Устройство для измерения напряжений горных пород

Дата опубликования описания 18 11 8 2) Авторы изобретен/ нина ийституга,Особое конструкторское бюро Орден физики им. О, Ю.Шмидта(73 ) Заявител ИЙ ТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПР ГОРНЫХ ПОРОД Изобретение относится к технике измерений механических напряжений горны пород и может быть использовано для регистрации напряжений с целью прогнозирования сейсмических событий, а также для регистрации напряжений в подземных горных выработках и бортах карьеров при разработке профилактических мер борьбы с горными ударами, стрелянием и выбросами горных пород.Известны устройства с гидравлическим датчиками для измерения напряжения горных пород, которые содержат гидравлический датчик, связанный трубопроводом с манометром, а также вентили. При подаче жидкости в гидросистему устройства из нее вытесняют воздух, После того, как жидкость начнет изливаться из выходного отверстия датчика, систему герметизи при этом воз з гидросисте полностью нустройства,высок оточны даляетс что не позволяет провод измерения. Известно также устройство для измерения напряжений с гидравлическим датчиком мембранного типа, которое содержит датчик, состоящий из рабочих мембран, связанных жесткой рамкой, трубопровод и регистратор, например дифференциальный манометр. Между мембранами датчика образована герметичная полость, заполняемая жидкостью. Давление жидкости в датчике должно обеспечивать прижатие мемб Оран к внутренней поверхности щели, образованной в горной породе. Удаление воздуха из гидросистемы устройства осуществляют путем вакуумирования системы с последующим заполнением ее жидкостьюЦ, 5Однако в процессе вакуумирования наблюдается движение мембран в сторону попости, что вызывает разрушение соединительной эоны мембран .Кроме того, даже при тщательном эапопнении гидросистемы устройства жидкостью, в ней могут остаться пузырьки газа,влияющее на точность измерений. Поэтому рекомендуется простукивание системы, а в системе с3малым объемом жидкости - простукиваниев течение длительного времени.Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее гидравлический датчик мембранного типа, который дляувеличения точности измерений, при помещении в измерительную щель, связывают с горной породой контактным веществ.(вом, например бетоном. Датчик соединентрубопроводом с преобразователем сигнала датчика, например в виде сильфонас емкостным преобразователем 3.Однако наличие цуэырьков воздуха вгидравлической системе устройства приводит к снижению точности измерений и не 15обеспечивает возможности измерения квазистатических напряжений на фоне земныхприливов.Цель изобретения - повышение точностиизмерений за счет исключения газа изгидравлической системы устройства.Указанная цель достигается тем, чтов устройстве для измерения напряженийгорных пород, содержащем гидравлическийдатчик мембранного типа, связанный сое- р 5динительным каналом спреобразователемсигнала датчика, соединительный каналустройства в средней части выполнен ввиде расположенной в вертикальной плоскости спирали, например спирали Архимеда, начальный участок которой выполненвогнутым по отношению к оси соединительного канала и служит зоной энергетического ускорения, а выпуклый участок в верхней части снабжен спускным устройством35и служит накопителем газа,Такое выполнение обеспечило ускорение движения газа в начале спирали, апо мере приближения к спускному клапанустабилизации движения газа в зоне его на 40копления,638 4ного канала выполнена в виде спирали, начальный участок 5 которой вогнут по отношению к оси соединительного канала, а выпуклый участок 6 снабжен спускным устройством 7. Спиральная часть связана с линейными участками соединительного канала упругими элементами 8, а с контролируемым массивом - упругими элементами 9.Устройство работает следующим. образом.Контакт мембран датчика с породой обеспечивает изменение давления жидкости в датчике при деформации породы. Это изменение фиксируется замкнутой гидро- системой датчик-преобразователь сигнала и регистрируется, При этом воздух, имеющийся в гидравлической системе устройст-; ва, движется в наиболее высокую точку, В предлагаемой системе в этой точке установлено спускное устройство 7, через которое выводят воздух, скапливаемый в верхней части спирального участка соединительного канала.