Устройство для определения деформаций горных пород

Устройство для определения деформаций горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее корпус, внутри которого размещен шток, электрический преобразователь осевых деформаций, упругие элементы и продольнои поперечно-подвиж ные клинья, от л и ч а ю щ е есятем , что, с целью повышения надежности и информативности, оно снабжено сильфонами, дополнительным электрическим преобразователем осевых деформаций и дополнительными продольно- , и поперечно-подвижными клиньями, размещенными взаимно перпендикулярно друг к другу, причем корпус выполнен в виде полого стакана с перпендикулярными направляющими, упругие элементы выполнены с переменной жесткостью, при этом один конец каждого упругого элемента соединен с соответствующим поперечно-подвижным клином, а другой конец соединен со штоком, выполненным из двух часi тей, внутри корпуса расположены электрические преобразователи вых деформаций, чувствительный элемент каждого из которых соединен с соответствующей частью штока, на других концах которых установлены сильфоны, а поперечно-подвижные клинья выполнены с отверстиями для направляющих.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А (19) (117."Э(50 Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i (21) 3436660/22-03 (22) 11.05:82 (46) 07.09.83. Бюл. Р 33 (72) Ю. С. Афанасьев, В. П. Калин« ников, М. Д. Мазья, В. Д. Палий, В. К. Пискарев, И. И. Протопопов, В. К. Скольнов, Е. С. Смелянский и М. С. Эпштейн (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомехани- --. ки и маркшейдерского дела (53) 622.254(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство .СССР:. Р 351101, кл. G 01 L 1/10, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 183461, кл. Е 21 В 47/08, 1965 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее корпус, внутри которого размещен шток, электрический преобразователь осевых деформаций, упругие элементы и продольно- и поперечно-подвиж ные клинья, о т л и ч а ю щ е е с я .

Х тем, что, с целью повышения надежности и информативности, оно снабжено сильфонами, дополнительным электрическим преобразователем осевых деформаций и дополнительными продольно-, и поперечно-подвижными клиньями, размещенными взаимно перпендикулярно друг к другу, причем корпус выполнен в виде полого стакана с перпендикулярными направляющими, упругие элементы выполнены с переменной жесткостью, при этом один конец каждого упругого элемента соединен с соответствующим поперечно-подвижным клином, а другой конец соединен со штоком выполненным из двух часI

O тей, внутри корпуса расположены ® электрические преобразователи осе вых деформаций, чувствительный элемент каждого из которых соединен с соответствующей частью штока, на других концах которых установлены сильфоны, а поперечно-подвижные клинья выполнены с отверстиями для направляющих.

1040150

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения поперечных и продольных деформаций горных пород в окрестностях пробуренных в них скважин для дистанционной оценки напряженно- 5 деформированного состояния горного массива при подземных разработках полезных ископаемых и контроле за проявлениями горного давления.

Известно устройство для измере- 10 ния поперечных деформаций скважин, пройденных в массиве горных пород, которое состоит из четырехзвенника, жесткие элементы которого соединены шарнирами, причем два противопо- 15 ,ложных шарнира контактируют со стенками скважин и являются распорными: элементами, а два других связаны упругой струной, являющейся натяжным элементом. Йа струне в процессе монтажа устройства устанавливается помещенный в изолирующий жесткий корпус преобразователь, содержащий электромагнит. Необходимое натяжение струны создается в устройстве натяжной головкой, пропущенной.в одном из шарниров и снабженной натяжной гайкой. Ее вращением при вставленном в устье скважины устройстве добиваются необходимой частоты колебаний струны. Устройство досылают в скважину на заданную глубину.

Изменения диаметра скважины вызывают поперечные смещения.распорных шарниров и продольные деформации струны, сопровождающиеся соответст- 35 вующими изменениями частоты колебаний струны и, следовательно, частоты индуцируемого катушкой тока j1) .

Недостатками этого устройства являются малая степень надежности @) распора в двух точках при установке и эксплуатации, отсутствие защиты основного элемента - струны от вредных воздействий шахтной атмосферы у участков ее закрепления на шарнире и в натяжной головке, появление необратимых пластических деформаций струны в процессе ее нагружения при установке, эксплуатации и перестановке, ненадежная изоляция преобразователя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения продольных и поперечных деформаций пород в окрестности скважин, содержащее корпус, клиновой замок, расширяемые с помощью клинового замка упругие элементы в виде двух встречно ориентированных, дугообразных. пружин, скрепленных между собой жесткими 60 планками и реагирующих на поперечные деформации скважин, еакрепленную между центрами упругих элементов струну и укрепленный на одйой из пленок преобразователь (электромагнит). Распорный клиновой замок устройства состоит из двух боковых клиньев, соединенных между собой винтом, который, как и боковые клинья имеет правую и левую резьбу, и сред-! него клина, скрепленного с винтом спиральной пружиной растяжения.

