Датчик для измерения напряжений горных пород

(21) (22) ( ) 3742779/22-018.05.8430.01.86. БюлВсесоюзный нкий проектныйтут горного 7 чно-исследован конструкторскла цветной мета тель инст лур.М.Пекше др. Мет я и кон ссов. М роляНедр СССР1983 ьст С 39/ ОСУДАРСТЕННй КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) В.н.попову В.В Ю.П.Сковородкин и Г (53) 622.235(088.8) (56) Ямщиков В.Си средства исследовани горных пород и проце 1982, с. 134-135.Авторское свидет Р 1112121, кл. Е 21(54) (57) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащий цилиндрический корпус с центральным отверстием, при этом .корпус выполнен из оптически активного вещества с наполнителем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений напряжений путем придания ему избирательной чувствительности к нормальной составляющей компоненте напряжений, наполнитель выполнен в виде высокомодульных магнитоупругих волокон, расположенных параллельно друг другу.,Изобретение относится к горнойпромышленности и может быть использовано для измерения напряжений вмассиве крепких горных пород царудниках для обеспечения безопасностиведения горных работ,Цель изобретения - повышениеточности измерения напряжений путемпридания датчику избирательнойчувствительности к нормальной составляющей компоненте напряжений.На Фиг, 1 изображена прицципйальная конструкция датчика для измерения напряжений горных пород; нафиг, 2 - разрез А-А на Фиг, 1; наФиг. 3 - зависимость изменения магнитной восприимчивости от нагрузки.Датчик для измерения напряженийгорных пород содержит цилиндрическийкорпус 1 (внешний радиус 1 ) с центральным отверстием (радиус) выполненный из оптически активноговещества, например эпоксидной смолы,или оргстекла, или боросиликатнойкроны, типа К с модулем Е = (030,82) 10 ЬПЧа. В корпусе 1 параллельно друг, другу в одном направлепии размещены высокомодульные магнитоупругие волокна 2 с модулем упругости ЕЕ, где Ез - модульупругости магнитоупругих волокон,- модуль упругости корпуса.В качестве магнитоупругих волоконможет оыть использована стальная,никелевая и другие проволоки,Размещение в оптически активномвеществе волокон с модулем упругостиЕ 6 )10 КПа уже при объемных концентрациях 1-10% позволяет получитьмодуль упругости корпуса, превьпдающий модуль упругости окружающихкорпус горных пород более чем в два раза.Для исследования поля напряжений датчик устанавливают в скважине (шпур) так, что с помощью цементирующего состава обеспечивают всесторонний контакт со стенками скважин. Таким образом, датчик и исследуемый массив представляет единое целое и деформация контура скважины полностью воспринимается датчиком. При изменении давления в массиве изменяется магнитная восприимчивость включений (Н ) и, следовательно эффективная магнитная восприимчивость датчика.Для определения направления и величины главных напряжений датчики размещают в разных направлениях вплоскости измерения, При этом датчик,показывающий максимальное изменениемагнитной восприимчивости в точкеизмерения, оказывается размещеннымволокнами по направлению действияглавного напряжения.Принцип действия датчика основанна анизотропном влиянии напряженийна свойства волокнистого композиционного материала, в данном случаена эффективную магнитную восприим-чивость,Так, исследовали высокомодульныйдатчик напряжений с параллельнымиволокнами в одном направлении, Диаметр никелевых волокон 0,07 мм.Расстояние между волокнами выбиралис учетом устранения перекрытия зон.концентрации напряжений, возникающихвокруг волокон в полимерной матрице(ЗД) . Измеренная эффективная восприимчивость Н = 0,7 10ед,СИ.При одноосной нагрузке датчика силойкН, приложенной вдоль волокон,изменение, магнитной восприимчивости6 Н- 0,56 (фиг. За). При приложении такой же одноосной нагрузки надатчик перпендикулярно волокнам, и- 0 13 (Фиг, Зб).Н Пслученные экспериментальные кривые изменения эффективной магнитной восприимчивости от величины и направления приложенной нагрузки подтверждают высокую направленную чувствительность датчика. Предлагаемый датчик напряжений позволяетпутем измерения 6 Н судить о величине и направлении главного напряжения, Кроме того, высокие упрочняющие свойства высокомодульных волокон позволяют получать высокий эффективный модуль упругости датчика -Е,. при их меньшей концентрации.1208233 аказ 214/4 Подни ираж 470 ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Иосква Ж, Раушская наб д. 4 ал ППП "Патент", г. Ужгород Проектн РиазСоставитель Г. Алексееваедактор А. Огар Техред О.Ващщпина Корректор И, Иаксимишин