Устройство для измерения давления в грунте Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ Д.ЛВЛЕНИЯ В ГРУНТЕ

1

Изобретение относится к горной про.мышленности и предназначено для измерения давлений в заданном направлении по времени в грунте с использованием приборных скважин, н апример, при производстве взрывов.

Известны устройства для измерения давлений в грунте с использованием приборных скважин, которые включают жесткое в виде диска с полостью основание, закрытое резиновой ме.мбраной. На основании установлен датчик давления. Полость основания между датчиком и мембраной заполнена жидкостью. С основанием жестко соединен цилиндр1ический корпус, который снабжен механизмом для. ориентированного закрепления устройства в скважине. Этот механизм имеет выдвижной упор и взаимодействующие с ним спусковое устройство. Устройство опускают в скважину, при достижении дна скважины срабатывает спусковое приспособление, упор выдвигается из корпуса, а устройство фиксируется в определенном положении 1 .

Недостатком этих устройств является с,1ожность конструкции механизма закрепления в скважине, который содержит семь

фигурных деталей, связанных функционально между собой. Кроме того, при опускании устройства в скважину, в результате случайного задевания опорного штока за стенку скважины или за кабели, проходящие в скважине, возможно срабатывание спускового механиз.ма и выдвижение упора до опускания устройства на заданную глубину.

Известно также устройство для измерения давления в грунте, включающее корпус, приемный элемент с датчиком давле10ния, размещенным в его основании, заполненным жидкостью и закрытым мембраной из эластичного материала, резьбовой палец для мо.нтирования приемного элемента и пружинные скобы 2.

Недостатком устройства является низ15кая чувствительность прибора, поэтому в приборную скважину на заданных горизонтах устанавливают по три датчика с направлени м чувствительных элементов под углом 90° друг к другз по осям X, У, Z.

20

Целесообразность такой установки приборов регламентируется соответствующей методикой проведения экспериментальных измерений. При такой установке приборы располагаются фактически на разных горизонтах и сохранить их точное взаимное расположение приемных частей затруднительно, так как приходится ориентировать каждый прибор по отдельности. Все это вносит определенные погрешности в измерения. При этом процесс установки устройств приходится повторять три раза для измерения на одном горизонте-и создавать для каждого прибора самостоятельную опорную забивку, что требует дополнительных затрат времени и материальных средств.

Кроме того, изготовление трех самостоятельных приборов для измерения по трем направлениям удорожает их стоимость, так как в этом случае необходимо иметь три пары пружинных скоб и три переходника.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем обеспечения возможности проведения измерений по тре.м направлениям.

Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено двумя приемными элементами, резьбовыми пальцами и резьбовыми втулками, при этом оси резьбовых пальцев с размещенными на них приемными элементами и пружинные скобы ориентированы под углом 90° по отношению друг к другу, а резьбовые втулки установлены на резьбовых пальцах со стороны, противоположной приемным элементам, с возможностью взаимодействия с пружинными скобами.

На фиг. 1 представлено устройство, обш,ий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 показаны устройства, установленные в скважине; на фиг. 4 - то же, вид сверху.

Устройство содержит корпус 1, снабженный тремя приемными элементами, оси которых расположены под углом 90° и совпадают с осями координат X, У, Z. Каждый приемный элемент включает основание 2, резиновую мембрану 3, датчик 4 давления, жидкость 5. Плотность жидкости подбирается близкой к плотности окружающего массива. С основанием жестко соединен цилиндр 6. Полость цилиндра, в которой находится датчик, заполнена герметиком, что предохраняет датчик от воздействия влаги. Основание выполнено в виде диска с-полостью. Мембрана по периметру прижимается к основанию кольцом 7. В качестве датчика может быть использован, например, индуктивный датчик ДДИ-20.

Корпус 1 имеет резьбовые пальцы 8, расположенные на всех его боковых поверхностях по осям X, У, Z. К этим выступам крепятся приемные части устройства и резьбовые втулки 9, к которым в направлениях X и Z прикреплены пружиняШие скобы 10, а в направлении У - переходник 11 для подсоединения устройства к несущему элементу 12. Для стопорения втулок 9 предусмотрены гайки 13.