Устройство раскрепляется с помощью диагонально противоположных дугообразных образующих сравнительно большой длины. Они поджимаются на заданной глубине к стенкам скважины средним клином, смещающимся вследствие перемещения боковых клиньев. Перемещение же боковых клиньев обеспечивается вращением винта.

Указанное устройство в раскрепленном виде работает по тому же принципу, что и рассмотренное выше. Изменение диаметра скважины вызывает изменение расстояния между центрами упругих элементов и изменение длины струны, а следовательно, и изменение частоты колебаний последней.

Вместе с тем, скрепление двух таких устройств позволяет измерять пеперечные деформации скважин во взаимно перпендикулярном направлении, а наличие насаженных на винты штанг дает воэможность использовать зти устройства в качестве реперов для измерения продольных деформаций пород в окрестности скважин, в частности, между устройствами и репером, заложенным в устье скважины (Z$ .

Недостатками устройства являются малый диапазон измеряемых величин, обусловленный ограниченностью изгиба жестких упругих элементов, недостаточная устойчивость клинового замка на винте, изменение расстояния между струной и электромагнитом, выход из строя устройств при быстром поперечном деформировании скважин, возможность определения взаимно перпендикулярных деформаций скважин только на удаленных друг от друга участках.

Указанные недостатки снижают работоспособность известного устройства и делают его мало надежным и недостаточно информативным.

Цель изобретения - повышение надежности и информативности устройства для определения деформаций горных пород в окрестности скважин.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения. деформации горных пород, содержащее корпус, внутри которого размещен шток, электрический преобразователь осевых деформаций, упругие элементы и продольно и поперечно-подвижные клинья, снабжено сильфонами, дополнительным электрическим преобразователем осевых деформаций и дополнитель. ними продольно- и поперечно-подвижными клиньями, размещенными взаимно

1040150 перпендикулярно друг к другу, при:чем корпус выполнен в виде полого стакана с перпендикулярными направляющими, упругие элементы выполнены с переменной жесткостью, при этом один конец каждого упругого элемента соединен с соответствующим поперечно подвижным клином, а другой конец соединен со штоком, выполненным из двух частей, внутри корпуса расположены электрические преобразователи осевых деформаций, чувствительный элемент каждого из которых соединей с соответствующей частью штока, на других концах которых установлены сильфоны, а поперечно-подвижные клинья выполнены с отверстиями для направляющих.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; ,на фиг. 2 — то же, поперечный разрез

Основным компоновочным узлом устройства для определения деформаций горных пород в окрестности скважин.. является жесткий корпус 1. На корпусе закреплены направляющие стержни

2, защищенные антикоррозионным ма- териалом, например фторопластом, полиуретаном, полихлорвинилом и др..

На каждую пару таких стержней, за крепленных по одной образующей, надет упругий отпорный элемент 3, который может быть выполнен в виде резиновой прркладки или пружины. По.верх этих элементов на направляющие стержни насажен поперечно-подвижнйй: самотормозящийся клин 4, который работает совместно.с продольно-подвижным клином 5. Для установки устройства по.оси скважины направляющие стержни, упругие отпорные элементы и клинья расположены диаметрально противоположно в одном или двух направлениях. Связь подвижных элементов с корпусом осуществляется посредством упругого кольца 6, размещенного в пазах продольно-подвижных клиньев, которые в зависимости . . от диаметра скважин могут иметь различную высоту.

В связи с тем что диаметры скважин могут быть различными, а их деформации передаются на диаметрально противоположные попережно-подвижные клинья, именно относительно послед- них и ведутся измерения. Они выполняются с помощью диаМетрально проти- воположных упругих элементов 7. Один из концов каждого из этих элементов скреплен с поперечно подвижным клином, другой - co штоком 8.

Благодаря скреплению упругих элементов на штоке перемещения попереч но-подвижных клиньев преобразуются в осевые перемещения штока. Последние определяются, в основном, воз-можностью изгиба элементов только . вблизи от участка закрепления на штоке, сохранением линейности удаленного от него участка. Поэтому ,для .увеличения осевых перемещений штока упругим элементам придана переменная жесткость, максимальная - на участках соединения с поперечно-подвижными с клиньями и минимальнаявблизи от места скрепления со штоком. При таком соотношении жесткости . эластичные участки упругих элементов

1О уподобливаются шарнирам, но в то же время исключают необходимость в дополнительных упругих элементах.

