PL150556B1 - Czujnik do pomiaru zmian otworu wiertniczego w kopalni - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik do pomiaru zmian otworu wiertniczego w kopalni.

Pomiary zmian średnicy otworów wiertniczych w kopalniach sę znanym sposobem wnioskowania o zmianach naprężeń w złożu. Pomiary te sę wykorzystywane do prognozowania zagrożeń górniczych. Ponieważ zmiany średnicy otworów wiertniczych pod wpływem zmiany naprężeń w złożu sę bardzo małe, pomiary takie wymagały dotęd stosowania z technologii przetwarzania przemieszczenia mechanicznego na sygnał elektryczny takich jak technologia strunowa, tensometryczna, indukcyjnościowa, transformatorowa magnetostrykcyjna i inne.

Głównymi wadami czujników budowanych na tego rodzaju przetwornikach przemieszczania sę :

- duży koszt czujników ze względu na skomplikowanę konstrukcję,

- złożona aparatura pomiarowa, trudna do stosowania w kopalniach,

- nieliniowa charakterystyka przetwarzania, utrudniajęca wzorcowanie aparatury pomiarowej bezpośrednio w jednostkach długości przemieszczenia, a także automatycznę rejestrację wskazań aparatury dla komputerowego przetwarzania wyników pomiarów.

Te wady sę przyczynę, że jak dotęd pomiary zmian średnicy otworów wiertniczych pod wpływem zmian naprężeń w złożu nie sę rutynowo stosowane dla potrzeb służb ruchu w kopalniach.

Celem rozwięzania według wynalazku jest uniknięcie powyższych wad kopalnianej aparatury do pomiaru zmian średnicy otworów wiertniczych.

Rozwięzanie według wynalazku polega na zastosowaniu w konstrukcji czujnika, prostego mechanicznego układu przenoszenia,zmiany średnicy otworu wiertniczego na ruch dźwigni, która porusza z kolei suwak znanego potencjometru rezystancyjnego, charakteryzujęcego się dużę stabilnościę termicznę, liniowościę oraz dużę rozdzielczościę pomiarowę. Pomiaru przemieszczenia suwaka potencjometru rezystancyjnego dokonuje się poprzez pomiar przyrostu rezystancji znanę metodę, polegajęcę na pomiarze przyrostu napięcia, przy znanej i stabilizowanej wartości

150 556

150 556 prądu płynącego przez rezystor· Znając wartość przyrostu rezystancji potencjometru na jednostkę długości* można dobrać taką wartość prądu stabilizowanego* aby uzyskać wskazanie zmiany średnicy otworu wiertniczego wprost w jednostkach długości* a praktycznie w mikrometrach.

Aby taki prosty układ pozwalał mierzyć bardzo małe odkształcenie średnicy otworu rzędu dziesiątek mikrometrów* należy zastosować mechaniczne bezluzowe przełożenie ruchu szczęk czujnika na ruch suwaka potencjometru* z redukowaniem luzów najlepiej za pomocą silnej sprężyny oraz potencjometr rezystancyjny o bardzo dobrej liniowości* dobrej stabilności termicznej* dobrej rozdzielczości oraz o dobrej odporności na wpływy otaczającego środowiska·

Takie warunki spełnia znany rezystor drutowy ze ścieżką półprzewodzącą* zwany rezystorem hybrydowym* w którym styk ruchomy poten6jometru ślizga się po ścieżce półprzewodzącej odpornej na korozję chemiczną. Ponieważ rezystancja poprzeczna ścieżki półprzewodzącej rezystora hybrydowego między uzwojeniem drutowym* a stykiem ruchomym jest stosunkowo duża* zastosowanie miernika napięcia o bardzo dużej rezystancji wewnętrznej umożliwia uzyskanie bardzo małych wpływów zmian rezystancji styku ruchomego na dokładność pomiaru jego położenia* co ma duże znaczenie praktyczne* ponieważ umożliwia dobre funkcjonowanie potencjometru w smarze silikonowym* chroniącym ścieżkę półprzewodzącą potencjometru hybrydowego przed wilgocią. Ta właściwość rezystorów hybrydowych pozwala na ich montowanie w czujnikach pomiarowych bez obudowy ochronnej* co ma znaczący wpływ na obniżenie kosztu czujników* które powinny być tanie* ponieważ ich odzyskiwanie po zakończeniu pomiarów w kopalni jest niemożliwe· Warunek dużej rezystancji wewnętrznej miernika napięcia dobrze spełniają cyfrowe mierniki napięcia·

