Устройство для измерения деформаций горных пород в скважинах

Устройство для измерения деформаций горных пород в скважинах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД В СКВАЖИНАХ, включающее корпус, датчики, продольных деформаций, механизм распора с радиальными подпружиненньми фиксаторами и коническим приводным элементом, отличающееся тем, что, с целью выявления дефЬрмацнй чистого изгиба для исследования влияния проходимой горной выработки на устойчивость горных пород, корпус выполнен из набора измерительных секций ,, чередующихся с секциями распора , при этом устройство снабжено . датчикё1ми деформаций изгиба, которые размещены на секциях,.а приводной элемент каждой секции распора выполнен в виде по{И1ШЯ пневмоцилиндра, О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И)

3(51) Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3372326/22-03 (22) 31.12.81 (46). 30.03,83. Бюл, М 12 (72) Н.A.Ñåëåýíåâ и A.Â.Tîïîðêîâ (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно -конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным . горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (53) 622.235(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 487234, кл. E 21 С 39/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 825945, кл. Е 21 С 39/00, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР

В 422842, кл. E 21 С 39/00, 1974 (прототнп). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЗ)Я ИЗИЕРЕНИЯ

ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД В СКВАЖИНАХ, включающее корпус, датчики, продольных деформаций, механизм распора с радиальньвеи подпружиненны)и фиксаторами и коническим приводным элементом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью выявления деформаций чистого изгиба для исследования влияния проходимой горной выработки на устойчивость горных пород, корпус выполнен иэ набора измерительных секций, чередующихся с секциями распора, при этом устройство снабжено; датчиками деформаций изгиба, которые размещены на секциях,,а приводной ( элемент каждой секции раствора выпол- @ нен в виде поршня пневмоцнлиндра.

1008446

Изобретение относится к шахтному строительству и предназначено для измерения деформаций горных пород в скважинах, преимущественно в замораживающих колонках.

Известно устройство для измерения глубинных деформаций горных пород,. содержащее измерительные датчики, выполненные в виде электромеханических преобразователей, каждый с мерным роликом, и размещенные в различных точках скважины, головной анкер, гибкие тяги, индикатор перемещений 1 J.

Однако такое устройство не позволяет детально анализировать напря- 15 женное состояние массива горных пород, т.е. не может выделить деформацию чистого изгиба из общей деформации, включающей продольное растяжение, растяжение с изгибом и т ° и. 7п

Известно также устройство для измерения напряжений в крепких горных породах, включающее металлический цилиндр, выполненнЫй иэ высокомодульного материала, тенэометрические 25 элементы, укрепленные на внутренней поверхности цилиндра. Отсек цилиндра с тенэометром герметиэируется платой иэ изоляционного материала (2 ).

Недостатком известного устройства Çp является то, что его нельзя применять в слабых осадочных породах, как например в мерзлых глинах, обладающих свойством полэучести, т.е. деформирующихся при постоянном уровне напря- 35 жений.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения деформаций горных пород в скважинах, включающее 4р корпус, датчики продольных деформаций, механизм распора с радиальными подпружиненными фиксаторами и коническим приводным элементом 3 ).

НедОстаткОМ этОгО устрОйства ЯВ 45 ляется то, что оно не позволяет выделить деформации изгиба в чистом виде иэ суммарных продольных и поперечных деформаций. Выделение деформаций чистого изгиба имеет существенное значение при анализе устойчивости, например, замораживающих колонок, находящихся вблизи горных выработок, так как эти данные служат основой расчета устойчивости стенок ледогрунтовых ограждений.

Цель изобретения — выявление деформаций чистого изгиба для исследования влияния проходимой горной выработки на устойчивость горных пород. ЬО

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения деформаций горных пород в скважинах, включающем корпус, датчики продольных деформаций, механизм распора с ра- 65 диальными подпружиненными фиксаторами и коническим приводным элементом, корпус выполнен из набора измерительных секций, чередующихся с секциями распора, при этом устройство снабжено датчиками деформаций изгиба, которые размещены на секциях, а приводной элемент каждой секции распора выполнен в виде поршня пневмоцилиндра.

На фиг.l изображено устройство, общий вид; на фиг.2 — сечение A-А на фиг.l; на фиг.3 -, сечение Б-Б на фиг.l; на фиг.4 — сечение В-В на фиг.2; на фиг.5 — сечение Г-Г на фиг.3; на фиг.б - замораживающие колонки, расположенные вокруг шахтного ствола, в одной из которых размещено предлагаемое устройство, продольное сечение.

Устройство содержит корпус 1, механизм 2 распора, датчики 3 деформаций чистого изгиба, датчики 4 продольных деформаций.

Корпус 1 выполнен из набора секций труб la, чередующихся с механизмом 2 распора.

Механизм 2 распора состоит иэ пневмоцилиндров 5, причем поршень б каждого пневмоцилиндра 5 в верхней части 7 выполнен коническим, подающего воэдуховода 8, отводящего воэдуховода 9, подпружиненных радиальных фиксаторов 10 с торцовой сферической частью 11 ° В качестве подающего 8 и отводящего 9 воздуховодов можно использовать одну резиновую трубку, для чего в верхней части устройства необходимо разместить дистанционный электропневмопереключатель типа В74-21, кроме того, в качестве одного иэ воздуховодов можно испольэовать обсадную трубу скважины, для чего она должна быть предварительно герметизирована.

