Результат интеллектуальной деятельности: ИЗВЛЕКАЕМАЯ ГЛУБИННАЯ РЕПЕРНАЯ СТАНЦИЯ

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при контроле состояния пород кровли горных выработок.

Известен скважинный репер [1], который содержит штангу и установленный на ней распорный узел, состоящий из двух втулок, каждая из которых выполнена в виде двух полувтулок, связанных между собой посредством торцевого шлицевого соединения, пружины между втулками и двух расклинивающих элементов. Втулки, пружина и расклинивающие элементы установлены на оси, причем последние с возможностью осевого перемещения относительно друг друга и один из расклинивающих элементов жестко связан с осью.

Скважинный репер имеет ограниченное применение и может быть использован только в одном определенном месте при измерении деформации массива горных пород и устанавливается на глубину не более высоты выработки, при этом не извлекается.

Известен репер [2], который включает дистанционный стержень, закрепленный одним концом в кровле выработки и навинчивающийся на другой конец дистанционного стержня оголовок репера, свободный конец которого выполнен с возможностью установки на него нивелирной рейки или линейки. Дистанционный стержень помещен внутри металлического трубчатого телескопического элемента, внешняя трубка которого с противоположных концов крепится к железобетонному тюбингу в замке собранного кольца обделки тоннеля, внутренняя трубка телескопического элемента помещена внутри резиновой трубки, вставленной внутри внешней, а в навинчивающемся оголовке и дистанционном стержне выполнены пазы под ключ. Изобретение позволяет определять смещения горных пород.

Недостатком описанного устройства индикации смещений массива горных пород является невозможность измерения смещений массива горных пород, когда пространство между тюбинговой крепью и контуром выработки заполнено раствором бетона после установки кольца из тюбингов, при одновременном обеспечении герметизации затюбингового пространства как в период набора прочности бетона, так и в период эксплуатации выработки, устройство не извлекается.

Известен способ контроля состояния горных выработок [3], который включает периодические измерения во времени смещений приконтурных пород на контролируемом участке выработки с помощью измерительных элементов в виде замерных точек, нанесенных на поверхность по контуру горной выработки, относительно базового элемента, фиксирование полученных результатов при первом измерении и использование их в качестве контрольных значений отсчета смещения пород относительно базового элемента при последующих измерениях, определение величины и направления смещения замерных точек за промежуток времени между измерениями и суждение по ним о состоянии приконтурных пород вокруг выработки. В качестве базового элемента в горной выработке в прямой видимости всех контролируемых замерных точек устанавливают репер и фиксируют координаты его установки. На репер закрепляют генератор лазерного луча, лазерный луч которого первоначально ориентируют в горизонтальной плоскости вдоль горной выработки и фиксируют его положение. Затем измеряют угол наклона лазерного луча и совмещают его с замерной точкой, измеряют длину лазерного луча и угол его наклона к зафиксированному положению и используют их в качестве контрольных замечаний при последующих измерениях. В случае наличия расхождения результатов с контрольными измерениями определяют величину и направление смещения замерной точки за промежуток времени между измерениями.

Недостатками способа являются трудоемкость и высокая стоимость контроля состояния горных выработок, а также его использование только при измерении деформации приконтурного массива горных пород только на прямолинейных участках выработок.

Известно устройство для определения смещения горных пород в забоях и выработках [4], которое содержит два репера, на первом установлен датчик угловых перемещений, соединенный с блоком, и контролер, соединенный с датчиком угловых перемещений электрокабелем. Блок охвачен гибкой тягой, соединенной со вторым репером одним концом посредством упругого соединения, а другим - посредством регулировочного устройства.

Прибор имеет сложную конструкцию, что обуславливает его низкую надежность и ограниченный диапазон применения (для увеличения диапазона применения требуются дополнительные затраты при изготовлении датчика в термостатированном корпусе).

Известно устройство для определения деформаций массива горных пород [5], которое содержит контрольный репер, базовый репер, датчик линейных перемещений и связанный с ним блок индикации, причем датчик линейных перемещений выполнен в виде корпуса с размещенным в нем герконом и постоянным магнитом. Базовый репер снабжен штоком с жестко закрепленной на нем упорной шайбой. На контрольном репере установлен датчик линейных перемещений с установочным элементом, нижняя часть которого выполнена в виде постоянного магнита, а другая его часть - в виде немагнитного штока. При этом установочный элемент установлен с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса до контакта с упорной шайбой. Геркон расположен неподвижно в плоскости, параллельной установочному элементу, с возможностью воздействия на его контакты магнитным полем постоянного магнита. Установочный элемент может быть снабжен со стороны постоянного магнита пружиной и откалиброван на заданную величину деформации. Датчик линейных перемещений может быть связан с блоком индикации электрическими проводами.

