Гидравлический датчик

е ии тчи ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Всесоюзный научно-исследователский институт горной геомеханики имаркшейдерского дела(56) Авторское свидетельство СССРУ 1203248, кл. Е 21 Р 5/00, 1984.(57) Изобретение относится к горноделу и м.б. использовано для исслевания напряженно-деформационного сстояния массива горных пород. Цельизобретения - повышение точности ки и расширение области применепутем совместного измерения осеи радиальных деформаций скважин. к содержит эластичное изолирующее покрытие 1 для герметизации стенок скважины, герметизатор 3 устьяскважины и устр-во 7 для измеренияобъема жидкости, На герметизаторе 3закреплен гидроцилиндр 4 с поршнем 5и штоком 6 с осевым отверстием ираспорным приспособлением 2, размещенным в забое скважины и соединенным посредством тяги 9 с поршнем 5.Надпоршневая полость 8 гидроцилиндра4 сообщена с устр-вом 7 и осевым отверстием в штоке 6, Диаметр поршня5 в /2 раза больше диаметра приспособления 2. Благодаря последнему осевые деформации скважины приводят,по сравнению с радиальными, к вдвоебольшему изменению объема жидкости,регистрируемому устр-вом 7. Изменение объема жидкости в скважине пропорционально изменению величины первого инварианта напряженного состояния массива. 1 ил.37 2шению гидроцилиндра 4 в среднее положение, тяга 9 натягивается грузом10, фиксируется винтом 11 относительно штока 6 и обмазывается герметиком,После отверждения эпоксидногокомпаунда скважина заполняется жидкостью через устройство 7 измеренияобъема жидкости при открытом кране13, после чего кран 13 закрывается,После выравнивания температуры жидкости в скважине и окружающих породпроизводится первоначальный отсчетизменения объема жидкости в скважинес помощью устройства 7. В дальнейшем устройством 7 измеряется изменение объема жидкости в скважине, соответствующее осевым и радиальным деформациям скважины, происходящимвследствие напряжений в горном массиве. При этом за счет выполнениядиаметра поршня 5 в 42 раз превышающим диаметр распорного приспособления 2 и, соответственно, диаметрскважины осевые деформации скважиныприводят, по сравнению с радиальнымидеформациями скважины, к вдвое большему изменению объема жидкости, регистрируемому устройством 7Поскольку изменение объема скважины ь Ч, зависит как от измененияплощади д Б поперечного сечения, таки от изменения ее длины ьЬ, то пренебрегая величинами второго порядка,изменение объема может быть выражено АЧ, = дБЬ +ЛЬ Б где Ь и Б - соответственно длина иплощадь поперечного сечения измерительного участка скважины.Учитывая то, что деформации скважины Ь Б и д Ь могут быть выражены через параметры напряженнодеформированного состояния массива: ВЕ11У,Р,13684Изобретение относится к горномуделу и может быть использовано дляисследования напряженно-деформированного состояния массива горных пород.Цель изобретения - повышение точности оценки и расширение области,применения путем совместного измерения осевых и радиальных деформаций,скважины. 10На чертеже показана схема гидравлического датчика,Гидравлический датчик для оценкинапряженно-деформированного состояниямассива горных пород содержитэластичное изолирующее покрытие 1 длягерметизации стенок скважины, распорное приспособление 2, размещенное взабое скважины, герметизатор 3 устьяскважины, жестко закрепленный на герметизаторе 3, гидроцилиндр 4 с поршнем 5 и штоком 6 с осевым отверстием,устройство 7 для измерения измененияобъема жидкости в скважине, сообщенное с надпоршневой полостью 8 гидроцилиндра 4, тягу 9, связывающую распорное приспособление 2 с поршнем 5,груз 10 и винт 11 для натяжения ификсации тяги 9 и трубку 12 с краном13 для отвода воздуха из полости 30скважины, Надпоршневая полость 8 гидроцилиндра 4 сообщена с отверстием вштоке 6, проходящим через осевое отверстие герметизатора 3. Диаметр поршня 5 в 12 раза больше диаметра рас,порного приспособления 2 и, соответственно, диаметра скважины.Гидравлический датчик работаетследующим образом.Вначале проводится герметизация 40стенок скважины от проникновенияжидкости в массив, Для этого на стенки скважины наносится эластичноеизолирующее покрытие 1 из эпоксидного компаунда и, в случае большихдеформаций, дополнительно устанавливается трубка из тонкой резины. Затем в конце измерительного участкаскважины устанавливается распорноеприспособление 2 с прикрепленной кнему тягой 9 и трубкой 12. Тяга 9пропускается по осевому отверстию вштоке 6. Трубка 12 для отвода воздухаиз скважины пропускается через герметизатор 3 и герметизируется плас гдетичной замазкой. После этого герметизатор 3 вставляется в покрытоеэпоксидным компаундом устье скважины. Поршень 5 выставляется по отно- радиус скважины;- модуль Юнга массива; - коэффициент Пуансона; - компоненты тензора напряжений массива.3 1368437 Выражение (1) может быть представлено в виде: л Таким образом, изобретение позвояет повысить точность оценки напряженно-деформированного состояния горного массива эа счет одновременнойфиксации радиальных и осевых деформаций скважины, а также расширить область использования датчика как любых сочетаний изменения составляющих 10 напряженно-деформированного состояниямассива. 1, Я к, 1 - ,)1(2) Составитель В, ТальвойшРедактор В, Данко Техред М.ДидыкКорректор М. Шароши Тираж 459 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5Заказ 210/29 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Анализ выражения (2) показывает, что по крайней мере в упругой области. деформирования, при условии увеличения доли изменения объема скважины за счет осевых деформаций в два раза 20 изменение объема 6 Ч скважины может быть представлено пропорциональным ,изменению величины первого инварианта,напряженного состояния - (К + + К.б,), 25 Следовательно, измеряемое устройством 7 уменьшение объема скважинысвидетепьствует об увеличении величины (О + Р бф ), а его увеличе4ние - о разгрузке, В случае, еслискважина пробурена в однородном помеханическим свойствам массиве, можнопо измерениям изменения объема скважины определить изменения напряженно- Эдеформированного состояния массива,а именно абсолютные значения величины. 4.(0" +б +К),Формула изобретения Гйдравлический датчик для оценкинапряженно-деформированного состояниямассива горных пород, содержащийэластичное изолирующее покрытие, предназначенное для герметизации стенокскважины, герметизатор устья скважины и устройство для измерения объемажидкости, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиоценки и расширения области применения путем совместного измерения осевых и радиальных деформаций скважины,он снабжен закрепленным на герметизаторе гидроцилиндром с поршнем иштоком с осевым отверстием и распорным приспособлением, размещенным взабое скважины и соединенным посредством тяги с поршнем, йри этом надпоршневая полость гидроцилиндра сообщена с устройством для измеренияобъема жидкости и с осевым отверстием в штоке, а диаметр поршня в /2 разбольше диаметра распорного приспособ-ления,