Установка для испытания образцов горных пород

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

А1 (19) (11) 1511 4 Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К ASTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3874585/22-03 (22) 25.03.85 (46) 23.09.86. Бюл. В 35 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) Е.В.Лодус (53) 622.23- ° 05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 351122, кл. С 01 N 3/ОО, 1970. (54) (57) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащая полый цилиндрический корпус с отверстиями в его торцах, соосно размещенную в ием испытательную камеру для образца, установленные на ней боковые и торцовый эластичные башмаки, заполненные жидкостью, опорный вкладыш, установленный в одном из отверстий корпуса, гидродомкрат, поршень которого связан с торцовым башмаком и источник давления среды, сообщенный с полостью камеры, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью приближения условий испытания к забойным путем нагружения образца неравномерно распределенной по его длине боковой нагрузкой и имитации отжима породы, она снабжена установленным в корпусе дополнительным поршнем со штоком, в которых выполнено сквозное осевое отверстие, соосно установленным на камере сильфоном, составленным из гофр раз-. личной жесткости по числу ступеней боковой пригрузки, один торец которого упирается в поршень гидродомкрата, а другой — в дополнительный поршень, упором, закрепленным на поршне гидродомкрата, причем боковые башмаки выполнены кольцевыми и размещены в отдельных гофрах сильфона, опорный вкладыш установлен в отверстии дополнительного поршня, шток которого пропущен в другое отверстие корпуса, а поршень гидродомкрата связан с . торцовым башмаком посредством упора.

1259035

Изобретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания горных пород в условиях сложного напряженного состояния.

Целью изобретения является приближение условий испытаний к забойным путем нагружения образца неравномерно распределенной по его длине боковой нагрузкой и имитации отжима !

О породы.

На фиг.1 изображена схема установки для испытания образцов горных пород; на фиг.2 — узел соединения гофр сильфона.

Установка .содержит испытательную камеру 1, размещенную в полом цилиндрическом корпусе 2 с отверстием 3

"для сообщения камеры с внешним пространством и опорным вкладышем 4, боковые 5 и торцовый 6 эластичные баш- 20 маки, заполненные жидкостью и установленные на испытательной камере

Поршень,7 гидродомкрата, корпусом которого является корпус 2, контактирует с торцовым башмаком 6. Боковые башмаки 5 имеют кольцевую форму и размещены в отдельных гофрах сильфона 8, составленного иэ ребер различной жесткости. Количество гофр сильфона 8 и их жесткость выбираются из 30 заданного числа ступеней приращения боковой нагрузки. Сильфон 8 установлен.соосно испытательной камере 1 и одним торцом упирается в поршень ? гидродомкрата, вторым — в поршень 9.

Поршень 9 является дополнительным и имеет отверстие, соосное с отверстием

3 корпуса 2 и содержит опорные вкла-, дьшн 4. Торцовый башмак 6 взаимодействует с упором 10, закрепленным на поршне 7. Насосная станция 11 соеди-. нена вентилями 12 и 13 с полостью камеры, т.е. с подпоршневыми полостями поршней 7 и 9. Полость поршня 9 соединена с клапаном 14 избыточного давления с регулируемым давлением срабатывания. Испытательная камера 1 состоит из эластичного пОкрытия, размещенного внутри двух вставленных друг в друга витых цилиндрических пружин 15 с противоположными направлениями навивки. Наружная пружина 15 контактирует с эластичными башмаками

5. Испытуемый образец 16 размещается внутри эластичного покрытия камеры 1. Позицией 17 обозначен элемент меха-: низма воздействия на испытуемый образец, например буровая штанга.

Установка работает следующим образом.

Включают насосную станцию !1 К при открытых вентилях 12 и 13 заполняют рабочей жидкостью подпоршневые полости поршней 7 и 9. Закрывают вентиль 13, клапан 14 настраивают на заданное давление срабатывания. Вновь включают станцию 11 и создают давлеwe рабочей жидкости в полости порш" ня 7. Под действием этого давления поршень 7 перемещается и деформирует сильфон 8. Гофры сильфона 8 деформируются пропбрционально их ийдивидуальной осевой жесткости и сжимают расположенные в них эластичные башмаки 5. При этом жидкость, заполняющая башмаки 5, передает давление на испытательную камеру 1 и расположенный в ней образец 16. Величина давления в жидкости башмаков пропорцио" нальна деформации башмаков и обратно зависит от их жесткости. Одновременно при смещении поршня 7 упор 10 деформирует торцовый башмак 6, также заполненный жидкостью, давление которой передается на торцовую часть образца 16. При деформировании сильфона 8 происходит некоторое смещение г его гофр относительно поверхности испытательной камеры 1, и это смещение отчасти реализуется в проскальзывании пружин 15 друг относительно .друга, в остальном — в деформировании эластччных башмаков 5. Образец 16 остается на этом этапе нагружения неподвижным и упирается по периметру торца во вкладыш 4. Площадь упора 10 в области его контакта с башмаком 6 подбирается так, чтобы к моменту достижения заданного распределения боковой нагрузки получить заданную величину торцового усилия. Момент .достижения заданного напряженного состояния образца определяется по моменту срабатывания клапана 14 в результате достижения заданного давления в подпоршневой полости поршня 9 при росте давления под поршнем 7. Выключают насосную станцию 11 и с этого времени образец 16 находится под действием неравномерно распределенной боковой нагрузки и торцовой нагрузки заданных величин. Приступают к исследованиям механических свойств образца, находящегося при заданном сложном напряженном состоянии, например, изучают процесс буримости горной породы