Скобы 10 имеют форму эллипса и выполнены из пружинящей стальной проволоки. Скругленные верхние и нижние края скоб предохраняют их от врезания в грунт стенки необсаженной скважины при опускании или извлечении устройства. Скобы выполнены такими, что обеспечивают усилие прижатия приемных частей устройства к скважине в направлении X и Z не менее веса устройства в целом, что обеспечивает надежную фиксацию устройства в заданном положении даже без опоры на забой. Необходимое усилие прижатия основания к стенке обеспечивается за счет того, что размерыустройства со скобами в горизонтальной плоскости больше размеров сечения скважины, а также за счет

диаметра и пружинящих свойств материала скоб.

Усилие прижатия обеспечивается за счет прогиба f скоб (фиг. 3), величину которого определяют из известного выражения

f - ЛЩ-,

где L - расстояние от точки защемления скобы до места соприкосновения ее со стенкой скважины; Р - требуемое усилие прижатия; d - диаметр материала скоб; Е модуль упругости .материала. При этом диаметр материала скоб берется не менее 4-5 мм, чтобы они не врезались в грунт стенок скважины.

Таким образом при упругой деформации 0 одной из скоб па величину f обеспечивается условие фиксации устройства в скважине, а так как используется две скобы, то это усилие больше, а закрепление устройства более надежно.

В предлагаемом устройстве благодаря 5 резьбовому сочленению втулок 9 с пальцами 8 можно осуществлять регулировку размеров устройства в горизонтальной плоскости, что позволяет обеспечить необходимое усилие прижатия устройства к скважине, а также устанавливать устройства в скважины разных диаметров.

Перед измерениями устройство при помощи переходника 11 соединяют с несущим элементом 12, снабженным электромагнитным отцепом, и опускают в скважину. 5 При опускании скобы сжимаются и скользят по стенке скважины. При прекращении опускания и отсоединения несущего элемента устройство удерживается на заданном горизонте за счет упругих свойств скоб. При экспериментальных измерениях в каждой скважине устанавливают таким образом по нескольку устройств (обычно 5-8 шт) на различных горизонтах. После этого в скважину заливают грунтоцементный раствор, который со всех сторон плотно прилегает к j устройству и к стенкам скважины.

При взрыве давление от стенки скважи1-;ы через мембрану ,3 и жидкость 5 передается на чувствительный элемент датчика 4 давления. Сигнал от каждого датчика по кабелю передается на соответствующую регистрирующую аппаратуру, установленную в приборном сооружении. Затраты на изготовление комплекта из трех устройств (для измерений по трем направлениям X, У, Z) снижаются на 10% за счет исключения двух пар Скоб и переходников. Сокращается время на установку устройств в скважине вместо трех технологических операций на установку трех устройств требуется всего одна. Повыщается точность измерений за счет того, что предлагаемое устройство обеспечивает измерения п,о трем направлениям в одной точке, тогда как использование трех устройств это обеспечить не могут. В предлагаемом устройстве сохраняется строгое взаимное положение приемных элементов. В предлагаемо. устройстве измеряемые давления по трем направления.м в одной точке составляют 1400 кПа, а диаметр скважин, в которых возможна надежная фиксация, - 180-250 мм. Формула изобретения Устройство для измерения давления в грунте, включающее корпус, приемный элемент с датчиком давления, размещенным в его основании, заполненным жидкостью и закрытым мембраной из э,1астичного материала, резьбовой палец для монтирования приемного элемента и пружинные скобы, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений путем обеспечения возможности проведения измерений по трем направления.м, устройство дополнительно снабжено двумя приемными элементами, резьбовыми пальцами и резьбовыми втулками, при этом оси резьбовых пальцев с размещенными на них приемными элементами и пружинные скобы ориентированы под углом 90° по отношению друг к другу, а резьбовые втулки установлены на резьбовых пальцах со стороны, противоположной приемным элементам, с возможностью взаимодействия с пружинными скобами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 590453, кл. Е 21 С 39/00, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР по завке ,№ 2822728/03, кл. Е 21 С 39/00, 1979 (прототип). :i«r - - о V --f- AS I I п мЛ М 7.2 ФигЛ