УСТАНОВКА ДЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД
PLANT FOR PHYSICAL-MECHANICAL TESTS OF ROCKS

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям, преимущественно, образцов горных пород.
Известна установка для физико-механических испытаний горных пород (патент РФ №11481624, кл. G01N 3/08, 1992), содержащая основание, соосно установленные на нем захваты образца, механизм нагружения образца, связанный с захватами, режущий механизм для взаимодействия с образцом.
Недостаток установки состоит в том, что ее возможности ограничены выполнением прорези только перпендикулярно оси захватов образца.
Известна установка для физико-механических испытаний горных пород (патент РФ №1793311, кл. G01N 3/08, 1992), содержащая основание, соосно установленные на нем захваты образца, механизм нагружения образца, связанный с захватами, режущий механизм для взаимодействия с образцом, платформу для перемещения режущего механизма в направлении реза. Установка позволяет исследовать поведение образца под действием осевой механической нагрузки и режущего механизма.
Недостаток установки состоит в том, что ее возможности ограничены выполнением прорези только перпендикулярно оси захватов образца.
Более близкой по конструкции и достигаемому эффекту к предлагаемой является установка для физико-механических испытаний горных пород (патент РФ №1837200, кл. G01N 3/08, 1993). Установка содержит основание, соосно установленные на нем захваты образца, механизм нагружения образца, связанный с захватами, режущий механизм для взаимодействия с образцом, платформу для перемещения режущего механизма в направлении реза, платформу для поворота режущего механизма относительно оси захватов. Установка позволяет проводить испытания с выполнением прорези как перпендикулярно, так и под углом к оси захватов.
Недостаток установки состоит в том, что испытания возможны только при выполнении в образце прорези. Отверстия в образце невыполнимы, и это ограничивает возможности испытаний. Этот класс испытаний предназначен для моделирования техногенного внедрения в массив горных пород. Поведение массива под нагрузкой воспроизводит нагруженный образец, процесс проведения добычных горных выработок моделируется выполнением прорезей, а процесс проведения подготовительных выработок мог бы моделироваться выполнением отверстий. Очистные выработки (прорези) и подготовительные выработки (отверстия) проводятся, как известно, под разными углами друг к другу и к направлению главных напряжений, на разных расстояниях друг от друга, в разной последовательности и с разной скоростью. От этого зависят энергообменные процессы в массиве, которые могут приводить к опасным динамическим эффектам, и энергозатраты на проведение и поддержание выработок. Эти важные вопросы невозможно исследовать на существующих установках.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей установки за счет обеспечения испытаний при выполнении в образце как прорезей, так и отверстий под разными углами к оси образца, на разных расстояниях по длине и высоте относительно оси образца.
Технический результат достигается тем, что установка для физико-механических испытаний горных пород, содержащая основание, соосно установленные на нем захваты образца, механизм нагружения образца, связанный с захватами, режущий механизм для взаимодействия с образцом, платформу для перемещения режущего механизма в направлении реза, платформу для поворота режущего механизма относительно оси захватов, согласно изобретению, на основании установлен буровой механизм для взаимодействия с образцом и платформа для перемещения бурового механизма в направлении бурения.
Технический результат также достигается тем, что на основании закреплена платформа для поворота бурового механизма относительно оси захватов.
Технический результат также достигается тем, что на основании закреплена платформа для перемещения режущего механизма вдоль оси захватов.
Технический результат также достигается тем, что на основании установлена платформа для перемещения бурового механизма вдоль оси захватов.
Технический результат также достигается тем, что на основании установлена платформа для перемещения режущего механизма перпендикулярно оси захватов.
Технический результат также достигается тем, что на основании закреплена платформа для перемещения бурового механизма перпендикулярно оси захватов.
Снабжение установки буровым механизмом для взаимодействия с образцом и платформой для перемещения его в направлении бурения обеспечивает выполнение отверстий в образце наряду с выполнением прорезей, что и обеспечивает достижение нового технического результата.
Платформа для поворота бурового механизма относительно оси захватов позволяет выполнять отверстия в образце под разными углами, платформа для перемещения вдоль оси захватов и платформа для перемещения перпендикулярно оси захватов позволяют проводить отверстия, соответственно, в разных положениях по длине и высоте образца. Аналогичные платформы для размещения режущего механизма обеспечивают такие же маневры с размещением прорези на образце. Это дополнительно расширяет функциональные возможности установки.
Установка показана на фиг.1, вид сверху, и на фиг.2, вид сбоку.
Установка для физико-механических испытаний горных пород содержит основание 1, соосно установленные на нем захваты 2, 3 образца 4, механизм 5 нагружения образца, связанный с захватами 2, 3, режущий механизм 6 для взаимодействия с образцом 4, платформу 7 для перемещения режущего механизма 6 в направлении реза, платформу 8 для поворота режущего механизма 6 относительно оси захватов 2, 3.
Установка снабжена буровым механизмом 9 для взаимодействия с образцом 4 и платформой 10 для перемещения бурового механизма 9 в направлении бурения.
Установка снабжена платформой 11 для поворота бурового механизма 9 относительно оси захватов 2, 3.
Установка снабжена платформой 12 для перемещения режущего механизма 6 вдоль оси захватов 2, 3.
Установка снабжена платформой 13 для перемещения бурового механизма 9 вдоль оси захватов 2, 3.
Установка снабжена платформой 14 для перемещения режущего механизма 6 перпендикулярно оси захватов 2, 3.
Установка снабжена платформой 15 для перемещения бурового механизма перпендикулярно оси захватов 2, 3.
Режущий механизм 6 выполнен, например, в виде дисковой пилы с приводом 16 вращения. Буровой механизм выполнен в виде буровой коронки 9 с приводом 17 вращения. Платформы 8 и 11 для поворота соответственно режущего 6 и бурового 9 механизмов выполнены в виде площадок, размещенных на поворотных осях, остальные платформы выполнены в виде площадок, установленных на соответствующих винтовых механизмах перемещения. Повороты и перемещения площадок производятся вручную независимо друг от друга соответствующими рукоятками 18. Механизм нагружения образца выполнен гидравлическим и имеет гидроцилиндр 5 с поршнем 19 и насосной станцией (не показана).
Установка работает следующим образом.
С помощью механизма 5 нагружают образец 4 осевой механической нагрузкой заданной величины. Для осуществления прорези в теле образца устанавливают режущий механизм 6 в нужное положение, включают привод 16 и путем перемещения платформы 7 производят воздействие на образец 4. Для изготовления прорези в новом положении по длине образца приводят в действие платформу 12, для прорези в новом положении по высоте образца используют платформу 14, при новом направлении развития прорези относительно оси захватов 2, 3 образца используют поворотную платформу 8. Аналогично работают при выполнении отверстия в теле образца, используя привод 17 с буровым механизмом 9 и платформой 10 перемещения в направлении бурения, платформу 13 - для изменения положения отверстия по длине образца, платформу 15 - для изменения положения по высоте образца, платформу 11 - для изменения угла между осью отверстия и осью захватов образца. Уровни осевой нагрузки, взаимное расположение и положение относительно оси захватов образца для прорезей и для отверстий определяются задачами испытаний. В ходе испытаний регистрируют все главные деформации частей образца в зонах воздействия, акустические и электромагнитные эмиссии в этих зонах, энергозатраты на выполнение прорезей и отверстий при различных схемах испытания, характер и последствия энергообмена в зонах воздействия и при разрушении образца в целом.
Установка обеспечивает моделирование техногенного внедрения путем имитации проведения очистных и подготовительных выработок при широком изменении условий их взаимного расположения и ориентации относительно механических напряжений.