Фотоупругий датчик для измерения модуля упругости горных пород

Фотоупругий датчик для измерения модуля упругости горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >9339

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт..свид-ву— (22) Заявлено 23.05.75 (21) 2135728 22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M. Кл.з

Е 21 С 39/00

Гееудлрствекный кемктет

СССР (53) УДК 622.83!. .3 (088.8 ) Опубликовано 07.06.82. Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 07.06.82 пе делам лзааретелкй и еткрмтий

1

1 (72) Автор изобретения

Г. И. Кулаков

В

Р

} I !

/ у»", Институт горного дела Сибирского отделения АН ECCPb!:";;.;. (71) Заявитель (54) ФОТОУПРУГИЙ ДАТЧИК Д.ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МОДУ,ЛЯ УПРУГОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относиэся к горному делу, точнее k устройствам для изучения физикомеханических свойств и напряженного состояния горных пород.

Известны фотоупругие датчики в виде цилиндра с осевым отверстием, изготовляемые из оптического стекла и устанавливаемые в скважине (1).

Однако эти устройства предназначены для измерения напряжений и усилий и не пригодны для измерения модуля упругости горных пород вследствие того, что их элементы, контактирующие со стенками скважины, изготовлены из однородных материалов.

Известен фотоупругий датчик для измерения модуля упругости горных пород, включающий цилиндрический элемент из двух полуцилиндров, выполненных из материалов с разными модулями упругости (2).

Недостатком данного датчика является низкая надежность измерений в крепких горных породах.

Цель изобретения — повышение надежности измерений в горных породах с повышенной крепостью при значительных приростах напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что датчик снабжен цилиндром из оптически чувствительного материала, расположенным внутри цилиндрического элемента, причем оба цилиндра установлены коаксиально относительно друг друга, а полуцилиндры внешнего цилиндрического элемента изготовлены из прочных материалов.

На фиг. 1 приведен датчик, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, вид сверху.

Датчик выполнен в виде двухслойного цилиндра, внешний слой которого состоит из двух полуцилиндров I и 2, изготовленных из материалов с разныии модулями упругости, например из берилиевой бронзы и алюts миния. Внутренний цилиндр 3 выполнен из оптически активного материала и снабжен осевым отверстием. Одна из торцовых поверхностей цилиндра 3 снабжена зеркальным слоем 4, служащим для наблюдения оптической картины в датчике в отраженном свете. Полуцилиндры 1 и 2 приклеены к боковой поверхности цилиндра 3. Между собой полуцилиндры 1 и 2 могут быть соединены либо непосредственно, либо через прикладку.

933998

Формула изобретения

1О

Составитель Е. Борисова

Редактор А. Шандор Техред А. Бойкас Корректор О. Билак

Заказ 3843/21 Тираж 623 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Принцип работы датчика заключается в следующем.

Пусть датчик установлен в скважине, пробуренной в горной породе и приклеен к ее стенкам по боковой поверхности внешнего цилиндра. При нагружении массива пород вокруг скважины ее стенки в процессе деформирования будут взаимодействовать с внешним цилиндром датчика. В результате в полуцилиндрах 1 и 2 возникнут напряжения, величина которых будет зависеть от соотношения модуля упругости породы и модуля упругости материала полуцилиндров и поэтому будет различной в разных полуцилиндрах. В процессе деформирования полуцилиндры 1 и 2 будут взаимодействовать с цилиндром 3, в результате чего в последнем также появятся напряжения. Но вследствие различия материала полуцилиндров

1 и 2 и различия величины их деформаций напряжения в половине цилиндра 3, прилегающей к полуцилиндру 1, будут отличаться от напряжений в половине цилиндра 3, прилегающей к полуцилиндру 2. Соответственно будет различной и оптическая картина в них. Сравнивая оптическую картину в каждой из половин цилиндра 3 между собой и с набором тарировочных картин или сравнивая отсчеты по каждой из половин между собой и с тарировочным графиком, судят о величине модуля упругости породы.

При установке в скважине датчик следует ориентировать так, чтобы плоскость соприкосновения полуцилиндров 1 и 2 совпадала с направлением одного из главных напряжений в породе. В этом случае значительно упрощается процесс тарирования датчиков.

Настоящий датчик позволяет измерять модуль упругости горных пород. Знание последнего необходимо при расчете нагрузок на крепи горных выработок, при расчетах устойчивости цели ков, потолочин, стенок выработок и т. п.

Фотоупругий датчик для измерения модуля упругости горных пород, включающий цилиндрический элемент из двух полуцилиндров, выполненных из материалов с раз1s ными модулями упругости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерений в горных породах с повышенной крепостью при значительных приростах напряжений он снабжен цилиндром из оптически чувствительного материала, расположенным внутри цилиндрического элемента, причем оба цилиндра установлены коаксиально относительно друг друга, а полуцилиндры внешнего цилиндрического элемента изготовлены из прочных материалов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Катков Г. А. Исследование горного давления с применением фотоупругих элементов.

2. Авторское свидетельство СССР № 533730, кл. Е 21 С 39/00, 1973 (прототип) .