Датчик для измерения напряжений горных пород

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1Ю (11) цд Е 21 С 39 00

f Р(;

OIlHCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ "

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ CCCP пО делАм изОБретений и ОтнРытий (21) 3742779/22-03 (22) 18.05.84 (46) 30.01.86. Бюл. Р 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектный и конструкторский институт горного дела цветной металлургии (72) В.Н.Попов, В.В.Жуков, Ю.П.Сковородкин и Г.М.Пекшева (53) 622.235(088.8) (56) Ямщиков В.С ° и др. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. M.: Недра, 1982, с. 134-135.

Авторское свидетельство СССР

Р 1112121, кл. Е 21 С 39/00, 1983. (54) (57) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащий цилиндрический корпус с центральным отверстием, при этом .корпус выполнен из оптически активного вещества с наполнителем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений напряжений путем придания ему избирательной чувствительности к нормальной составляющей компоненте напряжений, наполнитель выполнен в виде высокомодульных магнитоупругих волокон, расположенных параллельно друг другу.

1 "08233

4С

41

5(1,Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для измерения напряжений в массиве крепких горных пород на рудниках для обеспечения безопасности ведения горных работ.

Цель изобретения — повышение точности измерения напряжений путем придания датчику избирательной чувствительности к нормальной составляющей компоненте напряжений.

На фиг, 1 изображена принципйальная конструкция датчика для измерения напряжений горных пород; на фиг. 2 — разрез А-A на фиг. 1; на фиг. 3 — зависимость изменения магнитной восприимчивости от нагрузки.

Датчик для измерения напряжений горных пород содержит цилиндрический корпус 1 (внешний радиус К ) с центральным отверстием (радиус )„ выполненный из оптически активного вещества, например эпоксидной смолы, или оргстекла, или боросиликатной кроны, типа К с модулем E = (0,,3

0,82) 10 Mila. В корпусе 1 параллельно груг,другу в одном направлепии размещены высокомодульные магнитоупругие волокна 2 с модулем упругости Е E „, где E> — модуль упругости магнитоупругих волокон, Š— модуль упругости корпуса.

В качестве магнитоупругих волокон может быть использована стальная, никелевая и другие проволоки.

Размещение в оптически активном веществе волокон с модулем упругости

16 > ? 10 КПа уже при объемных концентрациях 1-10% позволяет получить модуль упругости корпуса, превьпыа— ющий модуль упругости окружающих корпус горных пород более чем в два раза.

Для исследования поля напряжений датчик устанавливают в скважине (шпур) так, что с помощью цементирующего состава обеспечивают всесторонний контакт со стенками скважин. Таким образом, датчик и исследуемый массив представляет единое целое и деформация контура скважины полностью воспринимается датчиком.

При изменении давления в массиве изменяется магнитная восприимчивость включений (Н ) и, следовательно„ эффективная магнитная восприимчивость датчика.

Для определения направления и величины главных напряжений датчики размещают в разных направлениях в плоскости измерения. При этом датчик, показывающий максимальное изменение магнитной восприимчивости в точке измерения, оказывается размещенным волокнами по направлению действия главного напряжения.

Принцип действия датчика основан на анизотропном влиянии напряжений на свойства волокнистого композиционного материала, в данном случае на эффективную магнитную восприим- чивость.

Так, исследовали высокомодульный датчик напряжений с параллельными волокнами в одном направлении. Диаметр никелевых волокон 0,07 мм.

Расстояние между волокнами выбирали с учетом устранения перекрытия зон. концентрации напря>кений, возникающих вокруг волокон в полимерной матрице (ЗД-20) . Измеренная эффективная восприимчивость Н = 0,7 10 ед.СИ.

При одноосной нагрузке датчика силой кН, приложенной вдоль волокон, изменение, магнитной восприимчивости ь ÍH — 0,56 (фиг. За). При приложении такой же одноосной нагрузки на датчик перпендикулярно волокнам

, u — 0 13 (фиг. Зб) .

Пслученные экспериментальные кривые изменения эффективной магнитной восприимчивости от величины и направления приложенной нагрузки подтверждают высокую направленную чувствительность датчика. Предлагаемый датчик напряжений позволяет путем измерения 6 Н судить о величине и направлении главного напряжения. Кроме того, высокие упрочняющие свойства высокомодульных волокон позволяют получать высокий эффективный модуль упругости датчика -E,. при их меньшей концентрации.

t208233

Р(к и) Риаз

Составитель Г. Алексеева

Техред О.Ващишина Корректор И. Иаксимишинец

Редактор A. Огар

ВняИПИ Государственного комитe» CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Иосква> Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 214/42 Тираж 4?О Поднисное