Устройство для определения деформаций и напряжений в горных породах

(11 4 Е 21 С 39/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПРИ ГКНТ СССР ИТЕТРЫТИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11 у 25о дела СО АН СССН. С. Лавров,И. Кютт(56) Авторское свидеВ 1154466, кл. Е 21 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНЫХ ПОРО(57) Изобретение относится к испыта тельной технике и может быть исполь эовано в горном деле. Цель изобрете ния - повышение точности измерений. Устройство содержит цилиндрический корпус 2 с закрепленной на нем тичной оболочкой 5. Между посл1492050 10 подают РЖ, котордн через канал 13поступает в штоковую 12 и рабочую 6полости. Оболочка 5 расширяется изаполняет нсе зазоры между устройством и скважиной, При повышении давления П 8 выходит из взаимодействия сфиксаторами 16 и начинает двигатьсявверх. Клапан 14 выходит из взаимо О действия с крышкой 21 и закрываетсяпод действием пружины 31. При движении П 8 в штоковой 12 и рабочей 6полостях создается высокое давление.Давление и расход РЖ фиксируются в 15 системе элементов подвода РЖ, Послеокончания работ сливают РЖ из надпоршневой полости 10. Под действиемдавления РЖ в рабочей 6 и штоковой12 полостях П 8 возвращаются в исход ное положение. Клапан 14 открывается,и данление в рабочей 6 и штоковой 12полостях падает до нуля. Устройствоизвлекают из скважины. 2 ил. Изобретение относится к горному делу, а именно к приборам горной гео физики, и может быть использовано для определения деФормационных свойств и напряженного состояния горных пород в горном деле.Цель изобретения - повьппение точности измерений.На фиг, 1 изображена схема размещения устройства в скважине и его соединения с элементами нагнетания рабочей жидкости; на фиг., 2 - устройст цо для определения деформаций и напряжений в горных породах, общий нид.Устройство 1 содержит цилиндрический корпус 2, на котором при помощи обойм 3 и гаек 4 закреплена эластич ная оболочка 5 так, что между ней и корпусом 2 образована рабочая полость 6, для герметизации которой в корпусе 2 установлены уплотнительные кольца 7. Корпус 2 выполнен полым и разделен установленным в нем поршнем 8 со штоком 9 на три полости: надпоршневую 10, подпорнненую 11 и нтоковую 12 полости. В поршне 8 со штоком 9 выполнен сквозной осевой канал 13, а в торце поршня 8 установлен подпружиненный клапан 14 с выступом 15. Поршень 8 со штоком 9 установлен в корпусе 2 с воэможностью его фиксации в и корпусом 2 образована рабочая полость 6. Корпус 2 выполнен полым иразмещен установленным н нем поршнем(П) 8 со штоком 9 на трн полости.В П 8 выполнен сквозной осевой канал13, а н торце П 8 установлен подпружиненный клапан 14. В корпусе П 8 установлен с воэможностью фиксации вкрайнем нижнем положении П посредством фиксаторов 16. Итоковая полость12 соединена с рабочей полостью 6.Подпоршненая полость 11 соединена сатмосферой, а надпоршневая полость10 - с элементами подвода рабочейжидкости (РЖ). В начальном положенииП 8 находится в крайнем нижнем зафиксированном положении П 8, и клапан14 за счет контакта с крышкой 21 открытЧерез отверстие под пробку 28штоковую 12 и рабочую 6 полости заполняют РЖ, Устройство устанавливаютв скважину и в надпоршневую полость1 крайнем нижнем положении поршня 8 посредством фиксаторов 16,Втоковая полость 12 соединена срабочей полостью 6 каналом 17, выполненным в корпусе 2. В торцовой стенкеподпоршневой полости 11 выполнено отверстие 18, соединенное каналом 19с атмосферой. В канале 19 закрепленвоздушный фильтр 20.Надпоршневая полость 1 О перекрытакрьппкой 21, к которой подсоединеныэлементы подвода рабочей жидкости ввиде штуцера 22 и трубопровода 23,соединенного с пресс-расходомером 24.Для предотвращения эатекания эластичной оболочки 5 в зазор между стенкойскважины 25 и обоймами 3 в последнихустановлены составные разднижные оправы 26 с опорными кольцами 27. В торцовой стенке штоковой полости 12 устанонлена пробка 28,Устройство работает следующим образом.В начальном положении поршень 8 со штоком 9 находится в крайнем нижнем положении и удерживается фиксаторами 16. При этом клапан 14 эд счет упора его выступа 15 в крышку 21 находится в открытом положении, Через отнерстие под пробк 28 штоковую по 49205035 лость 12 и через канал 17 рабочуи полост 1 6 заполняют рабочей жидкостью, Затем устройство подсоединяют через нтун р 22 при помощи трубопровода 235 к пресс-расходомеру 24. Устройство 1 готово к работе.1 осл установки устройствав скважину 25 на заданной глубине в надпорнневуи полость 10 ручным насо- О сом 29 через открытый вентиль 30 подается рабочая жидкость, которая, проходя через открытый канал прессрасходомера 24, поступает через канал 13 в поршне 8 со штоком 9 в штоковуи 5 12 и рабочуи 6 полости. Эластичная оболочка 5, расширяясь, заполняет все зазоры между устройством 1 и скважиной 25. При одинаковом давлении жидкости в надпоршневой 1 О и нтоковой 20 12 полостях сила, воздействующая на поршень 8, во столько раз больне силы, действуишей на шток 9, во сколько плошадь поперечного сечения надпоршневой полости 10 больше площади 25 поперечного сечения нтоковой полости 12.