Стенд для исследования процесса термомеханического разрушения горных пород

Стенд для исследования процесса термомеханического разрушения горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОЛ ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Оц744!34

Соаз Советских

Социалистическим

Реопублик - (61) Дополнительный к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.03.78 (21) 2593375/22-03 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень № 24 (45) Дата опубликования описания 30.06.80 (51) М. К .

Е 21С 21/00

G 01К 17/06

Государстеенный комитет (53) УДК 622.243.94;

: 536.2 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. А. Галяс, О. И. Козырев и Г. И. Незнамов

Институт геотехнической механики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение касается конструкции стенда для исследования процесса термомеханического разрушения горных пород при одновременном действии тепловой и механической нагрузок. 5

Известен стенд для исследования процесса термомеханического бурения, содержащий имитирующий призабойный участок скважины цилиндрический кожух, внутри которого установлен термомеханический ор- 10 ган и термодатчики, размещаемые в отверстиях днища этого кожуха, перекрываемых заслонкой. Указанная заслонка расположена во внутренней полости днища и имеет отверстия, совпадающие с отверстиями дни- 15 ща во время проведения замеров, при этом заслонка и термодатчики снабжены приводами для их поступательного синхронного перемещения (1).

В результате такого выполнения стенда 20 удается добиться повышения точности измерения термодинамических параметров процесса. Однако из-за своих конструктивных особенностей стенд имеет узкую область применен.;я в отношении проводимых исследований и, в частности, не приспособлен для исследования ударных воздействий на термически ослабленную породу.

Более близким техническим решением из известных к изобретению является стенд 30 для исследования процесса термомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму, смонтированный на ней копер со свободно падающим ударником и с механизмом для его удержания в поднятом положении, породоразрушающий инструмент, воздействующий на образец горной породы, и источник тепла, размещенный на опорной раме с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости относительно поверхности образца горной породы (2).

С помощью этого стенда возможно определять такие параметры термомеханического процесса разрушения, как энергия удара, скорость приложения нагрузки, эффективность теплового воздействия на поверхность образца породы, коэффициент теплоотдачи, максимальные значения удельного теплового потока и т. д.

Наряду с этим известный стенд не позволяет получать достаточно точные данные, так как влияние формулы ударного импульса не изучается. Кроме того, проведение исследований на этом стенде требует значительного времени из-за наличия множества ручных операций.

Цель изобретения заключается в создании такого стенда, который обеспечивал бы

744134 повышение точности проведения исследований и их ускорение.

Эта цель достигается благодаря тому, что стенд снабжен соединенной с породоразрушающим инструментом штангой, установленной с возможностью осевого перемещения в вертикальной плоскости и взаимодействия с ударником и несущей тензодатчики для замера прямой и отраженной ударных волн, при этом приводы для перемещения источника тепла и штанги оперативно связаны между собой и с механизмом удержания ударника.

На чертеже показана принципиальная схема стенда, выполненного в соответствии с изобретением.

Стенд имеет опорную раму 1 и смонтированный на ней копер 2 со струнами 3, по которым перемещается ударник 4, и с механизмом 5 для удержания ударника 4 в поднятом положении. Соосно ударнику 4 расположена в направляющих 6 корпуса 2 штанга-волновод 7 с закрепленными на ней тензодатчиками 8 и 9 соответственно для замера прямой и отраженной волн, подключенными к регистрирующей аппаратуре, например к катодному осциллографу.

Штанга 7 оснащена породоразрушающим инструментом 10, контактирующим с образцом 11 торной породы, На опорной раме

1 посредством держателя 12 установлен источник 13 тепла, например плазматрон, имеющий возможность перемещения в горизонтальной плоскости относительно образца 11 горной породы.

Перемещение источника 13 тепла в горизонтальной плоскости и штанги 7 в вертикальной плоскости осуществляется при помощи гидроцилиндров 14 и 15 соответственно, которые посредством электрозолотников 16 и 17 соединяются с маслостанцией.

Оперативная связь цилиндров 14 и 15 между собой и механизма 5 удержания ударника 4 достигается с помощью реле 18 времени, соединенного токопроводами 19 с электрозолотниками 16 и 17 и приводом механизма 5.

Принцип работы стенда заключается в следующем.

На раму 1 стенда устанавливается образец 11 горной породы. Производится запуск источника 13 тепла и вывод его на рабочий режим за пределами рамы 1 стенда. Штанга 7 при этом поднята над образцом 11 породы. Включается гидроцилиндр 14, который перемещает источник 13 тепла с заданной скоростью относительно образца 11 горной породы. В результате происходит нагрев некоторой полосы на поверхности образца 11 породы. Через установленный с помощью реле 18 промежуток времени штанга 7 гидроцилиндром 15 опускается, прижимая породоразрушающий инструмент

10 к нагретой зоне образца 11 горной по5

Зо

65 роды, после чего включается привод механизма 5 и ударник 4 сбрасывается, ударяя по штанге 7. Тензодатчики 8 и 9 производят запуск осциллографа и регистрируют прямую и отраженную ударные волны. 3атем производится выключение источника 13 тепла, подъем штанги 7 и измерение объема и глубины лунки выкола в образце 11 горной породы.

Использование предлагаемого стенда в исследованиях позволяет решать научные и практические задачи, в частности: — путем обработки осциллограмм прямого и отраженного импульса получать зависимости скорости и пути перемещения инструмента при внедрении, усилие и напряжения на контакте внедрения, КПД передачи энергии и ряд других параметров при различных температурных полях; — изучать влияние параметров нагружения породы (скорости движения источника тепла, режимов его работы, энергии удара, формы и длительности ударного импульса и т. д.) на эффективность процесса разрушения; — анализом полученных результатов определять рациональные параметры термотехнического разрушения, пути совершенствования термомеханических рабочих органов и режимов их работы, обеспечивающих наибольшую производительность разрушения при минимальной энергоемкости.

Формула изобретения

Стенд для исследования процесса термомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму, смонтированный на ней копер со свободно падающим удар иком и с механизмом для его удержания в поднятом положении, породоразрушающий инструмент, воздействующий на образец горной породы, и источник тепла, размещенный на опорной раме с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости относительно поверхности образца горной породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности проведения исследований и нх ускорения, он снабжен соединенной с пор одоразрушающим инструментом штангой, установленной с возможностью осевого перемещения в вертикальной плоскости и взаимодействия с ударником и несущей тензодатчики для замера прямой и отраженной ударных волн, при этом приводы для перемещения источника тепла и штанги оперативно связаны между собой и с механизмом удержания ударника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Хо 395571, кл. Е 21С 21/00, 1972.

2. Галяс А. А. и др. Основы термомеханического разрушения горных пород. 1(иев, «Наукова думка», 1972, с. 180 — 182, 744134

Составитель В. Maxaesa

Техред Л, Куклина

Редактор Д. Павлова

Корректор P. Беркович

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1020/15 Изд, № 333 Тираж 626 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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