Способ изучения деформационных и прочностных свойств скальных массивов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 77829 1 С 39/00 51) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) В,А,Бирман, Г.Ф.Перлов, А.А.Перегудов и Ким Хен Су(56) Авторское свидетельство СССР Ь" 1040147, кл Е 21 С 39/00, 1981,Авторское свидетельство СССР ь 1245704, кл. Е 21 С 39/00, 1984, (54) СПОСОБ ИЗУЧЕНИЯ ДЕфОРИАЦ 1 ОННЬХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ СКАЛЬНЫХ НАС" СИВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: изыскательские работы, определение свойств горных пород в геологоразведочных скважинах, Сущность изобретения: стенки скважиИзобретение относится к изь 1 скательным работам при строительстве объектов энергетики или других сооруже ний, связанных с излучением деФормируемости и прочности массивов скальных пород и полускальных пород по всей зоне сооружений с помощью геолого-разведочных скважин.Известны стандар 1 ные испытания керна, отобранного с мест проведения опытов, Эти испытания, спределяющие петрограФический состав породы, ее проницаемость, пористость и крепость не позволяет судить о деформируемости и прочности массивов, вмещающих эти породы.ны нагружают с помощью многокомпонентного прессиометра. Одну из парпуансонов прессиометра снабжают режущими элементами, При достиженииконтакта пуансонов с.о стенками скважины вращают прессиометр и разрушаютнеровности стенок. Измеряют глубинуи усилие резания, Определяют сопротивление псроды резанию. Дальнейшеенагружение стенок скважины проводятс помощью других гар пуансонов, Этипуансоны выполнены с радиусом кривизны, равным радиусу дуги, на которойлежат вершины режущих элементов, Принагружении измеряют глубину внедренияпуансонов и давление в гидросистеме,По этим данным определяют деФормационные и прочностные свойства породмассива. 2 с,п. Ф-лы, 3 ил. Известен способ изучения,деФор 4 мационных и прочностных свойств скальных массивов, включающий разрушениенеровностей стенок скважины, их последующее нагружение посредством многокомпонентного прессиометра, измере- О ние глубины внедрения пуансонов и давления в прессиометре, по которым определяют упругие и прочностные свойства массива,Такой способ является наиболее близким к изобретению по технической сущности и дсстигаемому результату,Способ осуществляют устройством для определения деформационных свойствмассивов, включающим корпус, ус 1778299тановленные в нем пуансоны и эластич"ные камеры, размещенные между пуансонами и кс:рпусом.Известный сгоссб не позволяет определить сопротивление пород в массиве резанию, а также увеличить поверхность контакта пуансонов с городой при возможных несовпадениях диаметров скважины и контактных поверхностей пуансонов,Целью изобретения является повышение информативности способа и повышение достоверности измерений за счетувеличения поверхности контакта пуансонов с породой.Это достигается техническим реше"нием, представляюцим собой новый спссоб изучения деформационных и прочностных свойств скальных массивов,включающий разрушение неровностейстенок скважины, их последующее нагружение посредством многокомпонентно"го прессиометра, измерение глубинывнедрения пуансонов и давления в 25прессиометре, по которым определяютупругие и прочностные свойства массивов, осуществление которого обусловливается применением устройстваопределенной новой конструкции. 30ИзоЬретенный способ отличается оти зве стно го спосоЬа тем, что на конта к тной поверхности прессиометра устанавливают режуцие элементы, разрушение неровностей стенок скважины осуществляют путем вращения прессиометра,измеряют при этом глубину и усилиерезания и дополнительно определяютсопротивление породы резанию.Такой способ может быть осуществ"лен устройством новой конструкции дляопределения деформационных свойствскальных массивов, включающим корпус,установленные в нем пуансоны и элас"тичные камеры, размещенные между пуансонами и корпу сом.Отличие устройства, позволяют осуществить новый способ, состоит в том,что оно снабжено режущими элементами,установленными на менее, чем на од"ной паре пуансонов, а также в том,что радиус контактной поверхностиостальных пуансонов равен радиусу,на котором лежат вершины режущих эле"ментов,На фиг,1 представлено предлагаемое устройство; на фиг,2 - разрезА-А на фиг.1 (устройство с двума взаимонезависимыми парами пуансонов,одна из которых оснащена режущимиэлементами); на фиг3 - разрез А-Ана фиг,1 (устройство с двумя взаимонезависимыми парами пуансснов врасширенной скважине в момент прессиометрии).Устройство 1 состоит из корпуса 2с пазами 3, в которыхустановленыпуансоны 4-7 с возможностью радиального перемещения, а также эластичныекамеры 8-11, размещенные между пуансонами и корпусом и соединенные напорными труЬопроводами 12 с командно-измерительным щитом 13, Командноизмерительный щит включает насос 14,мерную емкость 15, пресс-объемометр16, вентили 17, манометры образцовые 18,Пуансоны 4 и 6 предназначены длявнедрения в стенки скважины при неподвижном прессиометре, Диаметр наружной поверхности этих пуансоноввыполняется большим, чем наружныйдиаметр корпуса на величину, зависящую от свойств пород в массиве. Чембольше прочность скальных или полу"скальных порсд, слагающих исследуемый массив, и выше устойчивость сте"нок скважины, тем меньшее различиезадается между указанными размерами .