Погружной измеритель энергоёмкости разрушения горных пород

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения энергоемкости разрушения горных пород в скважинах, пробуренных из подземных горных выработок.

Известно устройство [1], которое может быть использовано для определения энергоемкости разрушения горных пород в скважинах приконтурного массива выработок. Это устройство включает в себя измерительную головку, содержащую гидроцилиндр, нагрузочный поршень со штоком, оканчивающимся пуансоном (в действительности являющимся индентором), взаимодействующим с горной породой, при этом шток нагрузочного поршня выполнен конусным на участке взаимодействия со штоком измерителя линейных перемещений.

Недостатком устройства [1] является невозможность его использования при определении энергоемкости разрушения высоко крепких пород ввиду отсутствия возможности получения больших усилий на инденторе.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является погружной измеритель крепости горных пород [2]. Он состоит из гидроцилиндра, выполненного с тремя концентрическими полостями, бесштокового и нагрузочного поршней, при этом шток нагрузочного поршня оснащен индентором.

Недостатком устройства [2] является отсутствие возможности расклинивания гидроцилиндра относительно стенок скважины при проведении измерений, что приводит к снижению точности получаемых данных из-за влияния гравитационной силы, а также усложняет работу оператора в процессе исследований.

Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности определения энергоемкости разрушения горных пород, а также упрощение работы оператора при проведении исследований.

Решение поставленной задачи достигается использованием в конструкции устройства подвижного клина, соединенного с толкателем, приводимого в движение распорной пружиной и промежуточным штоком гидроцилиндра через упор, и взаимодействующего со стенками скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагается погружной измеритель энергоемкости разрушения горных пород, включающий гидроцилиндр, нагрузочный поршень со штоком, оснащенным индентором, согласно заявляемому изобретению, разработанный так, что гидроцилиндр содержит промежуточный шток, соединенный с двумя поршнями: внешним и внутренним, которые разделяют гидроцилиндр на 4 полости: входную, среднюю, напорную и силовую, при этом средняя полость имеет выход в атмосферу через окно, в котором размещен толкатель, взаимодействующий с упором, расположенным на промежуточном штоке гидроцилиндра, и соединенный с подвижным клином, который имеет связь с корпусом гидроцилиндра посредством распорной пружины, а между напорной и силовой полостями обеспечена гидравлическая связь посредством канала.

Предлагаемый погружной измеритель энергоемкости разрушения горных пород показан на чертеже. Он состоит из гидроцилиндра 1, нагрузочного поршня 2, промежуточного штока 3, распорной пружины 4 и подвижного клина 5, перемещающегося вдоль направляющих 6. Распорная пружина 4 имеет жесткую связь с корпусом гидроцилиндра 1 и подвижным клином 5 в точках А и В соответственно и находится в растяжении перед началом измерения. Шток нагрузочного поршня 2 оснащен индентором 7, взаимодействующим при работе устройства с горной породой 8, слагающей стенки скважины. Промежуточный шток 3 соединен с внешним 9 и внутренним 10 поршнями, которые разделяют гидроцилиндр 1 на 4 полости: входную С, среднюю D, напорную Е и силовую F.

Средняя полость D заполнена атмосферным воздухом и соединена с атмосферой через окно G. Промежуточный шток 3 содержит упор 11, взаимодействующий с подвижным клином 5 посредством толкателя 12 через окно G. Толкатель 12 жестко соединен с подвижным клином 5. Каналы 13 и 14 служат для подвода рабочей жидкости во входную полость С и штоковое пространство силовой полости F гидроцилиндра 1 соответственно. Канал 15 связывает напорную полость Е с силовой полостью F гидроцилиндра 1.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Погружной измеритель энергоемкости разрушения горных пород погружается с помощью штанги в скважину на заданную глубину, на которой необходимо определить энергоемкость разрушения пород. Рабочая жидкость через канал 13 подается во входную полость С гидроцилиндра 1, что приводит к перемещению промежуточного штока 3 и вытеснению рабочей жидкости из напорной полости Е в поршневое пространство силовой полости F через канал 15. В результате этого происходит перемещение нагрузочного поршня 2 и воздействие индентора 7, прикрепленного к его штоку, на горную породу 8 вплоть до ее разрушения. Регистрация момента разрушения горной породы 8 индентором 7 и потребного для этого усилия осуществляется по падению давления жидкости во входной полости С.

Перемещение промежуточного штока 3 приводит также к движению упора 11, закрепленного на нем, в сторону напорной полости Е, что способствует освобождению подвижности толкателя 12 с его дальнейшим перемещением в этом же направлении под действием сжатия распорной пружины 4. Сжатие распорной пружины 4 приводит к перемещению подвижного клина 5 вдоль направляющих 6 вплоть до достижения им соприкосновения с горной породой 8, слагающей стенки скважины, за счет чего осуществляется расклинивание заявляемого устройства в скважине.

Возврат нагрузочного поршня 2 и промежуточного штока 3 с внешним 9 и внутренним 10 поршнями в положение, предшествующее началу проведения измерения, осуществляется путем подачи рабочей жидкости через канал 14 в штоковое пространство силовой полости F. Это приводит к перемещению нагрузочного поршня 2 в обратном направлении, вытеснению жидкости из поршневого пространства силовой полости F в напорную полость Е через канал 15 и перемещению промежуточного штока 3 с внешним 9 и внутренним 10 поршнями за счет этого в исходное положение. При этом движение промежуточного штока 3 через упор 11 передается толкателю 12, что приводит к перемещению подвижного клина 5 вдоль направляющих 6 в обратном направлении, растяжению распорной пружины 4 и устранению распора устройства в скважине.

Источники информации

1. Патент на изобретение RU 2230904 С2.

2. Патент на изобретение RU 2433266 C1.