Устройство для измерения деформаций в массиве горных пород Советский патент 1982 года по МПК E21C39/00 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам, предназначенным для измерения деформаций образцов путем замера смещений в сква жинах и выработках. Известны устройства для измерений деформаций, содержащие подвижный и неподвижный контакты, при взаимном перемещении которых изменяются электрические характеристики, фиксируемые аппаратурой Cl Устройства позволяют измерять прямолинейные или углойые перемещения, однако измерение криволинейных перемещений в труднодоступных условиях, возникающих, например, при замерах в деформированной скважине, а также измерения нелинейности самой скважины, этими устройствами затруднено. Кроме , в условиях повышенной влажноети, запыленности, газоносности, имеющих место при натурных исследованиях в шахтг, работа большинства этих устройств становится нестабильной. Наиболее близким по конструктивным особенностям к предлагаемому является устройство для измерения деформаций горных пород, содержащее подвижный и неподвижный контакты и осциллограф, включенный в тензометрическую установку, причем один из контактов выполнен в виде металлического цилиндрического бойка с нарезкой и взаимодействует с другим контактом, выполненным в виде металлического стержня, одним своим концом соединенным с осциллографом 2. Устройство позволяет измерять лишь прямолинейные перемещения, однако измерения деформаций в криволинейных выработках, размещенных в массиве горных пород, с помощью данного устройства не прсдетавляется возможным. Невозможно Также определить кривизну искривленной скважины и направление ее развития, что является важным вопросом в практике отработки месторождений полезных ископаемых. Цель изобретения - обеспечение воз можности измерения искривлений скважины . Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения деформаций в массиве горных пород, содержа щем подвижный и неподвижный контакты и включенный в тензометрическую станцию осциллограф, неподвижный контакт выполнен в виде витой цилиндрической пружины, укрепленной внутри трубчатого эластичного кожуха, а подвижный контакт выполнен в виде эластичного цилиндра, размещен внутри неподвижного контакта, при этом подвижный контакт имеет равномерно распределенные по окружности ползунки, соединенные с тензостанцией, На чертеже представлена схема устройства. Витая цилиндрическая пружина 1 укреплена внутри эластичного трубчатого кожуха 2 и одним концом соединена с осциллографом (не показан).Ползунки 3 подвижного контакта k равномерно укреплены по окружности на одном из торцов контакта и соединены с осциллографом тягой 5 и электрической цепью 6. Устройство работает следующим образом. При прямолинейном расположении кожуха 2 пружина 1 имеет равномерное расположение витков вдоль оси пружины. В этом случае при перемещении под вижного контакта 4 тягой 5 ползунки 3 поочередно периодически замыкают цепь что фиксируется на пленке в виде дискретной линии с равными расстояниями между разрывами. По количеству разрывов при известном количестве ползунков и расстоянию между витками пружины определяется общее смещение подвиж ного контакта относительно неподвижно го, если измеряется прямолинейная деформация. При прохождении криволинейного участка вследствие неравномерного расположения витков вдоль оси пружины (уменьшение расстояния между витками на сжатой стороне и увеличение указанного расстояния на растянутой стороне кожуха) расстояние между разрывами на осциллограмме становится не- .

равномерным, из чего и определяется кривизна оси пружины, т. е. кривизна исследуемого отверстия (скважины) , в 55 которое введено устройство. Практически трудно выполнить ползунки 3 подвижного контакта одинаковыми, поэтому

В устройстве легко обеспечивается герметичность контактов, что позволит проводить измерение в обводненных скважинах, а также в загазованных и запыленных скважинах. При использовании термостойкого кожуха устройство каждый из них будет иметь определенный, характерный только для него всплеск на осциллограмме (различная длительность импульса, двойной или многократный всплеск луча осциллографа и т. п.). Это позволяет определить, между какими именно контактами произошло сжатие или разряжение витков пружины 1, а затем по ориентации подвижного контакта Ц в кожухе 2, определяемой, в свою очередь, по расположению направляющих выступов, определяется направление искривления скважины. Для повышения надежности определения один из ползунков 3 может быть специально изготовлен с сигналом, отличающимся от всех других ползунов, например, с двойным всплеском или с увеличенной длиной контакта. Необходимая точность может быть задана при изготовлении устройства путем изменения расстояния между витками пружины, а также количеством ползунков. Эластичное измерительное устройство позволяет, во-первых, проводить измерение смещений в искривленных скважинах, и, во-вторых, определять искривленность самих скважин. Последнее особенно важно при решении как научно-исследовательских, так и производственных задач. Действительно, в настоящее время определить отклонение скважины от первоначального заданного направления не представляет возможным, особенно, если скважина направлена вертикально вверх или наклонНО к горизонтальной плоскости. Отсюда появляются ошибки в определении структурных колонок вмещающих пород, что в свою очередь влечет ошибки в выборе технологических параметров отработки месторождений. С другой стороны, искривление скважины может произойти как следствие сдвижения вмещающих пород при отработке месторождения, тогда по искривленности скважины можно судить о процессах в массиве горных пород, что важно при решении задач механики горных пород. Все эти измерения легко выполняются с помощью предлагаемого устройства.

может быть использовано при повышенных температурах, а при выполнении кожуха из вакуумной резины устройство позволяет проводить измерения в вакууме. В связи с этим устройство найдет применение при экспериментальном исследовании вопросов механики массива горных пород как в натурных, так и в лабораторных условиях, в геологоразведке для определения координат буровой скважины в маркшейдерском деле, в спелеологии для определения направления течения подземных вод и т, п., а также в практике отработки месторождений с применением буровых работ.

Формула изобретения

Устройство для измерения деформаций в массиве горных пород, содержащее подвижный и неподвижный контакты, связанные с тензометрической станцией, и осциллограф, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения искривлений скважины, неподвижный контакт выполнен в виде витой цилиндрической пружины, укрепленной внутри эластичного трубчатого кожуха, а подвижный выполнен в виде эластичного цилиндра и размещен внутри неподвижного контакта, при этом подвижный контакт имеет равномерно распределенные по окружности ползунки, соединенные с тензостанцией.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Агейкин Д.И., Костина Е.И., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования. М., Машиностроение, 1965.

2,Авторское свидетельство СССР W 567961, кл. G 01 L 1/ОА, 1977.