УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД
DEVICE FOR MEASUREMENT OF DEFORMATIONS IN ROCKS MASS

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для замера деформаций в массиве горных пород и искривлений скважин и шнуров.
Известны устройства для измерения деформаций (Агейкин Д.И., Костина Е.И., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования. М., «Машиностроение», 1965), содержащие подвижный и неподвижный контакты, регистрирующий прибор, связанный с контактами.
Недостаток этих устройств состоит в том, что они измеряют прямолинейные или угловые деформации и не способны регистрировать сложные деформации таких объектов, как скважины и шпуры.
Известно устройство для измерения деформаций (авторское свидетельство СССР, №567961, кл. G01L 1/04, 1977), содержащее подвижный и неподвижный контакты, регистрирующий прибор, связанный с контактами.
Недостаток этого устройства также состоит в узких функциональных возможностях, ограниченных регистрацией только линейных деформаций.
Известно устройство для измерения деформаций в массиве горных пород (патент РФ №977776, кл. Е21С 39/00, 1982), принимаемое за прототип, которое содержит неподвижный контакт в виде витой цилиндрической пружины, подвижный контакт, размещенный внутри неподвижного контакта и выполненный в виде эластичного цилиндра с равномерно распределенными по окружности ползунками, регистрирующий прибор, связанный с контактами. Пружина размещена внутри эластичного трубчатого кожуха. Устройство размещается в скважине или шпуре, и при перемещении подвижного контакта ползунки поочередно контактируют с витками и поочередно замыкают измерительную цепь прибора. Если происходит осевая деформация или искривление скважины, то изменяются расстояния между витками пружины или расстояния между витками на растянутой и сжатой стороне. Это изменяет расстояния между сигналами от ползунков на приборе, что позволяет регистрировать осевую деформацию и искривление скважины.
Недостаток устройства состоит в том, что оно имеет недостаточную надежность и точность измерений. Эластичный кожух, размещенный в скважине или шпуре, часто проскальзывает по стенкам скважины при ее деформации и искривлении, отчего деформация и искривление пружины неточно соответствуют осевой деформации и искривлению скважины (шпура).
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений путем более точного воспроизведения устройством деформаций и искривлений измеряемого объекта.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения деформаций в массиве горных пород, содержащее неподвижный контакт в виде витой цилиндрической пружины, подвижный контакт, размещенный внутри неподвижного контакта и выполненный в виде эластичного цилиндра с равномерно распределенными по окружности ползунками, регистрирующий прибор, связанный с контактами, согласно изобретению снабжено упорами, закрепленными на наружной поверхности витков пружины, и приспособлением для растяжения пружины.
Технический результат также достигается тем, что устройство снабжено приспособлением для осевого скручивания пружины.
Технический результат также достигается тем, что приспособление для растяжения пружины выполнено в виде стержня, установленного внутри пружины и соединенного с одним из крайних витков пружины с возможностью разъединения, кольца, соединенного с другим крайним витком пружины, и приспособления для взаимного осевого смещения стержня и кольца.
Технический результат также достигается тем, что приспособление для осевого скручивания пружины выполнено в виде стержня, установленного внутри пружины и соединенного с одним из крайних витков пружины с возможностью разъединения, кольца, соединенного с другим крайним витком пружины, и приспособления для взаимного углового смещения стержня и кольца.
Снабжение устройства упорами, закрепленными на наружной поверхности витков пружины, и приспособления для растяжения пружины, создает новое взаимодействие устройства со стенками отверстия, а именно контакт пружины со стенками осуществляется через упоры, а не через эластичный кожух, как в прототипе. При растяжении пружины или при ее скручивании она уменьшает свой диаметр настолько, чтобы разместиться в отверстии вместе с упорами, а после прекращения растяжения или скручивания пружина стремится восстановить свой диаметр и упоры входят в подпружиненный контакт со стенками отверстия. При деформации или искривлении отверстия подпружиненные упоры следуют за перемещениями стенок без проскальзываний и соответствующим образом меняют положение витков. Это повышает точность измерений.
Предлагаемые технические исполнения устройств для растяжения и скручивания наиболее просты по конструкции и обеспечивают достижение технического результата.
Устройство представлено на фиг.1 - начальное положение пружины, на фиг.2 - положение устройства в скважине, на фиг.3 - положение устройства в искривленной скважине.
