены либо непосредственно, либо через прикладку.

Принцип работы датчика заключается в следующем.

Пусть датчик установлен в скважине, пробуренной в горной породе и приклеен к ее стенкам по боковой поверхности внешнего цилиндра. При нагружении массива пород вокруг скважины ее стенки в процессе деформирования будут взаимодействовать с внешним цилиндром датчика. В результате в полуцилиндрах 1 и 2 возникнут напряжения, величина которых будет зависеть от соотношения модуля упругости породы и модуля упругости материала полуцилиндров и поэтому будет различной в разных полуцилиндрах. В процессе деформирования полуцилиндры 1 и 2 будут взаимодействовать с цилиндром 3, в результате чего в последнем также появятся напряжения. Но вследствие различия материала полуцилиндров 1 и 2 и различия величины их деформаций напряжения в половине цилиндра 3, прилегающей к полуцилиндру 1, будут отличаться от напряжений в половине цилиндра 3, прилегающей к полуцилиндру 2. Соответственно будет различной и оптическая картина в них. Сравнивая оптическую картину в каждой из половин цилиндра 3 между собой и с набором тарироБочных картин или сравнивая отсчеты по каждой из половин между собой и с тарировочным графиком, судят о величине модуля упругости породы.

При установке в скважине датчик следует ориентировать так, чтобы плоскость соприкосновения полуцилиндров 1 и 2 совпадала с направлением одного из главных напряжений в породе. В этом случае значительно упрощается процесс тарирования датчиков.

Настоящий датчик позволяет измерять модуль упругости горных пород. Знание последнего необходимо при расчете нагрузок на крепи горных выработок, при расчетах устойчивости целиков, потолочин, стенок выработок и т. п.

Формула изобретения

Фотоупругий датчик для измерения модуля упругости горных пород, включающий цилиндрический элемент из двух полуцилиндров, выполненных из материалов с разными модулями упругости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерений в горных породах с повышенной крепостью при значительных приростах напряжений он снабжен цилиндром из оптически чувствительного материала, расположенным внутри цилиндрического элемента, причем оба цилиндра установлены коаксиально относительно друг друга, а полуцилиндры внешнего цилиндрического элемента изготовлены из прочных материалов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 533730, кл. Е 21 С 39/00, 1973 (прототип).

. /

/г,2.