Устройство для определения деформаций горных пород

Изобретение относится к горномуделу и может быть использовано дляопределения поперечных и продольных.деформаций горных пород в окрестностях пробуренных в них скважиндля дистанционной оценки напряженнодеформированного состояния горногомассива при подземных разработкахполезных ископаемых и контроле запроявлениями горного давления.Известно устройство для измерения поперечных деформаций скважин,пройденных в массиве горных пород,которое состоит из четырехзвенника,жесткие элементы которого соединены шарнирами, причем два противопо,ложных шарнира контактируют со стенками скважин и являются распорнымиэлементами, а два других связаныупругой струной, являющейся натяжным элементом, Йа струне в процессемонтажа устройства устанавливаетсяпомещенный в изолирующий жесткийкорпус преобразователь, содержащийэлектромагнит, Необходимое натяжение струны создается в устройственатяжной головкой, пропущенной водном из шарниров и снабженной натяжной гайкой. Ее вращением привставленном в устье скважины устрой.стве добиваются необходимой частотыколебаний струны, Устройство досыла.ют в скважину на заданную глубину.Изменения диаметра скважины вызывают поперечные смещения.распорныхшарниров и продольные деформацииструны, сопровождающиеся соответствующими изменениями частоты колебаний струны и, следовательно, частоты индуцируемого катушкой тока 1) .Недостатками этого устройстваявляются малая степень надежности Щ 0распора в двух точках при установке и эксплуатации, отсутствие защитыосновного элемента - струны от вредных воздействий шахтной атмосферыу участков ее закрепления на шарнире и в натяжной головке, появлениенеобратимых пластических деформацийструны в процессе ее нагружения приустановке, эксплуатации и перестановке, ненадежная изоляция преобразователя,50Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для определения продольных и поперечных деформаций породв окрестности скважин, содержащеекорпус, клиновой замок, расширяемыес помощью клинового замка упругиеэлементы в виде двух встречно ориентированных, дугообразных. пружин,скрепленных между собой жесткими 60планками и реагирующих на поперечныедеформации скважин, еакрепленнуюмежду центрами упругих элементовструну и укрепленный на одйой изпленок преобразователь (электромаг- у нит). Распорный клиновой замок устройства состоит из двух боковых клиньев, соединенных между собой винтом, который, как и боковые клинья имеет правую и левую резьбу, и сред- него клина, скрепленного с винтом спиральной пружиной растяжения.Устройство раскрепляется с помощью диагонально противоположных дугообразных образующих сравнительно большой длины. Они поджимаются на заданной глубине к стенкам скважины средним клином, смещающимся вследствие перемещения боковых клиньев. Перемещение же боковых клиньев обеспечивается вращением винта. Указанное устройство в раскрепленном виде работает по тому же принципу, что ирассмотренное выше. Изменение диаметра скважины вызывает изменение расстояния между центрами упругих элементов и изменение длины струны, а следовательно, и изменение частоты колебаний последней. Вместе с тем, скрепление двух таких устройств позволяет измерять пепе- речные деформации скважин во взаимно перпендикулярном направлении, а наличие насаженных на винты штанг дает воэможность использовать зти устройства в качестве реперов для измерения продольных деформаций пород в окрестности скважин, в частности, между устройствами и репером, заложенным в устье скважины 2),Недостатками устройства являются малый диапазон измеряемых величин, обусловленный ограниченностью изгиба жестких упругих элементов, недостаточная устойчивость клинового замка на винте, изменение расстояния между струной и электромагнитом, выход из строя устройств при быстром поперечном деформировании скважин, возможность определения взаимно перпендикулярных деформаций скважин только на удаленных друг от друга участках.Указанные недостатки снижают работоспособность известного устройства и делают его мало надежным и недостаточно информативным.Цель изобретения - повышение надежности и информативности устройства для определения деформаций горных пород в окрестности скважин.Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения. деформации горных пород, содержащее корпус, внутри которого размещен шток, электрический преобразователь осевых деформаций, упругие элементы и продольно и поперечно-подвижные клинья, снабжено сильфонами, дополнительным электрическим преобраэова" телем осевых деформаций и дополнитель ными продольно- и поперечно-подвижными клиньями, размещенными взаимно1040150 с переменной жесткостью, при этом один конец каждого упругого элемента соединен с соответствующим поперечно подвижным клином, а другой конец соединен со штоком, выполненным из двух частей, внутри корпуса расположены электрические преобразователи осевых деформаций, чувствительный элемент каждого из которых соединей с соответствующей частью штока, на других концах которых установлены сильфоны, а поперечно-подвижные клинья выполнены с отверстиями для направляющих.На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; ,на фиг. 2 - то же, поперечный разрезОсновным компоновочным узлом устройства для определения деформаций горных пород в окрестности скважин,. является жесткий корпус 1, На корпусе закреплены направляющие стержнй 2, защищенные антикоррозионным ма-териалом, например Фторопластом, полиуретаном, полихлорвинилом и др На каждую пару таких стержней, за . крепленных по одной образующей, на" дет упругий отпорный элемент 3, который может быть выполнен в виде резиновой прркладки или пружины. По.- верх этих элементов на направляющие стержнинасажен поперечно-подвижнйй самотормозящийся клин 4, который работает совместно.с продольно-подвижным клином 5. Для установки устройства по.оси скважины направляющиестержни, упругие отпорные элементы и клинья расположены диаметрально противоположно в одном или двух направлениях. Связь подвижных элементов с корпусом осуществляется посредством упругого кольца б, размещенного в пазах продольно-подвижных клиньев, которые в зависимостиот диаметра скважин могут иметь различную высоту.