Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do badania wytrzymalosci skal w otworach wiertniczych, majace postac hydraulicznej sondy wyposazonej w cylindryczny kadlub z tlokiem zakonczonym penetrujaca iglica i ko¬ twiacy mechanizm do rozpierania sondy wewnatrz odwierconego otworu.Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 59 800, urzadzenie do badania wytrzymalosci skal w otwo¬ rach wiertniczych, w postaci hydraulicznej sondy, która stanowi cylindryczna glowica z usytuowanym w niej poprzecznie mechanizmem wysuwu tloka zakonczonego penetrujaca iglica. Tak skonstruowana sonda jest stabili¬ zowana w trakcie penetracji za pomoca sztywnej zerdzi mieszczacej zasilajacy przewód.Poprzeczne usytuowanie mechanizmu posuwu iglicy penetrujacej wymaga kosztownego i pracochlonnego wykonywania duzych otworów pomiarowych o srednicy przekraczajacej 85 mm, bowiem tylko w takich otwo¬ rach miesci sie opisane wyzej urzadzenie. Stabilizowanie sondy za pomoca stywnej zerdzi ogranicza dodatkowo jej zastosowanie do stosunkowo krótkich otworów wiertniczych. Ponadto wada opisanego urzadzenia jest ko¬ niecznosc wykonywania pomiaru dwóch wartosci, to jest wielkosci sily i glebokosci penetracji, których stosunek jest proporcjonalny do wytrzymalosci skaly na sciskanie. Wymaga to stosowania oprócz przewodu manewruja- co-stabilizujacego i przewodu zasilajacego,jeszcze jednego przewodu rejestrujacego, co komplikuje budowe stano¬ wiska badawczego oraz wprowadzenie sondy do pomiarowego otworu ijej wyjmowanie.Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 109 562 hydrauliczna sonda otworowa wyposazona w cylin¬ dryczny kadlub z centralnym tlokiem zakonczonym penetrujaca glowica i kotwiacy mechanizm do rozpierania sondy wewnatrz odwierconego otworu, który stanowi drugi tlok o stozkowej koncówce otoczonej rozpieraja¬ cymi klinami.Wzdluzne usytuowanie mechanizmu posuwu iglicy penetrujacej i mechanizmu kotwiacego pozwala w tym przypadku na prowadzenie badan wytrzymalosciowych skal w dnach otworów o niewielkiej srednicy, wynosza¬ cej okolo 40 mm, jednak stosowana tutaj zasada pomiaru jest identyczna jak opisano wyzej, a tym samym urzadzenie nie usuwa wszystkich wspomnianych niedogodnosci, umozliwiajac ponadto wykonanie tylko jednego pomiaru przy okreslonym polozeniu dna otworu, co moze byc niewystarczajace dla okreslenia wytrzymalosci skal. Dodatkowa wada urzadzeniajest koniecznosc odrebnego zasilania mechanizmu kotwiacego sonde w pomia¬ rowym otworze.2 115947 Powyzsze wady i niedogodnosci udalo sie usunac za pomoca urzadzenia do badania wytrzymalosci skal w otworach wiertniczych wedlug wynalazku. Urzadzenie stanowi hydrauliczna sonda wyposazona w cylindrycz¬ ny kadlub z mimosrodowa iglica o stalym wysuwie, polaczona z tlokiem zaopatrzonym w stozkowe skosowanie wspólpracujace z kulkowo-suwakowym zaworem bocznikujacego kanalu laczacego otwór wiertniczy z cylindrem za tym tlokiem. Ta czesc cylindra tloka jest polaczona z cylindrem suwaka mechanizmu redukcji cisnienia, zaopatrzonego równiez w stozkowe skosowanie wspólpracujace z kulkowo-suwakowym zaworem drugiego bocz¬ nikujacego kanalu, laczacego cylinder przed tym suwakiem z jego tylna czescia i kanalem mechanizmu kotwia¬ cego, skladajacego, sie z rozpierajacych silowników zakonczonych sczeka. Tlok z penetrujaca iglica i suwak mechanizmu redukcji cisnienia sa wyposazone w powrotne sprezyny.Urzadzenie wedlug wynalazku umozliwia okreslenie wytrzymalosci skal w naturalnych warunkach zalega¬ nia, ajego male gabaryty pozwalaja na wykorzystanie do celów pomiarowych malosrednicowych otworów wierconych recznymi wiertarkami do srednicy okolo 40 mm. Urzadzenie jest zasilane pojedynczym przewodem, bez stosowania innych przewodów czy kabli, co stwarza mozliwosc penetrowania znacznie glebszych stref masywu skalnego udostepnionych