CS251876B1

CS251876B1 - Probe for long-term control of changes in spatial stress of rocks

Info

Publication number: CS251876B1
Application number: CS851896A
Authority: CS
Inventors: Jiri Nedoma; Jan Zaruba-Pfeffermann; Eva Novotna; Petr Hirsl; Josef Svanda
Original assignee: Jiri Nedoma; Zaruba Pfeffermann Jan; Eva Novotna; Petr Hirsl; Josef Svanda
Priority date: 1985-03-18
Filing date: 1985-03-18
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS189685A1

Abstract

Řešení se týká oboru geologie, geofyziky a hornictví. Podstata sondy spočívá v tom, že měrné elementy jsou sestaveny do nepravidelné prostorové mříže, tvořené alespoň dvěma soustavami měrných elementů sestavených do mnohoúhelníků, jejichž vr- ' choly jsou tvořeny opěrnými hlavami, v nichž jsou měrné elementy ukotveny, roviny mnohoúhelníků jsou vzájemně k sobě skloněny, přičemž řečené soustavy měrných elementů jsou propojeny mimoběž,nými měrnými elementy, ukotvenými v řečených opěrných hlavách, měrné elementy sestavené do mnohoúhelníků i mimoběžně měrné elementy jsou napojeny na elektronické odečítací snímače pro kontrolu vzájemných pohybů opěrných hlav, umístěné uvnitř sondy stejně jako elektronická jednotka pro· předzpracování naměřených veličin, s níž jsou řečené elektronické snímače propojeny.The solution relates to the field of geology, geophysics and mining. The essence of the probe lies in the fact that the measuring elements are assembled into an irregular spatial grid, formed by at least two systems of measuring elements assembled into polygons, the vertices of which are formed by support heads in which the measuring elements are anchored, the planes of the polygons are inclined towards each other, while the said systems of measuring elements are interconnected by eccentric measuring elements anchored in the said support heads, the measuring elements assembled into polygons and the eccentric measuring elements are connected to electronic reading sensors for controlling the mutual movements of the support heads, located inside the probe as well as an electronic unit for pre-processing the measured quantities, with which the said electronic sensors are interconnected.

Description

. Vynález se týká sondy pro dlouhodobou ιιί'ΊίΙιι změn prostorové napjatosti hornin,: sestávající z měrné jednotky opatřené měrnými elementy, která umožňuje dlouhodobou kontrolu změn prostorové napjatosti hornin na dně zavodněných vrtů a případně podle potřeby po vybudování cementových lavic i v různých hloubkách ve vrtu.. The invention relates to a probe for long-term changes in the spatial stress of rocks, consisting of a unit of measurement equipped with measuring elements, which allows long-term monitoring of changes in spatial stress of rocks at the bottom of irrigated wells.

Dosud známá řešení zpravidla umožňují kontrolu pouze rovinné napjatosti hornin. Prostorová napjatost se obvykle určuje opatoovánými měřeními při využití mimoběžných vrtů.As a rule, the solutions known so far only permit the control of plane state of rock. Spatial stress is usually determined by reversed measurements using off-axis boreholes.

Sondy umožňující kontrolu prostorové napjatosti jsou velmi komplikovaná a drahá zařízení, která z důvodů hospodárnosti nelze ponechat v horninovém masívu trvale. Přitom mají velkou setrvačnou hmiotu, která zvyšuje nároky na kvalitu spoje mezi doteky sondy a horninou. Další metody, které využívají velkého počtu opakovaných měření pro svou malou spolehlivost a v důsledku lepení tenžometrů nia horninu nejsou použitelné do hlubokých zavodněných vrtů nebo do vrtů, jejichž čelo je vzdáleno několik desítek či set metrů od stěny důlního díla. Sondy určené pro aplikaci na drně suchých vrtů rovněž nejsou použitelné pro svislé zavodněné vrty a neumožňují instalaci většího počtu sond v jednom vrtu.Spatial stress probes are very complicated and expensive devices that cannot be left permanently in the rock mass for reasons of economy. In doing so, they have a large inertia, which increases the quality of the joint between the probe and the rock. Other methods, which use a large number of repeated measurements for their low reliability and due to the bonding of nia rock gauges, are not applicable to deep flooded boreholes or boreholes whose forehead is several tens or hundreds of meters from the mine wall. Probes intended for dry drilling applications are also not applicable to vertical flooded wells and do not allow the installation of multiple probes in a single well.