В связи с тем, что диаметры скважин могут быть различными, а их деФормации передаются на диаметрально противоположные попережно-подвижные . клинья, именно относительно послед- них и ведутся измерения, Они выполняются с помощью диаметрально проти- воположных упругих элементов 7. Один из концов каждого из этих элементов скреплен с поперечно,подвижным клином, другой - со штоком 8.Благодаря скреплению упругих элементов на штоке перемещения попереч . но-подвижных клиньев преобразуются в осевые перемещения штока. Послед. ние определяются, в основном, возможностью изгиба элементов только . вблизи от участка закрепления на перпендикулярно друг к другу, причем корпус выполнен в виде пологостакана с перпендикулярными направляющими, упругие элементы выполнены штоке, сохранением линейности удаленного от него участка. Поэтому,для .увеличения осевых перемещенийштока упругим элементам придана переменная жесткость, максимальная - научастках соединения с поперечно-под вижными с клиньями и минимальнаявблизи от места скрепления со штоком. При таком соотношении жесткости. эластичные участки упругих элементов1 О уподобливаются шарнирам, но в то жевремя исключают необходимость в дополнительных упругих элементах.Шток 8 перемещается в направля"ющей втулке 9, в которой при необхо 15 димости уменьшения трения могут бытьустановлены осевые подшипники 10,Таким образом обеспечивается идентичность деформаций упругих элементов и центровка штока по оси устройства и скважины.Для определения величины осевыхперемещений штока в корпусе можетбыть помещен индуктивный, трансформаторный Фотоэлектрический иди другой преобразователь линейных величин в электрические. В частности,при применении индуктивного преобразователя на штоке, введенном вкорпусе через направляющую втулку,укреплен ферромагнитный мерный сердечник 11. Он перемещается в отверстии закрепленной индуктивной катушки 12. Перемещение сердечникавызывает изменение индуктивности.этой катушки и соответствующее из 35 менение частоты встроенного здесь жеС-генератора 13.Для защиты генератора, преобразователя и трущихся деталей от вред-ного воздействия шахтной атмосферы40 на наружной поверхности втулки и наштоке закреплена. эластичная оболочка 14. Связь ЕС-генератора с источником питания и специальным или стандартным частотомером осуществляется4 с помощью кабеля 15.Устройство работает следующим образом,При установке устройство перемещают в скважине до .заданной глубинытрубчатым досыльником. На заданнойглубине при перемещении досыльниканатягивают кабель .или проволочнуюсвязь и останавливают дальнейшее перемещение корпуса. Это вызываетдвижение продольно-подвижных клиньев относительно поперечно-подвижных.Относительное движение происходитпри малых осевых усилиях. Его результатом является расклинивание.устройства в скважине, которое со 60 провождается поджимом поперечно-подвижных клиньев к корпусу и деформациями диаметрально противоположныхупругих элементов. В результатедеформирования диаметрально противоб 5 положных упругих элементов происхо1040150 ВНИИПИ Заказ 6849/35 Тираж 603 Подписное Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4 дит осевое перемещение штока (штоков) и закрепленного на нем (на них) ферромагнитного сердечника (ферромагнитных сердечников). За счет этого изменяется индуктивность катушки и частота С-генератора, к которому катушки могут подключаться последовательно с помощью стандартных реле. Измерение частоты генератора при установке устройства дает воэможность определять по по лученному ранее тарировочному графику усилие распора устройства в скважине и, следовательно, позволяет оценивать надежность его закрепления,После достижения необходимого 5 усилия распора досыльник извлекают, в устье скважины устанавливают устройство для определения продольных деформаций горных пород и выполняют исходную серию наблюдений. Дальнейшие поперечные деформации скважин вызывают поперечные перемещения клиньев, деформирование упругих элементов и продольные перемещения штоков с сердечниками и, следователь. но, соответствующие изменения частоты генератора, которые фиксируются при периодических замерах. По изменениям частоты судят также о надеж" ности раскрепления предлагаемого устройства и о надежности показаний устройства для определения продольных деформаций.Закрепление каждого из диаметрально противоположных упругих элементов на самотормозящемся клине, упруго 35 поджимаемом к корпусу продольно-подвижным клином облегчает установку устройства, предопределяет его использование при большом диапазоне диаметров скважин и всегда обеспечи О вает соосность устройства и скважины,Наличие самотормозящихся клиньев и возможностьподжатия их к корпусу позволяет надежно определить поперечные деформации скважин без перемещения устройства вдоль оси скважин приР 8+ ф(где Р - осевое усилие вытягиванияустройства, Нф. 0 - сила распора, Н;Ю - угол заоткоски клиньев,- угол трения по поверхностям контактов. Выполнение данного условия приустановке устройства дает возможность использовать его в качестверепера для измерения продольных деформаций и обуславливает применениепроволочной связи такого репера свысокоточными замерными устройствамипродольных деформаций.Применение эластичной оболочкидля изоляции от внешней среды обеспечивает постоянство сопротивлениятрущихся деталей и высокую работо"способность преобразователя, чтоповышает надежность устройства.Наличие диаметрально противоположных упругих элементов, установленныхвзаимно перпендикулярно и скрепленных с независимыми друг от другаштоками, перемещающимися во втулках,расположенных в противоположных концах корпуса, позволяет определятьпоперечные деформации скважин в одном месте, но в различных направлениях. Возможность определения поперечных деформаций в двух направлениях еще более увеличивает информативность устройетва при сохраненииего высокой надежности,