technika wiertnicza. Powyzsze zalety uzyskano dzieki wykorzystaniu zalezno¬ sci pomiedzy maksymalna wielkoscia oporu penetracji jaki pokonuje iglica podczas wciskania sie w badana skale, a wytrzymaloscia tej skaly. Maksymalny opór zgodnie z badaniami i obserwacjami odpowiada maksymalnej war¬ tosci cisnienia hydraulicznego wywierajacego nacisk na tylna powierzchnie tloka iglicy. Wlasciwosc ta wykorzy¬ stano wprowadzajac mechanizm stalego wysuwu mimosrodowej iglicy, która pozwala poprzez obrót sondy na kilkakrotna penetracje dna odwierconego otworu, przy zachowaniu w kazdym cyklu pomiarowym tej samej drogi penetracji, a tym samym o wytrzymalosci skaly decyduje tylko maksymalna wielkosc hydraulicznego cisnienia.Samoczynna redukcja cisnienia po krancowym wysunieciu iglicy eliminuje koniecznosc stosowania dodatkowego pomiaru jej wysuwu, ograniczajac sam pomiar do rejestrowania cisnienia na manometrze przy zasilajacej pompie.Zastosowany suwakowy mechanizm redukcji cisnienia pozwala ponadto na wczesniejsze zadzialanie mechanizmu kotwiacego sonde w pomiarowym otworze, po którym nastepuje dopiero wysuw iglicy penetrujacej warstwe skalna w dnie tego otworu.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia przekrój hydraulicznej sondy urzadzenia pomiarowego, a fig. 2 - to urzadzenie zamocowane w otworze wiertniczym.Urzadzenie do badania wytrzymalosci skal stanowi hydrauliczna sonda 1 wyposazona w dwudzielny cylin¬ dryczny kadlub 2, 3. W pierwszej czesci kadluba 2 jest umieszczona mimosrodowo penetrujaca iglica 4 o stalym wysuwie, polaczona z tlokiem 5 zaopatrzonym w powrotna sprezyne 6 opierajaca sie z jednej strony na oporo¬ wym pierscieniu 7 polaczonym sztywno z kadlubem 2, a drugostronnie na sfazowaniu 8 tego tloka. Tlok 5 jest umieszczony w cylindrze 9 o osi przesunietej wzgledem osi kadluba 2, w którym znajduje sie bocznikujacy kanal 10 laczacy ten cylinder za tlokiem z jego czescia przed tlokiem poprzez kulkowo-suwakowy zawór 11.W przedniej czesci tloka 5 wykonane jest stozkowe skosowanie 12, umozliwiajace otwarcie kulkowo-suwakowe- go zaworu 11 w przednim polozeniu tego tloka, w którego tylnej czesci zamocowany jest oporowy sworzen 13 ograniczajacy ruch w polozenie tylne. Uszczelnienie tloka 5 wzgledem gladzi cylindra 9 stanowia uszczelki 14, 15. Kulkowo-suwakowy zawór 11 sklada sie z obsady 16 wraz z uszczelka 17 i przelotowym otworem 18 oraz z zaworowej sprezyny 19, zaworowej kulki 20 i suwaka 21 otwieranego przez stozkowe skosowanie 12 tloka 5.Cylinder 9 tloka 5 jest polaczony otworem 22 z cylindrem 23 suwaka 24 mechanizmu redukcji cisnienia, wyposazonego w powrotna sprezyne 25 opierajaca sie z jednej strony na oporowym wytoczeniu 26, a drugo¬ stronnie na sfazowaniu 27 tego suwaka uszczelnionego wzgledem gladzi cylindra 23 za pomoca uszczelek 28, 29.Suwak 24 ma równiez stozkowe stosowanie 30 wspólpracujace podobnie jak w tloku 5 z kulkowo-suwakowym zaworem 31 drugiego bocznikujacego kanalu 32, laczacego czesci cylindra 23 przed i za tym suwakiem, zakoncz¬ onym oporowym sworzniem 33. Budowa kulkowo-suwakowego zaworu 31 jest identyczna jak zaworu 11 boczni¬ kujacego kanalu 10. Tak skonstruowana pierwsza czesc kadluba 2 jest polaczona z druga czescia kadluba 3 za pomoca srubowej zlaczki 34 wyposazonej w przelotowy kanal 35 i uszczelnionej w tych czesciach kadluba 2, 3 uszczelkami 36, 37. W drugiej czesci kadluba 3 znajduje sie przelotowy kanal 38 z odpowietrzajacym otworem 39 zamknietym sruba 40 z uszczelka 41 oraz rozpierajacymi silownikami 42 mechanizmu kotwiacego, zakonczo¬ nymi dociskowa szczeka 43. Kazdy silownik 42 sklada sie z cylindra 44 z przeplywowymi otworami 45, powro¬ tnej sprezyny 46 i rozpierajacego tloka 47 z uszczelka 48. Cylinder 44 jest wkrecany do gniazda w kadlubie 3 poprzez otworowe wpusty 49 i uszczelniony uszczelka 50, a tlok 47 