Nevýhody dosud známých řešení odstraňuje sonda pro dlouhodobou kontrolu změn prostorové napjatosti podle vynálezu, jejíž podstata spočívá v tom, že měrné elementy jsou sestaveny do nepravidelné prostorové mříže, tvořené alespoň dvěma soustavami měrných elementů sestavených do mnohoúhelníků, jejichž vrcholy jsou tvořeny opěrnýml hlavami, v nich jsou měrné elementy ukotveny, roviny mnohoúhelníků jslou vzájemně k slotbě skloněny, přičemž řešené soustavy měrných elementů jsou propojeny mimoběžnými měrnými elementy, ukotvenými v řečených opěrných hlavách, měrné elementy sestavené do· mnohoúhelníků i mimoběžné měrné elementy jsou napojeny na elektronické odečítací snímače pro kontrolu vzájemných pohybů opěrných hlav, umístěné uvnitř sondy stejně jako elektronická jednotka pro předzpracování naměřených veličin, s níž jsou řečené elektronické snímače propojeny.Disadvantages of the known solutions are eliminated by a probe for long-term control of changes in spatial stress according to the invention, which consists in that the measuring elements are assembled into an irregular spatial lattice, formed by at least two sets of measuring elements assembled into polygons. the measuring elements are anchored, the polygon planes are inclined relative to the slot, the set of measuring elements being interconnected by extra-ordinary measuring elements anchored in said support heads, the measuring elements assembled into polygons and the extra-measuring measuring elements are connected to electronic subtraction sensors for control and an electronic unit for preprocessing the measured quantities with which said electronic sensors are connected.

Hlavním přínosem navrženého zařízení je možnost kontroly změn prostorové napjatosti v čase při výrobní jednoduchosti zařízení, spolehlivost funkce a použitelnosti v obtížných důlních podmínkách s možností využití pro velmi dlouhá pozorování.The main benefit of the proposed equipment is the possibility to control changes in spatial stress over time while making the equipment simple, reliable in function and usability in difficult mining conditions with the possibility of use for very long observations.

Příklad provedení soudy podle vynálezu je znázorněn na přiloženém výkrese, který představuje schematický náčrtek sondy v úpravě pro strunové tenzometry.An exemplary embodiment of the courts of the invention is illustrated in the accompanying drawing which is a schematic sketch of a probe modified for string strain gauges.

Sonda sestává z měrných elementů sestavených do prostorové nepravidelné mříže tvořené dvěma soustavami měrných elementů 1 sestavených do trojúhelníkové růžice. Přitom jedna trojice měrných elemen4 tů 1 pro měření příčných deformací tvoří rovnostranný trojúhelník v rovině kolmé na osu vrtu. Měrné elementy 1 jsou ukotveny v opěrných hlavách 3, které jsou podélnými měrnými elementy 2 propojeny mimloběžně s další trojicí měrných elementů 1, tvořící obecný trojúhelník v rovině skloněné k rovině základního trojúhelníku a ukotvených v opěrných hlavách 3. Prostorová mříž měrných elementů 1 a strunový teploměr 9 jsou letmo upevněny na kostře Sondy. Strunový teploměr 9 může být též s výhodou umístěn v prostoru elektroniky umístěné v utěsiné části 11 solndy. Celo, sondy je opatřeno naváděcím zařízením 7. Pro odečet je sonda opatřena elektronickými, případně elektromechanickými! snímači 8, které jslou na schematickém obrázku namalované pro jednoduchost pouze u jednoho měrného elementu 1. Elektrická jednotka 10 pro předzpracování naměřených hodnot je umístěna, v utěsněné části 11 sondy. Elektronická jednotka 10 obsahuje utěsněné vývody 12 pro výstupy naměřených údajů do vyhodnocovacího zařízení na povrchu vrtu a přívody elektrické energie pro elektron,ckou jednotku. Pro spouštění sondy do vrtu je sonda opatřena ocelovým lanem 13 k sondě úchytkami 14. Kostra sondy je tvořena třemi vnějšími opěrnými tyčemi 15 a třemi vnitřními opěrnými tyčemi 5, které vymezuji uvnitř sondy volný prostor prO průchod lanoví 13 a pro kabeláž níže umístěných sond tohoto typu.The probe consists of measuring elements assembled into a spatial irregular lattice consisting of two sets of measuring elements 1 assembled into a triangular rosette. One of the three transverse deformation measuring elements 1 forms an equilateral triangle in a plane perpendicular to the bore axis. The measuring elements 1 are anchored in the supporting heads 3, which are interconnected longitudinally by the measuring elements 2 in a non-rotational manner with another three measuring elements 1 forming a general triangle in a plane inclined to the plane of the basic triangle and anchored in the supporting heads 3. 9 are hingedly mounted on the probe frame. The string thermometer 9 can also advantageously be located in the electronics compartment located in the sealed portion 11 of the solnda. All the probes are equipped with a guide device 7. For reading, the probe is equipped with electronic or electromechanical! In the schematic drawing, for the sake of simplicity, there is only one measurement element 1. The electrical unit 10 for pre-processing the measured values is located in the sealed part 11 of the probe. The electronic unit 10 comprises sealed terminals 12 for outputting the measured data to an evaluation device on the borehole surface and power supplies for the electron unit. To probe the well, the probe is provided with a steel cable 13 to the probe. The probe body consists of three outer support rods 15 and three inner support rods 5, which define the clearance inside the probe for the passage of the rigging 13 and the wiring of the below probes of this type. .