Устройство для измерения деформаций в массиве горных пород содержит неподвижный контакт в виде витой цилиндрической пружины 1, подвижный контакт, размещенный внутри неподвижного контакта и выполненный в виде эластичного цилиндра 2 с равномерно распределенными по окружности ползунками 3, регистрирующий прибор 4, связанный с контактами 1, 2.
Устройство снабжено упорами 5, закрепленными на наружной поверхности витков пружины 1, и приспособлением 6 для растяжения пружины 1.
Устройство снабжено приспособлением 7 для осевого скручивания пружины 1.
Приспособление для растяжения пружины выполнено в виде стержня 6, установленного внутри пружины 1 и соединенного с одним из крайних витков пружины 1 с возможностью разъединения, кольца 8, соединенного с другим крайним витком пружины 1, и приспособления 9 для взаимного осевого смещения стержня 6 и кольца 8.
Приспособление для осевого скручивания пружины выполнено в виде стержня 6, установленного внутри пружины 1 и соединенного с одним из крайних витков пружины 1 с возможностью разъединения, кольца 8, соединенного с другим крайним витком пружины 1, и приспособления 7 для взаимного углового поворота стержня 6 и кольца 8.
Соединение крайнего витка пружины 1 со стержнем 6 выполнено с помощью пластины 10, приваренной к витку и имеющей многогранное осевое отверстие. На стержне 6 выполнен хвостовик, ответный многогранному отверстию на пластине 10. Позицией 11 обозначена скважина или шпур, предназначенные для обследования. Ползунки 3 выполнены из упругих стержней с изгибом на одном конце для взаимодействия с витками пружины. Другим концом ползунки заделаны в эластичный цилиндр 2 равномерно по окружности и соединены с тягой 12, которая является также проводником электрической цепи прибора 4. Другим проводником цепи являются витки пружины 1. Упоры 5 могут быть выполнены в виде шипов с острыми концами, направленными наружу пружины.
Устройство работает следующим образом.
Для размещения устройства в скважине или в шпуре 11 необходимо уменьшить диаметр пружины 1. Для этого приспособлением 9 (фиг.1) смещают стержень 6 относительно кольца 8 в осевом направлении, пружина 1 растягивается в осевом направлений, диаметр ее уменьшается до размеров, при которых диаметр устройства на уровне концов упоров 5 становится меньшим диаметра скважины (шпура) 11. Это можно проделать также путем скручивания пружины, для чего в исходном состоянии (фиг.1) приспособлением 7 вращают стержень 6 относительно кольца 8.
В этом положении вставляют пружину 1 в скважину 11 (фиг.2) и прекращают растяжение пружины. Пружина частично восстанавливает свою форму, упоры 5 входят в контакт со стенками скважины (шпура) 11 и распирают пружину в скважине. Удаляют стержень 6 из пружины 1 и в нее с помощью толкателя (не показан) вводят подвижный контакт в виде эластичного цилиндра 2 с ползунками 3. Во время перемещения цилиндра 2 ползунки 3 периодически поочередно замыкают цепь регистрирующего прибора 4. При каждом замыкании цепи на осциллограмме прибора появляется сигнал, например, в виде всплеска или в виде разрыва записи, в зависимости от применяемого прибора. Параметры сигналов индивидуальны и зависят от особенностей изготовления ползунков. По расстоянию между сигналами одного и того же ползунка определяют расстояние между витками по одной из образующих пружины, а общая картина сигналов позволяет воссоздать общую картину расположения витков в скважине в исходном состоянии. При осевой деформации отдельных участков скважины расстояние между витками на этих участках изменяется, что фиксируется при повторных перемещениях подвижного контакта и затем вычисляется путем сравнения результатов измерений в исходном и текущем положениях пружины. При искривлении скважины (фиг.3) изменяются взаимные наклоны витков, на сжатой стороне расстояния между витками уменьшаются, а на растянутой - увеличиваются. Это также фиксируется на осциллограмме в форме уменьшения между сигналами по одним образующим и увеличения расстояния между сигналами по другим образующим. Подпружиненные упоры обеспечивают повторение пружиной изменений размеров и формы скважины и ее отдельных участков. Так регистрируются осевые деформации и искривления на отдельных участках скважины или скважины в целом.
Предлагаемое устройство повышает точность измерений за счет более точного воспроизведения устройством деформаций и искривлений измеряемого объекта.