jest polaczony ze szczeka 43 za pomoca sruby 51. Dla stworzenia warunków stosowania sondy w otworach wiertniczych 52 o róznych srednicach mozna stosowac zestaw szczek 43 o róznej grubosci. Sondajest zakonczona zasilajacym króccem 53, laczonym wysoko¬ cisnieniowym przewodem 54 z pompa 55 wyposazona w manometr 56. \115 947 3 Badanie wytrzymalosci skal w otworze wiertniczym 52 za pomoca urzadzenia wedlug wynalazku polega na wykonywaniu co najmniej dwóch pomiarów oporów penetracji warstwy skalnej 57 w dnie 58 tego otworu, zachowujac w kazdym cyklu pomiarowym te sama droge 59 penetracji i mierzac maksymalna sile tych oporów, która jest proporcjonalna do wytrzymalosci skaly. W tym celu w otworze wiertniczym 52 umieszcza sie hydrau¬ liczna sonde 1 polaczona z zasilajaca pompa 55. Ciecz z pompy 55 przeplywa przewodem 54 i kanalami 38, 35 do tylnej czesci cylindra 23 i bocznikujacego kanalu 32, gdzie natrafia na opór suwaka 24 spowodowany dzialaniem powrotnej sprezyny 25 i na zamkniety zawór 31. Tym samym nastepuje wzrost cisnienia hydraulicz¬ nego i wysuwanie rozpierajacych silowników 42 ze szczeka 43, co pozwala na wstepne zakotwienie sondy 1 w otworze wiertniczym 52, bez wysuwu penetrujacej iglicy 4. Dalszy wzrost cisnienia zwieksza docisk szczeki 43 do scianki otworu wiertniczego 52 i jednoczesnie powoduje przesuw do przodu suwaka 24 do momentu,otwarcia zaworu 31 przez jego stozkowe stosowanie 30. Po otwarciu zaworu 31 nastepuje przeplyw cieczy do przedniej czesci cylindra 23 i dalej przez otwór 22 do tylnej czesci cylindra 9. Przeplyw cieczy przed suwak 24powoduje jego powrót w tylne polozenie, jednak postepujacy wzrost cisnienia, niezaleznie od wzrastajacego nacisku szczeki 43 na scianke otworu wiertniczego 52, wywoluje ponownie przeplyw cieczy do tylnej czesci cylindra 9. Narasta¬ nie cisnienia w tej czesci cylindra 9 wywoluje przesuw tloka 5 i nacisk iglicy 4 na skale znajdujaca sie w dnie 58 otworu wiertniczego 52. Odpowiednio wysoka wartosc cisnienia za tlokiem 5 spowoduje zaglebienie sie iglicy 4 w skale, jak uwidoczniono na fig. 2 rysunku. Zaglebienie bedzie postepowac az do momentu otwarcia zaworu 11 przez stozkowe skosowanie tloka 5, powodujacego swobodny przeplyw cieczy do wnetrza wiertniczego otworu.52, a tym samym wyraznego spadku hydraulicznego cisnienia rejestrowanego na manometrze 56. Kolejny pomiar penetracji skaly przeprowadza sie przy tym samym polozeniu dna 58 otworu wiertniczego 52, po zredukowaniu do zera cisnienia na pompie 55 i wykonaniu obrotu sondy 1 o odpowiedni kat zalezny od srednicy tego otworu.Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do badania wytrzymalosci skal w otworach wiertniczych, majace postac hydraulicznej sondy wyposazonej w cylindryczny kadlub z tlokiem zakonczonym penetrujaca iglica i kotwiacy mechanizm do rozpie¬ rania sondy wewnatrz odwierconego otworu, znamienne tym, ze ma mimosrodowa iglice (4) o stalym wysuwie, polaczona z tlokiem (5) zaopatrzonym w stozkowe skosowanie (12) wspólpracujace z kulkowo-suwa- kowym zaworem (11) bocznikujacego kanalu (10) laczacego otwór wiertniczy (52) z cylindrem (9) za tym tlokiem (5), polaczonym z cylindrem (23) suwaka (24) mechanizmu redukqi cisnienia, zaopatrzonego równiez w stozkowe skosowanie (30) wspólpracujace z kulkowo-suwakowym zaworem (31) drugiego bocznikujacego kanalu (32), laczacego cylinder (23) przed tym suwakiem (24) z jego tylna czescia i kanalem (38) mechanizmu kotwiacego, skladajacego sie z rozpierajacych silowników (42) zakonczonych dociskowa sczeka (43). 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze tlok (5) z penetrujaca iglica (4) i suwak (24) mechanizmu redukcji cisnienia sa wyposazone w powrotne sprezyny (6, 25). 11115 947 S9 s& — r 4 "\ td S3 ft m M 52 -. *3 ^.2 Prac. Poligraf. VP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl PL