Однако, в гидросистеме обычно имеют место "мертвые точки, откуда .гаэ мо.жет быть выведен только принудительно, Газ, двигающийся по соединительному каналу, может не обладать энергией, достаточной для перемещейия в верхнюю точку системы, в результате чего его движение может происходить длительное время на участке между датчиком напряжений и регистратором без попадания в накопитель. Для обеспечения энергетики газовых пузырьков образована энергетическая зона ускорения в виде вогнутой части 5 спирали, Попадающие в эту зону пузырьки получают дополнительную энергию за счев разности высот, что увеличивает вероятность их попадания в накопитель.Спиральная часть соединительного канала связана с его линейными участками упругими элементами, например спиральными пружинами с различающимися между 45 собой упругими характеристиками, а с контролируемым массивом горных пород - не менне чем тремя упругими элементами, расположенными под равными углами друг к другуеНа чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого устройства,Устройство содержит гидравлический датчик напряжений 1 мембранного типа, связанный соединительным каналом 2 с 55 преобразователем 3 сигнала датчика. Датчик напряжений установлен в массиве 4 горных пород. Средняя часть соединительВ процессе работы измерительного комплекса происходят колебания массива пород, .вызванные сейсмическими явлениями, буровыми работами, взрывами и другими факторами, под воздействием которых происходят колебания соединительных каналов измерительного устройства. Однако их упругие характеристики незначительны и не могут длительное время поддерживать колебания, которые могут служить импульсом для выведения газовых пузырьков иэ состояния равновесия и начала их движения по соединительному каналу в накопитель, Поэтому спиральная часть соединительного канала снабжена упругими элементами, которые под действием даже незначительных колебаний массива выхоформула изобретения Устройство для измерения напряжений горных пород, содержашее гидравлический датчик мембранного типа, связанный соединительным каналом с преобразователем 30 5 881 дят из состояния равновесия, что ведет к, раскачиванию соединительного канала, С обеих сторон спиральной части соединительного канала установлены упругие элементы, например спиральные пружины, с различаюшимися упругими характерисР тиками, поэтому колебания их происходят в режиме несовпадения частот, что и создает импульсное воздействие на пузырьки воздуха, 1 ОС контролируемым массивом горных пород спиральная часть соединительного канала связана не менее, чем тремя упругими элементами, что обеспечило подачу дополнительного импульса в вертикальном 1 5 направлении. Расположение нескольких,юпример трех упругих элементов под равными углами друг к другу, позволило создать плоскость, передающую колебания вертикально, гоЭффективность изобретения состоит в повышении точности измерений за счет выведения воздуха иэ гидравлической системы устройства в процессе его работы, и обеспечения возможности проведения 2 з квазистатических измерений. 638 6сигнала датчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения газа из гидравлической системы устройства, соединительный канал в средней части выполнен в виде расположенной в вертикальной плоскости спирали, например спирали Архимеда, начальный участок которой, служащий зоной энергетического ускорения, выполнен вогнутым по отношению к оси соединительного канала, а выпуклый участок спирали, служащий накопителем газа, снабжен спускным устройством, при этом спиральная часть соединительного канала связана с его линейными участками упругими элементами с различающимися упругими характеристиками, а с контролируемым массивом горных пород - не ме-. нее, чем тремя упругими элементами, расположенными под равными углами друг к другуИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Курленя М. В. и др, Техника экспериментального определения напряженийв осадочных породах, Новосибирск, Наука, 1975, с. 79.2. Аппаратура, методы и результатысейсмометрических наблюдений, Сб. Сейсмические приборы, Вып, 12, М., фНаука",1979, с. 82-84,3. Авторское: свидетельство СССР662831, кл.( 01 Ь 1/16, 1977ВНИИПИ Заказ 9964/68 1 ираж 735 Годписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная.4