СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГООБМЕНА НА ОБРАЗЦАХ ГОРНЫХ ПОРОД
TEST BENCH FOR ENERGY EXCHANGE ON ROCK SAMPLES

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания образцов горных пород при моделировании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.
Известна установка для испытания образцов при плоском напряженном состоянии по патенту РФ №1448239, МПК G01N 3/10, E21C 39/00, опубл. 30.12.1988 г., предназначенная для исследования энергообмена на образцах горных пород, содержащая опорную раму, размещенные в ней боковые захваты для образца, в одном из которых выполнена емкость (захват) для контробразца, гидравлический механизм нагружения, связанный с боковыми захватами, торцовый захват для образца и гидравлический механизм для взаимного перемещения образцов, связанный с торцовым захватом для образца, при этом рабочие полости всех гидроцилиндров соединены с источником давления.
Эта установка позволяет проводить исследования подвижек обжатого образца при перемещении его во взаимно противоположных направлениях при постоянном усилии обжатия, при пропорциональном изменении обжимающей и сдвигающей нагрузок, при неравномерном обжатии образца, однако на ней невозможно проводить исследования при регулируемом возбуждении в образце разнонаправленных ударных волн в процессе формирования подвижек.
В массиве горных пород такого рода ударные волны образуются при одновременном воздействии на массив как тектонических нагрузок, так и ударных волн от сейсмических событий.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является стенд для исследования энергообмена в массиве горных пород по патенту РФ №2364853, МПК G01N 3/10, опубл. 20.08.2009 г., содержащий опорную раму, размещенные в ней захват для образца, установленный на каретке, захват для контробразца, гидравлический механизм для взаимного поджатия образцов, связанный с захватом для контробразца, гидравлический механизм для взаимного перемещения образцов, соединенный с кареткой, и источник давления, связанный с механизмами поджатия и сдвига.
Известный стенд дает возможность осуществлять исследования при широком регулировании параметров и режимов обмена энергии как между нагружающими системами (механизмами) и испытуемыми образцами, так и между самими механизмами нагружения. Однако и этот стенд не позволяет проводить исследования при регулируемом возбуждении в образце разнонаправленных ударных волн в процессе формирования подвижек. Это ограничивает объем информации, получаемой в процессе испытаний при изучении энергообмена в массиве горных пород, и тем самым сужает функциональные возможности испытательного оборудования.
Изобретение решает задачу создания установки (стенда) для моделирования и исследования энергообмена на образцах горных пород, позволяющей испытывать образцы горных пород в широком диапазоне различных нагружающих воздействий, в том числе и тектонических сил.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей стенда, а также в увеличении объема получаемой информации при изучении энергообмена на образцах горных пород за счет обеспечения исследований энергообмена при регулируемом возбуждении в образце разнонаправленных ударных волн в процессе формирования подвижек.
Технический результат достигается тем, что стенд для исследования энергообмена на образцах горных пород, содержащий опорную раму, размещенные в ней захват для контробразца, гидравлический механизм для взаимного поджатия образцов, соединенный с захватом для контробразца, каретку, гидравлический механизм для взаимного перемещения образцов, соединенный с кареткой, и захват для образца, установленный на каретке, согласно изобретению стенд снабжен механизмом ударного нагружения, установленным на каретке с возможностью взаимодействия с захватом для образца и с кареткой, при этом механизм ударного нагружения выполнен в виде ударника в форме стержня, электромагнитного якоря в форме кольца, закрепленного на каретке, и двух электромагнитных катушек для независимого взаимодействия с якорем, причем ударник подвижно размещен в отверстии якоря, а катушки закреплены на ударнике с противоположных сторон относительно якоря.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема стенда.
Стенд для исследования энергообмена на образцах горных пород содержит опорную раму 1, размещенные в ней захват 2 для контробразца 3, гидравлический механизм 4 для взаимного поджатия образцов, соединенный с захватом 2 для контробразца, каретку 5, гидравлический механизм 6 для взаимного перемещения образцов, соединенный с кареткой 5, и захват 7 для образца 8, установленный на каретке.
Стенд снабжен механизмом 9 ударного нагружения, установленным на каретке 5 с возможностью взаимодействия с захватом 7 для образца и с кареткой 5. Механизм 9 ударного нагружения выполнен в виде ударника в форме стержня, электромагнитного якоря 10 в форме кольца, закрепленного на каретке, и двух электромагнитных катушек 11 и 12 для независимого взаимодействия с якорем 10. Ударник 9 подвижно размещен в отверстии якоря 10. Катушки 11 и 12 закреплены на ударнике 9 с противоположных сторон относительно якоря 10.
Позицией 13 обозначен пружинный механизм возврата ударника 9 в исходное положение, показанное на чертеже.
Стенд работает следующим образом.
Контробразец 3 устанавливают в захват 2, а образец 8 размещают в захвате 7, установленном на каретке 5, после чего приводят в действие гидравлический механизм 4 и производят поджатие контробразца 3 к образцу 8 с заданным усилием.
Гидравлическим механизмом 6 создают нагрузку смещения образца 8 относительно контробразца 3. Для инициирования подвижки создают ударные импульсы. Так, при включении электромагнитной катушки 11 она перемещается в направлении якоря 10 вместе с ударником 9, отчего ударник 9 наносит удар по захвату 7 и образцу 8. Ударная волна распространяется навстречу направлению действия сдвигающей нагрузки. При включении электромагнитной катушки 12 последняя перемещается в направлении якоря 10 вместе с ударником 9, ударник наносит удар по каретке 5 и создает ударную волну в образце 8, распространяющуюся в направлении действия сдвигающей нагрузки. После каждого удара пружинный механизм 13 возвращает ударник 9 в исходное положение. Частота и направления ударов, а также уровни поджимающей и сдвигающей нагрузок определяются задачами испытаний, сила ударных импульсов определяется электромеханическими параметрами взаимодействия якоря и катушек.
Предлагаемый стенд позволяет проводить исследования энергообмена на образцах горных пород в новых условия - при регулируемом возбуждении в образце разнонаправленных ударных волн в процессе формирования подвижек, что существенно увеличивает объем получаемой информации. Указанные исследования могут использоваться для решения различных геомеханических задач, в том числе связанных с возможными подвижками блоков массива горных пород под влиянием разнонаправленных тектонических и сейсмических воздействий.