Установка для длительных статических испытаний горных пород

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 Й КОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ГОСУДАРСТВ ПО ДЕЛАМ И САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ к облас Установ ватель ик ость испыт ни ооковыхизмененияхеды. Длясуде (АС) 1 во ССС 1967ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный научно-исследский институт горной геомехани маркшейдерского дела(54) УСТАНОВКА ДДЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ СТАЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение отндси исследования горных пор позволяет повысить точн ний за счет стабили деформаций образца 9 пр температуры окружающей этого в аккумуляторном1303882 с рабочей жидкостью размещены электронагреватели (Э) 2 и 3. Герметичная камера 10 для испытания образца соединена с АС 1 и сообщена с источником давления в виде насосной станции 12, Электронный блок 19 управления нагрузкой соединен с измерителем 8 поперечных деформаций образца 9 и подключен к Э 2 и 3, которые дейст- , вуют независимо. Заполняется от насоса 12 рабочей жидкостью камера 10, Затем переключателем 15 подключается к источнику 16 электропитания Э 3.Электрическая мощность в Э 3 рассчитывается таким образом, чтобы он при постоянной работе нагрел жидкость в АС 1 до 35-40 С, Затем образцу 9 передается осевое давление плунжеИзобретение относится к физико- механическим исследованиям горных пород в лабораторных условиях в частности к исследованию бокового распора горных пород, 5 Целью изобретения является повышение точностИ испытаний за счет стабилизации боковых деформаций образцапри изменениях температуры окружающей среды,На чертеже изображена установкадля длительных статических испытанийгорных пород.Установка содержит узел стабилизации нагрузки, включающий аккумуляторный сосуд 1, заполненный рабочейжидкостью, например компрессорныммаслом (не показано), погруженные вжидкость основной 2 и дополнительный3 электронагреватели, подключенныечерез электровводы в крышке аккумуляторного сосуда 1 к выходам 4 и 5 усилителя 6 электронного блока управления нагрузкой с возможностью их независимого действия, Ко входу усилителя 6 подключен выход тензометрической мостовой схемы 7, одним из плечейкоторой является измеритель 8 поперечных деформаций образца 9, помещенного в испытательную герметичную камеру 10. Гидравлическая связь аккуму-,ляторного сосуда 1 с камерой 10 осуром 18Одновременно образец нагружается боковым давлением с помощью насоса 12 при условии предотвращениядеформаций бокового выдавливания образца. Т,е, поддерживается нулеваяпоперечная деформация, контролируемая мостовой схемой 7 блока 19. При длительных испытаниях образца 9 внем развиваются процессы ползучестив поперечном направлении. При этомпроисходит разбаланс схемы 7, и релейные элементы усилителя подключают к цепи питания Э 2, Таким образомэлектронный блок 19 выполняет двефункции: регулирование бокового давления иподдержание постояннойдеформации образца, стабилизация боковогодавления при длительных нагрузках. 1 ил. ществляется через трубопровод 11 и начальное рабочее давление в камере 10 создается с помощью источника давления, например насосной станции .12. Осевое давление на образец 9 в испытательной камере 10 создается через канал 13 от источника давления (не показан). Установка также содержит манометр 14 для измерения и визуального контроля давления жидкости в испытательной камере 10, переключатель 15 для переключения электронагревателей 2 и З,на ручной режим работы с подключением источника 16 электропитания, средство измерения осевой нагрузки на образец 9 в виде манометра 17, средство создания осевой нагрузки на образец в виде плунжера 18.Электронный блок 19 управления нагрузкой с обратной связью включает тензометрическую мостовую схему 7, соединенную с усилителем 6, переключатель 15 для подключения электронагревателей 2 и 3 и источник 16 электропитания.Установка работает следующим об.разом.Первый этап - подготовка установки к работе. Гидравлическая система, состоящая из аккумуляторного сосуда 1, трубопровода 11 и рабочей полости испытательной камеры 10 с об82 4личении поперечных деформаций образца 9 происходит разбаланс тензометрической мостовой схемы и релейные элементы усилителя подключают к цепи питания второй нагреватель 2, что вызывает дополнительное повышение температуры жидкости в аккумуляторном сосуде и увеличение ее объема, т.е. повышение давления в сосуде 1 и камере 10. Деформации образца снова етановятся равными начальным, осуществляется баланс мостовой схемы и отключение от цепи питания нагревателя 2. Нагреватель 3 при этом остается постоянно включенным в цепьпитания. При длительных испытаниях температура окружающей среды изменяется. При понижении температуры жидкости в камере боковое давление на образец 9 падает. Последний начинает расширяться и необходимое для стабилизации повышение давления при этом осуществляется, как указано выше, При повышении температуры окружающей среды температура жидкости в камере 10 увеличивается, боковое давление на образец возрастает, поперечные деформации образца уменьшаются. Происходит разбаланс мостовой схемы 7 (противоположного знака по сравнению с п. 3), при котором релейные элементы усилителя отключают от цепи питания оба нагревателя 2 и 3, Температура жицкости в аккумуляторном сосуде 1 снижается, что ведет к уменьшению ее объема и давления жидкости в камере, При балансе мостовой схемы релейные элементы усилителя включают нагреватель 3.