1259

3 в этих условиях, работая буровой штангой 17, вводимой через отверстие

3. В нужный момент времени имитируют отжим породы, для чего включают насосную станцию 11 и нагнетают жидкость под давлением через вентиль 12.

Рост давления иод поршнем 7 выше заданного приводит к росту давления в полости поршня 9 и непрерывному срабатыванию клапана 14, в результате 10 чего оба поршня вместе с сильфоном

8 и образцом 16 перемещаются в направлении открытого торца образца 16 при неизменном напряженном состоянии образца 16. При возникновении препят- 15 ствия перемещению образца, например, со стороны штанги 1.7, давление под поршнем 7 будет увеличиваться, что приведет к увеличению боковой нагрузки и торцовой нагрузки на образце до 20 тех пор, пока не устранится препятствие к перемещению образца. Именно такая ситуация возникает в забое при отжиме породы в направлении выработанного пространства, когда порода 25 встречает сопротивление отжиму со .стороны крепи, оборудования и т.п.

После устранения препятствия образец возвращается к исходному напряженному состоянию за счет срабатывания Зр клапана 14. В этом состоит работа установки при моделировании забойных условий. При отключенном клапане 14 и постоянном росте давления под поршнем 7 получают пропорциональное. нагружение образца при неравномерном боковом обжатии вплоть до разрушения образца. После разрушения образца или окончания наблюдения за ним установку демонизируют и. собирают для следую- О щего эксперимента, составляя сильфон

8 из гофр и башмаков в соответствии с требуемым распределением боковой нагрузки. Соотношение между боковой и торцовой нагрузками подбирают изменением площади контакта упора 10 с башмаком 6, положением упора относительно башмака. При.размещении в отверстии поршня 9 вместо опорного вкладыша 4 упора, аналогичного упору

10 с таким же башмаком 6, установка осуществляет испытания на объемное сжатие с неравномерной или равномерной (при одинаковых гофрах сильфона) боковой нагрузкой, что моделирует иапря-„ ! женное состояние пород в массиве.

Соединение гофр сильфона с башмаками осуществляется под действием

035 4 упругих деформаций башмаков, заполненных жидкостью, для чего жидкость в башмаках находится при небольишх, доли атмосферы, избыточных давлениях.

Такое взаимодействие башмака с гофром допускает их большие относительные смещения. Противоположная навивка пружин 15 обеспечивает минимальную силу трения при взаимном скольжении пружин при деформации сильфона, а также равномерное распределение боковых усилий на поверхности образца в зоне действия отдельного сильфона, чему способствует использование эластичной оболочки между образцом и пружинами. Различная жесткость сильфонов обеспечивается различием диаметров их гофр, различием толщины стенок гофр.

В установке боковая нагрузка создается набором кольцевых башмаков, распределенных по длине образца и размещенных в гофрах сильфона с различной жесткостью ребер вместо боковых башмаков, каждый из которых покрывает образец по всей длине. Это позволяет создавать неравномерную по длине образца нагрузку за счет различной деформации образцов и вызванной этим различной величины давлений в каждом башмаке. Различная величина деформации боковых башмаков появляется в результате различия жесткости ребер сильфона при деформации его гидродомкратов: чем выше жесткость ребра, тем меньше его деформация по сравнению с другими ребрами, испытывающими такое же усилие со стороны гидродомкрата, тем меньше давление в его башмаке и меньше боковая нагрузка в зоне контакта образца с этим башмаком. Снабжение установки допол- . нительным поршнем, в который упирается второй торец сильфона и в котором выполнено отверстие, соосное с отверстием камеры и содержащее опорные вкладыши, позволяет при необходимости смещать нагружающий образец в направлении его открытого торца. Признак взаимодействия башмака с упором, закрепленным на гидродомкрате, при принятой конструкции нагружения боковой нагрузкой путем смещения гидродомкрата, обеспечивает пропорциональный рост торцовой нагрузки при деформировании торцового башмака упором.

1259035

Составитель В.Петрова

Редактор В.Иванова Техред И.Попович Корректор С.Шекмар

Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

Заказ .5104/35

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4