Датчики 3 деформаций чистого изгиба размещены на внешней стороне секции труб . la .

Датчики 4 продольных деформаций размещены на прижимных планках 12, связанных с помощью шарниров 13 с радиальными фиксаторами 10. Планка 12 снабжена шипами 14.

Устройство работает следующим образом.

С помощью болтов 15 и фланцев 16 иэ набора секций труб lm, чередующихся с блоками пневмоцилиндров 5, собирают устройство, затем на секции труб la с внешней стороны и на планку 12 наклеивают розетки тензодатчиков 3 и 4, устройство тарируют в лабораторных условиях.

В одну иэ замораживающих колонок

17, размещенных вокруг шахтного ствола 18 и образующих ледогрунтовое or1008446

4 раждение 19, предварительно освобожденную от хладоносителя и питающей трубы, опускают предлагаемое устройство с помощью гибкого троса 20, который через блок соединяется с лебедкой (не показано). При достижении устройством заданной зоны измерений

его фиксируют (например, тормозом лебедки) и по подводящему воздуховоду 8 под давлением 2-5 атм нагнетают сжатый воздух под поршень 6 каж- 1О дого пневмоцилиндра 5. Поршень, перемещаясь вверх, раздвигает радиальные фиксаторы 10, которые своей сферической торцовой частью 11, обеспечивают скользящий контакт со стен- 15 ками замораживающей колонки 17, этот скользящий контакт позволяет измерить деформации чистого изгиба с помощью датчиков 3. В свою очередь фиксаторы 10 также воздействуют на планку 12, которая с помощью шипов 14 обеспечивает жесткий кон- .. такт со стенками замораживающей колонки 17 и позволяет измерить деформации продольного растяжения — сжатия 75 с помощью датчиков 4.

Показания тензодатчиков 3 и 4 регистрирует тензостанция или мост постоянного тока М0-62, располагающиеся на поверхности (не показано).

Тенэодатчики 3 и .4 с тенэостанцией соединяют многожильным кабелем 21.

Для пропуска набора кабелей вдоль устройства в соединительных фланцах

16 секций делают проточки 22.

- Измерение. деформаций производят периодически, снимая показания тенэодатчиков 3 и 4, которые по тарировочной таблице пересчитывают на ..величину деформаций изгиба и растяжения.

После стабилизации деформирования пород на данном горизонте устройство перемещают вслед за забоем шахтного ствола 18 на новую глубину. Для зтого прекращают нагнетание воздуха в 45 подающий воздуховод 8, оставляя его открытыч, и нагнетают его по отводящему воздуховоду 9 в верхнюю часть каждого пневмоцилиндра 5, опуская, таким образом, поршень 6 вниз и возвращая подпружиненные фиксаторы

10 в исходную позицию. После этого подачу сжатого, воздуха прекращают и с помощью гибного троеа 20 и лебедки устройство перемещают на новую отметку, на которой повторяют весь цикл работ по измерению деформаций.

Пример. При строительстве шахтного ствола диаметром 6 м, глубиной 720 м (например ствола Ю 2 Яковлевского месторождения КИА) под защитой ледогрунтового ограждения с наружным диаметром 19 м, сформированного с помощью замораживающих колонок с внутренним диаметром 124 мм для измерения деформаций изгиба замораживающих колонок, возникающих под влиянием проходки ство.ча, предлагаемое устройство имеет следующие размеры: наружный диаметр труб секций 76 мм, наружный диаметр Фланцев 100 мм, диаметральный габарит механизма распора (по фиксаторам)

114 мм.

Секции труб изготовляются из стали CT-5, фиксаторы из нержавеющей стали, воэдуховоды из резиновых трубок с диаметром отверстия 5-6 мм.

Устройство должно иметь длину, превышающую высоту эаходки,т.е.18-20 м.

Давление воздуха, подаваемого в устройство, обеспечивается компрессором

2-5 атм. Для регистрации показаний тенэодатчиков применяется мост

ИО-62 нли тенэостанция ЦТМ-5. Устройство может быть применено для ! ,измерения деформаций мерзлых стенок шахтных стволов через скважину, также премыкающих к ннм немерзлых пород, например сверху слой толщиной

620 м замораженных пород и под ням слой толщиной 100 м, используемый беэ замораживания по стволу Р 2

Яковлевского рудника.

Предлагаемое устройство может быть применено для измерения деформаций и в горизонтальных эамораживакщих колонках . Для этой цели вместо гибкого троса в качестве досылочного приспособления используют трубостав.-Оно может быть применено также для измерения деформаций изгиба массивов горных пород в диапазоне положительных температур

Ф например тектонических деформаций, через пробуренную скважину. Использование предлагаемого уст- ройства для измерения деформаций горных пород позволяет расширить объем информации о их напряженнодеформированном состоянии, способствуя снижению аварийности в шахтном строительстве вследствие разрыва замораживающих колонок ледогрунтовых ограждений шахтных стволов.

100844б

1008446 рие

Составитель Л. Березкина

Редактор. A. Иотыль Техред Ж. Еастелевич . Корректор A-Повх

Заказ 2298/45 Тираж 601 Подписное

В ИИПИ Государственного комитета СССР во делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПШ! Патент, F Ужгород, ул. Проектная, 4