Аналогично работает установка и при испытаниях пород на ползучесть при объемном сжатии, Так как начальный объем жидкости благодаря предварительному повышению температуры в аккумуляторном сосуде больше, чем при температуре окружающей среды, то при увеличении объема образца 9 происходит отключение обоих нагревателей 2 и 3 от усилителя и понижение температуры жидкости в аккумуляторном сосуде 1 до величины, меньшей начальной, т.е. объем жидкости становится меньше по сравнению с первоначальным объемом, что позволяет поддерживать боковое давление постоянным, В известной установке (прототип) объем жидкости не может быть меньшим на 50 При нулевой деформации образца (баланс тензометрической схемы) к цепи питания подключен нагреватель 3. Температура жидкости в аккумуляторном сосуде на 15-20 С выше темопературы окружающей среды,При длительной выдержке образца в нем развиваются процессы ползучести в поперечном направлении, При уве 55 3 13038 разцом породы 9 заполняется рабочей жидкостью от насосной станции 12. После этого переключатель 15 переводят в правое по схеме положение (ручной режим работы), а нагреватель 3 при этом подключается к источнику 16 электропитания. Электрическая мощность нагревателя 3 рассчитывается таким образом, чтобы он при постоянной работе нагрел жидкость в аккуму ляторном сосуде 1 до 35-40 С (на 15 о20 С выше температуры окружающей среды). Таким образом, до проведения испытаний (нагружение образца) в аккумуляторном сосуде 1 поддерживается 15 указанная повышенная температура. Температура жидкости в испытательной камере 10 при этом изменяется весьма незначительно, так как трубопровод 11 имеет небольшое сечение и относительно,большую длину.Второй этап - погружение образца 9 до расчетной величины осевого давления, Вначале производится баланс тензометрической мостовой схемы 7 25 и проверка работы усилителя 6. Затем нагружение образца 9 производится вручную. Через канал 13 от источника осевого давления подается под давлением рабочая жидкость, через плунжер 30 18 осевое давление передается образцу 9. Одновременно с осевым давлением образец нагружается боковым давлением, создаваемым жидкостью с помощью насоса 12 при условии предотвраЭ 5 щения деформаций бокового выцавливания образца, т,е. поддержания нулевого значения поперечной деформации, контролируемого по гальванометру мостовой схемы 7, 40Третий этап - длительная выдержка образца под постоянным осевым давлением и сохранением условия постоянства поперечных деформаций образца. Переключатель 15 устанавливают в 45 левое (по схеме) положение (автоматический режим работы), При этой релейные элементы усилителя подают на выходы усилителя. следующие сигналы,1303882 Изменение поперечных деформацийобразца при включении и выключениидополнительного нагревателя составляло +1,10 , т.е. было в 8 раз меньше,чем на базовой установке.Изменение температуры окружающейсреды практически не повлекло за собой изменение осевого давления наобразец (колебания осевого давления10 при работе нагревателя были в пределах +0,3 кгс/см , т,е. в 13 раз меньше, чем при испытании на базовойустановке),Установка обеспечивает повышение15 стабильности нагрузок и деформацийобразцов пород при их длительныхиспытаниях. Формула изобретения Составитель В,ПетроваРедактор А.Долинич Техред И.Попович Корректор А.Зимокосов Заказ 1299/42 Тираж 777 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чального обьема, что исключает возможность проведения подобных испытаний,Таким образом, электронный блок19 устройства (датчики, мостоваясхема, усилитель и нагреватели) выполняет две функции:регулирование бокового давленияна образец и поддержание постояннойдеформации образца при процессахползучести и релаксации,стабилизация бокового давления наобразец при длительных испытанияхпосле окончания процессов почзучестии релаксации, включая и температурную стабилизацию.Условия испытаний.Образцы горной породы (мергель)диаметром Зб мм и высотой 70 мм помещались в камеру бокового распора 20(КБР), изготовленную на ОЭЗ ВНИМИ.На образцы монтировались датчики 8поперечных деформаций. Выводы от датчиков были соединены с мостовой тензометрической схемой 7, подключенной к усилителю, Осевое давление наобразцы было равным 50 кгс/см . Длительность испытаний 7 сут. Температура окружающей среды (комнатная температура) изменялась при испытаниях 30от +18 до +23 С.Начальная температура окружающейосреды +18 С. Перед испытанием температура жидкости в аккумуляторном соосуде была доведена до +30 С. Температура жидкости в аккумуляторном сосуде 1 после создания необходимогодля предотвращения поперечных деформаций образца бокового давленияа+34 С. При повышении температуры окружающей среды до +23 С электронныйблок 19 отключал оба нагревателя, итемпература жидкости в аккумуляторномсосуде 1 снизиласт до 32 С, что обеспечило нулевую деформацию образца 9 45породы и снижение бокового давления,Установка для длительных статических испытаний горных пород, содержащая средства создания осевой нагрузки на образец испытуемой горной породы, узел стабилизации нагрузки, включающий аккумуляторный сосуд с электронагревателем, электронный блок управления нагрузкой с обратной связью и соединенные с ним средства измерения нагрузки на образец, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности испытаний за счет стабилизации боковых деформаций при изменениях температуры окружающей среды, она снабжена соединенной с аккумуляторным сосудом герметичной камерой для размещения образца, сообщенным с камерой источником давления, установленным в аккумуляторном сосуде дополнительным электронагревателем, соединенным с электронным блоком управления нагрузкой, измерителем поперечных деформаций образца, причем электронагреватели подключены к электронному блоку управ ления нагрузкой с воэможностью их независимого действия.