Зонд устройства для определения деформационных характеристик горных пород

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 040280 (21) 2878 б 15/22-03 (51)М. Ил. с присоединением заявки Мо -Е 21 С 39/00 а 01 В 3/10 Государственный комитет СССР но аелам изобретений и открытий(54) ЗОНД УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРНЫХПОРОД2 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения деформационных свойств и напряжений конструктивных элементов систем разработки и гидротехнических сооружений, преимущественно в породах средней крепости.Известно устройство для определения деформаций стенок и напряжений в горныхпородах, включающее зонд, имеющий стержень, цилиндрическую резиновую оболочку, надетую на стержень с возможностью образования полости между ними, обоймы, жестко соединенные со стержнем, герметизиру ющие концы оболоЧки 1.Недостатком зонда этого устройства является вытекание резиновой оболочки при увеличении зазора между по. - верхностью скважины и обоймами зонда, 20 что приводит к нелинейности характеристики давление- объем закаченной в системужидкости, трудностям при извлечении зонда из скважины, а нередко .и к разрыву его резиновой оболочки.25Известен также зонд устройства для определения деформационных характеристик горных пород, включающий стержень с эластичной оболочкой, выполненной на концах с кольцами, ус тановленной с возможностью образования полости между оболочкой и стержнем, обоймы, соединенные со стержнем и герметизирующие концы оболочки 2 .Однако указанный зонд невозможноиспользовать при больших давлениях(выше 20-30 кг/см ) так как при этом упругие кольца вместе с оболочкой выдавливаются в зазор между обоймой и стенкой скважинычто приводит к значительным неучитываемым потерям давления на деформирование оболочек или даже к их разрыву.Цель изобретения - повышение точности измерений и надежности работызонда.Указанная цель достигается тем, чтб зонд снабжен дополнительными нерастяжимыми гибкими оболочками для соединения колец с обоймами, а кольца зонда выполнены из нерастяжимого материала и установлены с возможностью продольного перемещения.При этом стержень имеет два кольцевых выступа, расположенных на равном расстоянии от обойм, а эластичная оболочка имеет четыре кольцевых проточки, две из которых, с внутренней стороны, - под выступы на стержформула изобретения 1. Зонд устройства для определениядеформационных характеристик горных пород, включающий стержень с эластич ной оболочкой, выполненной на концахс кольцами, установленной с возможностью образования полости между оболочкой и стержнем, обоймы, соединенные со стержнем и герметизирующие 65 концы оболочки, о т л и ч а-ю щ и й -не, и две другие, Ю внешней стороны, -для размещения в них нерастяжимых колец,Диаметр кольцевых выступов стержня больше диаметра проточек эластичной оболочки с внешней стороны, адиаметр нерастяжимой гибкой оболочкисоставляет 1,2-.1,5 диаметра зонда.На. Фиг,1 изображен зонд для определения деформаций стенок скважин инапряжений в горных породах;на фиг.2 схема работы цилиндрической оболочкив скважине заниженного диаметра нафиг.З - то же, в скважине номинального диаметра; иа фиг.4 - то же, вскважине завышенного диаметраЗонд состоит из стержня 1 с кольцевыми выступами 2, цилиндрическойэластичной оболочки 3 с кольцевымипроточками под выступы 2 и кольца 5,обойм 4, герметиэирующих оболочку 3,нерастяжимых, например металлических 20или эбонитовых, колец 5, соединенныхс обоймой 4 гибкой нерастяжимой оболочкой б, например из плотной металлической или фторопластовой сетки, истаканов 7, перемещаемых по резьбе 25на обоймах 4.Устройство работает следующим образом.Вначале стаканы перемещают вперед.до упора и измеряют диаметр скважиныв месте предполагаемой установки зонда,напрнмер с помощью самого зондадля чего прикладывают к нему небольшое(6-10 кг/см ) давление и замеряютизменение его объема по дозирующемуустройству, после чего диаметр определяют по эталонным кривым, снятымв металлических трубах различногодиаметра. Далее отвертывают стаканы 7 с таким расчетом, чтобы при рабочих давлениях зонда, составляющих 4030-1000 кг/см , нерастяжимая оболоч 2ка б заняла положение, цоказанноена фиг.