Устройство обладает недостатками, заключающимися в том, что контактная группа, выполняющая роль первичного датчика преобразователя, обладает сравнительно невысокой точностью и надежностью в работе, устройство не извлекается.

Известно устройство для определения смещений слоев горных пород или элементов инженерно-строительных сооружений [6], которое содержит контрольные реперы, каждый из которых жестко закреплен на одном конце своей тяги, связывающей репер с измерителем его смещения, тяги выполнены в виде упругих стержней, на концах которых, противоположных закреплению репера, смонтированы магнитопроводы, при этом каждый магнитопровод установлен с возможностью свободного возвратно-поступательного перемещения по оси своей катушки индуктивности, размещенной в корпусе измерителя смещения реперов, включающего несколько, по числу реперов, катушек индуктивности. Выход измерителя смещения реперов связан с входом блока снятия и обработки информации. Сигнал с блока снятия и обработки информации выдается в цифровой форме, что позволяет подключить устройство непосредственно в компьютерную сеть. С целью расширения возможностей устройства, а именно возможности автоматизации процесса измерений, а также включения предлагаемого устройства в уже существующую систему контроля, выход блока снятия и обработки информации выполняют с возможностью подключения к автономному накопителю информации и автоматизированной системе управления процессами контроля.

Устройство имеет высокую сложность и является дорогостоящим, при этом может использоваться только при измерении деформации приконтурного массива горных пород только на прямолинейных участках выработок.

Наиболее близким техническим решением является устройство контроля расслоения приконтурного массива горных выработок [7], принятое за прототип, включающие гибкую подвеску, закрепленную на опорном репере у дна скважины в горном массиве, устье которой закреплено направляющей, торец которой выступает в выработку и через которую проходит гибкая подвеска, свободный конец которой в выработке закреплен на опорном индикаторе с цветными полосами на внешней поверхности. Опорный индикатор охвачен концентрично контрольным индикатором, размещенным концом в направляющей и соединенным посредством гибкой подвески с контрольным репером, установленным на горизонте анкерования, причем внешняя поверхность контрольного индикатора снабжена цветными полосками и линейной разметкой, которой снабжен и опорный индикатор. Индикаторы установлены с возможностью относительного перемещения контрольного индикатора относительно опорного и направляющей. Цветные полоски контрольного и опорного индикаторов могут быть выполнены из световозвращающего материала. Для контроля распределения по глубине максимумов расслоения в промежутках между опорным и контрольным реперами и направляющей в скважине могут быть установлены промежуточные реперы, соединенные гибкими подвесками с промежуточными индикаторами, зафиксированными на подвесках с возможностью считывания их относительного перемещения. Репер может быть выполнен в виде втулки с упругими усами, к перекрестию которых прикреплен конец гибкой подвески, или состоять из кольцевой пружины, навитой соосно с осью скважины, а концы пружины отогнуты в осевой плоскости под острым углом к стенкам скважины и оперты на них.

Недостатком данного устройства является трудность его закрепления в заданном месте, поскольку на многих участках скважины ее диаметр, как показывает практика, может значительно превышать диаметр бурового снаряда, а в наклонных скважинах спуск репера под действием собственного веса вообще затруднителен. Другим недостатком репера является возможность ослабления его связи с массивом горных пород в период подработки.

Задачами изобретения являются упрощение измерений и конструкции реперной станции, снижение стоимости прибора и измерительных работ при контроле состояния горного массива и выработок.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устьевая трубка выполняется из оцинкованного пружинистого материала по диаметру шпура, имеет прорезь для удобства ввода ее в шпур, выступает на 50-70 мм из шпура на уровень крепления выработанного пространства в свету и является точкой отсчета смещения кровли для базового и замковых индикаторов; а базовый и замковые реперы выполняются из пружинной проволоки, свернутой в виде спиралей диаметром D=8-10 мм с разведенными концами длиной L=12-14 мм под углом α=145-155°, направленным в глубь шпура, при этом за нижнюю часть спиралей шарнирно крепятся несущие стальные тросики индекаторов смещения, удерживающих их на весу, а за верхнию часть шарнирно закрепляются тросики для извлечения репера из шпура, нижние концы которых крепятся на соответствующих индикаторах смещения диаметрально противоположно несущим троисикам и имеют различную окраску, индикаторы смещения выполняются из трубок, входящих друг в друга в последовательности расположения пластов, имеют мерные шкалы и на концах отверстия для выпуска и закрепления концов тросиков и регулирования положения индикатора относительно устьевой трубки.

Реперная станция глубокого заложения и ее работа поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен разрез шпура с элементами реперной станции, а на фиг. 2 представлены реперы в шпурах диаметром 27-30 мм.