Po spuštění d,a vrtu se sonda zaleje cementovou zálivkou s míriniou expanzí při tuhnutí, která zprostředkovává bezpečný kontakt opěrných hlav 3 s horninou. Prostorová mříž může obsahovat několik soustav měrných elementů 1 sestavených do libovolného mnohoúhelníka. Podle vynálezu je výhodné, jestliže opěrné hlavy 3 jsou pružně vzájemně propojeny a tvoří prostorový útvar složený z mnohoúhelníků vzájemně k sobě skloněných, přičemž jeden z mnohoúhelníků s výhodou leží v itoviině kolmé na osu vrtu a se sousedními soustavami měrných elementů 1 je vzájemně propojen mmloběžnými elementy 2. Měrnými elementy mohou být strunové nebo polovlcdioové tenzometry, popřípadě moiré elementy či jiné typy měrných elementů. Pro vyhodnocení vzájemných pohybů měrných doteků, tvořené opěrnými hlavami 3, je sonda opatřena elektronickými snímači 8, které pro některé typy měrných elementů 1 mohou být i elektromechanického typu, a elektronlckou jednotkou 10 ke snímání signálů a pro předzpracování naměřených veličin, jejichž zesílené signály jsou vyslány do vyhodnocovacího elektronického zařízení opatřeného digitální pamětí na povrchu v blízkosti vrtu, navíc napojené na digitální mikropočítačovou vyhodnocovací jednotku.After lowering d, and the borehole, the probe is sealed with a cementitious grout with a solidification expansion rate that provides a safe contact of the support heads 3 with the rock. The spatial lattice can contain several sets of measuring elements 1 assembled in any polygon. According to the invention, it is advantageous if the supporting heads 3 are resiliently connected to each other and form a spatial formation composed of polygons inclined to each other, one of the polygons preferably lying in itine perpendicular to the borehole axis and interconnected with mm 2. The measuring elements can be string or half-strain gauges, moiré elements or other types of measuring elements. In order to evaluate the relative movements of the measuring points formed by the supporting heads 3, the probe is provided with electronic sensors 8, which for some types of measuring elements 1 may be of the electromechanical type, and an electronic unit 10 for signal acquisition and pre-processing of measured quantities whose amplified signals are transmitted to an evaluation electronic device provided with a digital memory on a surface near the well, additionally connected to a digital microcomputer evaluation unit.

Při vyhodocení odečtů se vychází z roždí2 5 lí lů odečtů provedených v časových okamžicích tj, ti+i, . . lišících se o časový přírůstek At, tj. t_i+i = tj At.The evaluation of the readings is based on a span 2 of 5 readings made at the time points ie, ti + i,. . differing by the time increment of At, ie t _{i +} i = ie At.

Sondo, která pro určení prostorové napjatosti využívá pouze jednoho hlubinného vrtu, je určena pro· kontrolu změn prostorové napjatosti v čase, vyvolané tektonickými procesy v liťosféře nebo důsledky civilizačních zásahů v horninovém masívu. Je konstruována pro účely průzkumné a stavební geologie, pro úkoly výzkumu změn pole napjatosti a tepelného pole v litosfé76 ře, pro kontrolu změn napjatosti v horninovém masívu v okolí důlních děl, stavby tunelů, výstavby atomových elektráren, vodních děl apod., především z hlediska zvýšení bezpečnosti práce, nebřoť může působit i jako indikátor změn napjatosti, s možností hlásit na několika úrovních stupeň změny napjatosti. Vynálezu je možno využít i pro kontrolu změn napjatosti v horninovém masívu v důsledku slapových a tektonických sil a jejich možný vliv na důlní díla apod.The Sondo, which uses only one deep well to determine spatial stress, is designed to control the changes in spatial stress over time induced by tectonic processes in the lithosphere or the consequences of civilization interventions in the rock massif. It is designed for exploration and construction geology, for research of changes in state of stress and heat field in lithosphere76, for control of changes in state of stress in rock massif around mine workings, tunnel construction, construction of nuclear power plants, water works etc. especially in terms of safety, as it can also act as an indicator of changes in stress, with the possibility to report the degree of stress change at several levels. The invention can also be used to control changes in state of stress in a rock mass due to tidal and tectonic forces and their possible impact on mine workings and the like.

Claims

Probe for long-term control of changes in spatial state of rocks, consisting of a unit of measurement with measuring elements, characterized in that the measuring elements are assembled into an irregular spatial lattice consisting of at least two sets of measuring elements (1) assembled into polygons. 3J, in which the measurement elements (1) are anchored, the planes of the polygons are inclined to one another, said systems of measurement elements

OF THE INVENTION (1) are interconnected by non-rotating measuring elements (2) anchored in the supporting heads (3j), the measuring elements (1) assembled in polygons and the non-rotating measuring elements (2) are connected to electronic readers (8) (3J) located inside the probe as well as the electronic unit (10) for pre-processing the measured quantities with which the electronic reading sensors (8) are connected.