Прессиометр комплектуется наборомпуансонов с различными значениямиэтих диаметров соответственно высоты), выполненных таким образом,чтобы в собранном устройстве пуансоны не выходили за габариты корпуса.Пуансоны 5 и 7 оснащены режущимиэлементами. Эти элементы могут Ьытьпредставлены твердосплавными зубками19 ,20, имеющими цилиндрический хвос"товик для крепления в гнездах пуансо"на и породоразрушающую головку с полусферической или иной формой. Элементы по высоте пуансонов устанавли"ааются в виде рядов так, чтобы присовмещении проекций элементов на образующую цилиндрической поверхностипуансонов между элементами, не оставалось зазоров, образующих на забоенепоражаемые участки - "воротники".Оси зубков, соответственно гнезд подних награвлены к центру кривизны пуансонов, а вершины режущих элементов расположены на радиусе, равномрадиусу контактной поверхности ос.тальных пуансонов,Режущие элементы могут выполняться в виде зубьев, выфрезерованных1778299 6 твердым сплавом.Эластичные камеры служат для передачи нагрузки на пуансоны с целью вдав. ливания их в стенки скважины. С этой целью в гидросистему с помощью насоса 1 закачивается жидкость. Давление в трубопроводе определяется по показаниям манометров 18, изменение объема закаченной жидкости - по ее уровню в мерной емкости 15, а постоянство давления в систеМе обеспечивается прессвбъемометром 1 б.Способ изучения деформационных и прочностных свойств скальных массивов осуществляется следующим образом.Устройство, собранное с учетом предварительных сведений о свойствах породы спускается в скважину на заданную глубину. Фиксируется первоначальный объем жидкости в мерной емкости, С помощью насоса закачивается жидкость в эластичные камеры, расширение которых обеспечивает перемещение пуансонов до контакта со стенкой скважины.Давление в камерах задается до значения, .обеспечивающего плотный контакт пуансонов-штампов с породой за счет смятия микронеровностей (начальное давление 2-3 МПа). По изменению объема жидкости в мерной емкости определяется диаметр скважины. Разность между наружным диметром установгенных пуансонов и замеренным диаметром скважины составляет величину, на которую должна быть расширена скважина для получения точной информации о проч" ностных свойствах массива. В зависимости от этой величины определяется число проходов резания, которые должны .быть осуществлены с помощью пуансонов с режущими элементами, Подается давление в эластичные камеры, сообщенные с указанными пуансонами, Бращением прессио"метра при зафиксированном постоянном давлении в камерах обеспечивается реза.Г ние - расширение диаметра скважины, Глубина, резания за один проход и частота вращения прессиометра выбираются в зависимости от конкретных условий.Обработка данных с постановкой их в формулы, известные из теории резания материалов, позволяет определить значения дспустимого сопротивленияпороды резанию, Диаметр расширенной скважины дополнительно контролируется 2, Устройство для изучения дефор 45 мационных и прочностных свойств скальных массивов, включающее корпус, установленные в нем пуансоны и эластичные камеры; размещенные между пуансо нами и корпусом, о т л и ч а ю щ е "БО е с я тем, что, с целью повышениядостоверности измерений за счет увеличения поверхности контакта пуансонов с породой, оно снабжено режущимиэлементами, установленными не менее,5 у чем на одной паре пуансонов, а контактные поверхности остальных пуансонов выполнены с радиусом кривизны,равным радиусу дуги, на которой лежатвершины режущих элементов,из тела пуансона и армированных для повышения износостсйкости наплавкой при остановке вращения с помощью пуансонов,Исследования прочностных свойств5массива осуществляются при неподвиж"ном устройстве. По завершению иссле"дований замеры повтбряются в аналогичной последовательности на другойглубине, задаваемой программой работ.1 О Использование описанного способапозволяет увеличить точность информации и количество параметров, определяющих состояние породы, благодаряувеличению поверхности контакта пуан 15 сонов с породой за счет расширения спомощью пуансонов с режущими элементами диаметра скважины до значения,равного диаметру цилиндрической поверхности этих пуансонов, а также опре"о деления сопротивления породы резанию Формула и зобре тени я 1, Способ изучения деформационных 25 и прочностных свойств скальных масси"вов, включающий разрушение неровностей стенок скважины, их последующеенагружение посредством многокомпонентного прессиометра, измерение глубины 30 внедрения пуансонов и давления в .прессиометре, по которым определяютупругие и прочностные свойства массива, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения информативнос" ти способа, на контактной поверхнос"ти прессиометра устанавливают режущиеэлементы, разрушение неровностей сте"нок скважины осуществляют путем вращения прессиометра,измеряют при этой що глубину и усилие резания и дополнительно определяют сопротивление короды резанию.,г г Составитель В. Бирман3.Ходакова ф Техред М.Моргентал Корректор И,Ш ф 1 а Заказ 1171 Тираж-Р ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4/1 роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгоро Гагарина,