Шток 8 перемещается в направля" ющей втулке 9, в которой при необходимости уменьшения трения могут быть установлены осевые подшипники 10.

Таким образом обеспечивается идентичность деформаций упругих элементов и центровка штока по оси устройства и скважины.

Для определения величины осевых перемещений штока в корпусе может быть помещен индуктивный, трансформаторный фотоэлектрический иди цругой преобразователь линейных величин в электрические. В частности, при применении индуктивного преобразователя на штоке, введенном в корпусе через направляющую втулку, укреплен ферромагнитный мерный сердечник 11. Он перемещается в отверстии закрепленной индуктивной катушки 12. Перемещение сердечника вызывает изменение индуктивности. этой катушки и соответствующее из35 менение частоты встроенного здесь же

LC-генератора 13.

Для защиты генератора, преобразователя и трущихся деталей от вред- ного воздействия шахтной атмосферы

4О на наружной поверхности втулки и на штоке закреплена, эластичная оболочка 14. Связь LC-генератора с источником питания и специальным или стандартным частотомером осуществляется

4 с помощью кабеля 15.

Устройство работает следующим образом.

При установке устройство перемещают в скважине до .заданной глубины трубчатым досыльником. На заданной глубине при перемещении досыльника натягивают кабель .или проволочную связь и останавливают дальнейшее перемещение корпуса. Это вызывает движение продольно-подвижных клиньев относительно поперечно-подвижных.

Относительное движение происходит при малых осевых усилиях. его результатом является расклинивание. устройства в .,скважине, которое со60 провождается поджимом поперечно-подвижных клиньев к корпусу и деформациями диаметрально противоположных упругих элементов. В результате .деформирования диаметрально противо. я положных упругих элементов происхо1040150

ВНИИПИ Заказ 6849/35 Тираж 603 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная,4 дит осевое перемещение штока (штоков) и закрепленного на нем (на них) ферромагнитного сердечника (ферромагнитных сердечников). За счет этого изменяется индуктивность катушки и частота LC-генератора, к которому катушки могут подключаться последовательно с помощью стандартных реле. Измерение частоты генератора при установке устройства дает воэможность определять по по- (0 лученному ранее тарировочному графику усилие распора устройства в скважине и, следовательно, позволяет оценивать надежность его закрепления.

ПосЛе достижения необходимого 5 усилия распора досыльник извлекают, в устье скважины устанавливают устройство для определения продольных деформаций горных пород и выполняют исходную серию наблюдений. Дальнейшие поперечные деформации скважин вызывают поперечные перемещения клиньев, деформирование упругих элементов и продольные перемещения штоков с сердечниками и, следовательно, соответствующие изменения частоты генератора, которые фиксируются при периодических замерах. По изменениям частоты судят также о надеж» ности раскрепления предлагаемого устройства и о надежности показаний устройства для определения продольных деформаций.

Закрепление каждого из диаметрально противоположных упругих элементов на самотормозящемся клине, упруго 35 поджимаемом к корпусу продольно-подвижным клином облегчает установку устройства, предопределяет его использование при большом диапазоне диаметров скважин и всегда обеспечи- go вает соосность устройства и скважины.

Наличие самотормозящихся клиньев и возможность поджатия их к корпусу позволяет надежно определить поперечные деформации скважин без перемещения устройства вдоль оси скважин при

Р а8)tg (ac+ р) t(р где P — - осевое усилие вытягивания устройства, Н, Q - сила распора, Н;

Ю - угол заоткоски клиньев, - угол трения по поверхностям

1 контактов.

Выполнение данного условия при установке устройства дает возможность использовать его в качестве репера для измерения продольных деформаций и обуславливает применение проволочной связи такого репера с высокоточными замерными устройствами продольных деформаций.

Применение эластичной оболочки для изоляции от внешней среды обеспечивает постоянство сопротивления трущихся деталей и высокую работоспособность преобразователя, что повышает надежность устройства.

Наличие диаметрально противоположных упругих элементов, установленных взаимно перпендикулярно и скрепленных с независимыми друг от друга штоками, перемещающимися во втулках, расположенных в противоположных концах корпуса, позволяет определять поперечные деформации скважин в одном месте, но в различных направлениях. Возможность определения поперечных деформаций в двух направлениях еще более увеличивает информативность устройетва при сохранении его высокой надежности.