З, и снова опускают зонд вскважину, устанавливают его в томместе, где ранее был измерен диаметр, и затем несколько раз поднима"ют давление с 30 до 1000 и снижаютдо 30 кг/см пятью-семью ступенями.аНа каждой ступени давление поддерживают постоянным до условной стабилизации перемещений.Если стакан 7 недостаточно отодви"нут, оболочка б занимает положение,показанное на фиг.2, а если отодвинут значительно больше, чем необходимо, - положение, показанное нафиг.4, при этом в обоих случаях длинаучастка скважины, на котором приложено давление, становится неопреде"ленной, что уменьшает точность измерений,Во время испытаний ведут регулярные отсчеты давления и объема закаченной в зонд жидкости, с помощьюкоторых, зная диаметр скважины, геометрические и деформационные характеристики зонда, определяют деформационные характеристики массива горныхпород около места установки зонда.Нерастяжимые тампоны, образующиеся по концам упругой оболочки, четколокалиэуют рабочий отрезок прибораи не позволяют оболочке вытечь навсем диапазоне рабочего давлений.Верхняя граница рабочего давленияограничивается герметиэацией эластичной оболочки обоймами до 1200 -1500 кг/см , а нижняя - давлениемобразования тампонов и плотного прижима прибора к стенкам скважины.Изучение напряженного состоянияможно вести на больших глубинахследующим образом, В свежепробуренной скважине закрепляют зонд неболь-.шим (20"30 кг/см) давлением и помере сжатия стенок скважины (в течение 2-3 сут) постепенно выпускают жидкость с помощью дозирующего. Устройст-,ва до условной стабилизации, котораясчитается; законченной, если приращение давления в загерметизированнойсистеме меньше 1% за 2 ч.После этого эакачивают в системуколичество жидкости, выпущенное. завремя стабилизации. То давление,которое устанавливается на измерительном приборе, совпадает со среднимгорным давлением в окрестностях скважины.Предлагаемое устройство может за"менить и дополнить использующиесядля аналогичных целей штамповые испытания и т.п. Например, для прове-.дения 18 штамповых испытаний на одном,гидроузле необходимо пройти две штольни объемом, соотвеТственно, 350 и550 м 3, Выемка такого количества горной массы потребует 22,5 тыс.руб.Кроме того, цена одного штамповогоиспытания 1300 руб., а всех испытаний - 45,9 тыс.руб. Для проведениятакого же количества испытаний предлагаемым устройством необходимо пройти 120 м погонных скважин диаметром89 мм, что стоит 1,4 тыс.1 уб, При стоимости одного опыта 20 руб. стоимостьвсего испытания составит2,8 тыс,руб.Таким образом, экономический эфФект от применения предлагаемого устройства на одном объекте составйтсвыше 40, тыс.руб,с я тем, что, с целью повышения точ" ности измерений и надежности работы, зонд снабжен дополнительными нерастяжимыми гибкими оболочками для соеди нения колец с обоймами, а кольца зонда выполнены из нерастяжимого материала и установлены с возможностью продольного перемещения.2, Зонд по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что стержень имеет .двакольцевых выступа, расположенных на равном расстояний от обойм.3Зонд по п,1, о т л и ч а ю Ю и й с я тем, что эластичная оболочка.имеет четыре кольцевых проточки, две из которых, с внутреейней стороны, - под выступы на стержне, и две другие, с внешней стороны, для размещения в них нерастяжимых . колец. 4. Зонд по п.1, о т л и ч а ю "щ и й с я тем, что диаметр кольцевйхвыступов стержня больше диаметра проточек эластичной оболочки с внешнейстороны.5. Зонд по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что диаметр нерастяжимой гибкой оболочки составляет 1,2"1,5 диаметра зонда.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Аксенов В.К. и Курленя М.В.Аппаратура для использования напряженного состояния в массиве горныхпород методом разности давлений. Вкн. .Измерение напряжений в массиве15 горных пород. Новосибирск, Наука, 1968, с.134-142.2Авторское свидетельство СССРр 482650,кл.6 01 й 3/10,1974 (прототип),877007 ставитель Л.Пр хред А,Бабинец н Т.Мермелатайн Ред орректор М.Демчик Тираж 630ИПИ Государственного комитето делам изобретений и открыт035, Москва, Ж, Раушская 9546/4 В