На чертежах приняты следующие условные обозначения: 1 - базовый репер, 2 - замковый репер, 3 - замковый репер, 4 - устьевая трубка (контурный репер), 5, 6, 7 - тросики, удерживающие индикаторы, 8, 9, 10 - тросики для извлечения реперов, 11 - шпур, 12, 13 - индикаторы замковых реперов, 14 - индикатор базового репера, 15 - спираль репера, 16 - разведенные концы спирали.

При закладке извлекаемой глубинной реперной станции бурится шпур 11 диаметром 27-30 мм, в устье которого устанавливается устьевая трубка 4, которая выполняется из оцинкованного пружинистого материала по диаметру шпура, имеет прорезь для удобства ввода ее в шпур, является точкой отсчета смещения кровли для базового и замковых индикаторов и выступает из шпура на 50-70 мм, на уровень крепления выработанного пространства в свету; базовый и замковые реперы 1, 2, 3, связанные с индикаторами 12, 13, 14 стальными несущими тросиками 5, 6, 7 диаметром 1 мм (более тонкие тросики подвержены ломке нитей), закрепленными шарнирно на нижней части спирали базового и замковых реперов, а также тросиками для извлечения реперов 8, 9, 10, которые закреплены шарнирно на верхних частях спиралей 15 реперов, а нижними концами на соответствующих индикаторах диаметрально противоположно несущим тросикам, при этом базовый и замковые реперы выполняются из пружинной проволоки, свернутой в виде спирали диаметром D=8-10 мм с разведенными концами длиной L=12-14 мм под углом α=145-155°, а несущие и извлекающие тросики имеют различную окраску; индикаторы смещения выполняются из трубок, входящих друг в друга в последовательности расположения пластов, имеют мерные шкалы и на концах отверстия для выпуска и закрепления концов тросиков и регулирования положения индикатора относительно устьевой трубки.

Величины диапазонов изменения параметров спирали реперов выбраны из условия возможности разворота реперов в шпуре при натяжении тросика извлечения и представлены на фиг. 2 для шпуров диаметром 27 и 30 мм.

Техническим результатом является упрощение измерений и конструкции реперной станции, снижение стоимости прибора и измерительных работ при контроле состояния горного массива и выработок, а также извлечение глубинной реперной станции для повторного использования.

Источники информации

1. Патент РФ №2272134. Скважинный репер. МПК Е21С 39/00 (2006.01); G01B 5/30 (2006.01). Патентообл. Московский государственный университет. Авторы: Вознесенский А.С., Ямщиков B.C., Сербул А.Е. Заявл. 08.08.1995. Опубл. 27.01.1998. Бюл. №10.

2. Патент РФ 2479718. Репер индикации смещений массива горных пород. МПК Е21С 39/00 (2006.01). Патентообл. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова. Авторы: Гусев В.Н., Волохов Е.М., Долгих М.В., Тулин П.К. Заявл. 04.11.2004. Опубл. 20.03.2006. Бюл. №8.

3. Патент РФ 2206740. Способ контроля состояния горных выработок. МПК Е21С 39/00 (2000.01); G01C 15/04 (2000.01). Патентообл. Трубецкой К.Н., Мальский К.С. Авторы: Трубецкой К.Н., Мальский К.С. Заявл. 06.12.2011. Опубл. 20.04.2013. Бюл. №11.

4. Патент РФ 2206740. Устройство для определения смещения горных пород забоях и выработках. Патентообл. Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук. Авторы: Опарин В.Н., Кулагин Р.А., Востриков В.И., Кулагин И.К. Заявл. 25.08.2008. Опубл. 20.01.2010. Бюл. №2.

5. Патент РФ 2206740. Устройство для определения деформаций массива горных пород. МПК Е21С 39/00 (2000.01). Патентообл. Государственный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела - Межотраслевой научный центр (ВНИМИ). Авторы: Яковлев Д.В., Рева В.Н., Розенбаум М.А., Соколов А.Б. Заявл. 11.04.2000. Опубл. 27.11.2002. Бюл. №33.

6. Патент РФ №2272134. Устройство для определения смещений слоев горных пород или элементов инженерно-строительных сооружений. МПК G01C 9/00 (2006.01). Патентообл. Агудалин Б.П., Агудалин А.П., Цыганок А.Н. Авторы: Агудалин Б.П., Агудалин А.П., Цыганок А.Н. Заявл. 04.10.2004. Опубл. 27.03.2006. Бюл. №9.

7. Патент РФ №2206740. Репер индикации смещений массива горных пород. МПК Е21С 39/00 (2000.01); G01C 15/04 (2000.01). Патентообл. Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук. Авторы: Опарин В.Н., Кулагин Р.А., Востриков В.И., Кулагин О.Р. Заявл. 20.02.2003. Опубл. 20.06.2003. Бюл. №17.