При повышении давления разница сил увеличиваетсяКогда она достигает при давлении 5 - 10 кг/смг30 (О, 5 - 1,0 МПа) величины, превышающейй силу, удерживающую фиксаторами 16 порнень 8, последний начинает двигаться вверх, При этом выступ 15 выходит из контакта с крынкой 21 и клапан 14 под действием пружины 31 перекрывает канал 13. Давление, при котором начинает двигаться поршень 8 и закрывается клапан 14, можно изменять, если фиксаторы 16 сделать регу лируемыми. Затем вентиль 30 перекрьг вают и дальнейшее увеличение давления в устройстве 1 создают подачей рабочей жидкости в полость 10 пресс-расходомером 24 с замером ее расхода. 45 Поршень 8 со штоком 9 продолжают двигаться, сжимая рабочую жидкость в штоковой полоси 12 и соответственно в рабочей полости 6, создавая высокое давление. Причем, давление рабочей жидкости в указанных полостях во столько раз больше давления рабочей жидкости, подаваемой от пресс-расходомера 24, во сколько площадь поперечного сечения поршня 8 (поршневой полости 10) больше плогади поперечного сечения нтока 9 (гтоковой полости 12), Коэффициент усиления К, выражаемый отношением этих площадей,может быть принят равным 5 - 7. ТЛЛя создания в рабочей полости 6 давления, например, в 600 кг/см." 60 ИПав надпорггневую полость 1 О необходимоподать рабочуи жилкость давлением(при К = 6) в 100 кг/см (1 О ИПа).Объем жидкости при этом распределяется в обратном порядке. т.е. для того, чтобы в рабочуи полость 6 подать30 см, в надпорнневуи полость 1 О необходимо подать 180 смПо мере увеличения объема жидкости внутри рабочей полости 6 устройстваэластичная оболочка 5 расширяется и прижимает раздвижные оправы26 к торцам опорных колец 27, перекрывая зазоры между обоймами 3 истенками скважины 25 и предотвращаяпроникновение в зазоры материала оболочки 5.Давление фиксируют манометром 32,а расход жидкости - пресс-расходомером 24, После окончания работ переключают вентиль 30 трубопровода 23на слив. Под действием давления жидкости в рабочей 6 и штоковой 12 полостях и упругой эластичной оболочки5 порнень 8 со штоком 9 возвращаетсяв исходное положение и захватываетсяфиксаторами 16, а выступ 15 клапана14, упираясь в крынку 2 и преодолевая сопротивление пружины 31, открывает клапан 14. При этом излишки рабочей жидкости сливаются через трубопровод 23 до тех пор, пока давлениев нтоковой 12 и рабочей 6 полостях неупадет до нуля, после чего устройство 1 можно свободно извлечь из скважины 25. Фиксаторы 16 выполнены так,что срабатывают при обратном ходепоршня 8 при меньшем усилии, чем припрямом ходе (в начале работы устройства),Как видно из работы устройства 1,по трубопроводу 23 подают только низкое давление, а высокое, необходмоедля подачи в рабочуи полость 6, получают непосредственно в устройстве 1,Это значительно снижает вероятностьутечек жидкости в магистрали (трубопроводе 23 и других элементах подводарабочей жидкости), уменьшает деформацию их по сравнению с известными устройствами, где используется высокоедавление, тем самым повышает точностьизмерения расхода жидкости, необходимой для определения деформаций и напряжений в горных породах и элементах1492050 Составитель Л. КлимовРедактор И. Дербак Техред А.Кравчук Корректор М, щароши Заказ 3848/35 Тираж 449 ПодписноеВНИИПИ Государственного коютета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 строительных конструкций. Кроме того,точность замера расхода рабочей жидкости и соответствующей ему деформациибудет выше, чем в известных устройствах, благодаря значительно большемуобъему жидкости, подаваемой в надпоршневуи полость 10 низкого давления.Только за счет этого точность возрастает на величину, равную коэффициенту 10К. Использование источника более низ.кого давления, чем требуется в рабочей полости 6, облегчает и упрощаетэксплуатацию н снижает требования кэлементам подвода жидкости. 15Формула изобретения Устройство дпя определения деформаций и напряжений в горных породах, содержащее цилиндрический корпус с 20 закрепленной на нем эластичной оболочкой, образующей рабочую полостьмежду ней и корпусом, и элементы подвода рабочей жидкости, подсоединенныек корпусу, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерений, оно снабжено поршнем соштоком со сквозным осевым каналом иподпружиненным клапаном, установленным в торце поршня, а корпус выполнен полым и разделен на три полостипоршнем со штоком, установленным вкорпусе с возможностью его фиксациив крайнем нижнем положении поршня,при этом элементы подвода рабочейжидкости подсоединены к надпоршневойполости, подпоршневая полость соединена с атмосферой, а штоковая - с рабочей полостью,