Zgodnie zatem z wynalazkiem czujnik ma mechaniczny układ* którego dwie szczęki są ze sobą sprzęgnięte za pośrednictwem nierównoramiennej dźwigni* osadzonej sworzniem w górnej szczęce, a krótszym ramieniem złączonej obrotowo ze wspornikiem osadzonym sztywno końcem przeciwnym w dolnej szczęce* między którą tą szczękę* a dłuższym ramieniem dźwigni jest poza sworzniem osadzona sprężyna* przy czym na końcu dłuższego ramienia dźwigni utwierdzona płaską sprężyną ma izolowany elektrycznie od dźwigni styk* stanowiący ruchomy element liniowego hybrydowego rezystora. Rozstaw szczęk jest regulowany poprzez obrót górnej szczęki na sworzniu* a długość górnej szczęki jest nieco większa od dwóch maksymalnych odległości między obu szczękami w ich położeniu roboczym. Do dłuższego ramienia dźwigni jest przytwierdzona linka przewleczona przez bloczek* a której koniec wyprowadzony jest na zewnątrz odwiertu. Dłuższe ramie dźwigni jest umieszczone między nastawami ogranicznika·

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku* na którym fig.1 przedstawia czujnik w widoku z boku na tle otworu wiertniczego* a fig.2 - schemat układu pomiaru przemiesz czania suwaka potencjometru. Dolna szczęka 1 tworzy całość z korpusem 2 zakończonym w tylnej części końcówką umożliwiającą wepchnięcie czujnika do otworu wiertniczego za pomocą popychacza /nie pokazanego na rysunku/· Do dolnej szczęki 1 przymocowany jest wspornik 3 połączony obrotowo z krótszym ramieniem dźwigni 4* do której jest również obrotowo zamocowany gwintowany sworzeń 5· Na sworzniu 5 zamocowana jest górna szczęka 6 za pośrednictwem drobnozwojowego połączenia gwintowanego. Szczęki 1 i 6 są dociskane do ścianek otworu wiertniczego sprężyną 7* która redukuje wszystkie luzy połączeń obrotowych i gwintowanego. Do dźwigni 4 zamocowana jest* za pośrednictwem płytki 8 izolującej elektrycznie* płaska sprężyna 9 z wlutowanym na końcu ruchomym stykiem 10 złoconym powierzchniowo. Na stojaku 11 wykonanym z materiału izolacyjnego i zaopatrzonym w trzy elektryczne zaciski 12* naklejony jest odcinek hybrydowego rezystora 13* a jego skrajne wyprowadzenia elektryczne są połączone ze skrajnymi zaciskami 12 na stojaku 11. środkowy zacisk stojaka 11 jest połączony przewodem elektrycznym z płaską sprężyną 9.

Dla zmniejszenia wzajemnej odległości szczęk 1 i 6* ułatwiającego wsuwanie czujnika do otworu wiertniczego służy linka 14 zamocowana za pośrednictwem bloczka 15 do ramienia 4. Podpórka 16 oraz sprężyna 17 służą do stabilizacji tylnej części czujnika w otworze wiertniczym. Natomiast ogranicznik 18 służy do regulacji skrajnych położeń dłuższego ramienia dźwigni 4 czujnika tak* by ruchomy styk 10 nie wychodził poza półprzewodzącą ścieżkę rezystora 13·

150 556

Na figurze 2 przedstawiono znany układ do pomiaru przemieszczania suwaka potencjometru 19 za pomocą cyfrowego woltomierza 20 oraz stabilizowanego prądowego źródła umożliwiający wyskalowanie wskazań woltomierza 20 bezpośrednio w mikrometrach, poprzez dobór wartości prądu stabilizowanego zasilającego potencjometr 19.

Połączenie elektryczne, pomiędzy potencjometrem 19 czujnika a miernikiem 22 jest znane czteroprzewodowe, co eliminuje wpływ rezystancji przewodów na dokładność wskazań. Czujnik według wynalazku jest wsuwany do otworu wiertniczego na głębokość do kilkunastu metrów za pomocą specjalnego popychacza /nie pokazanego na rysunku/, złożonego z segmentów łatwych do transportowania i łączonych w taki sposób, aby kąt położenia płaszczyzny symetrii obu szczęk 1 i 6 w otworze był możliwy do dowolnego ustawienia.

Czujnik według wynalazku, w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, charakteryzuje się niskim kosztem wytwarzania, miernikiem odczytowym wyskalowanym bezpośrednio w mikrometrach i wykonanym w wymiarach umożliwiających przenoszenie go w kieszeni, dobrą liniowością i powtarzalnością charakterystyki wzorcowania, ułatwiającą w razie potrzeby automatyczację obróbki wyników z większej liczby czujników, a także wystarczającą czułością i dokładnością dla potrzeb wnioskowania o zmianach naprężeń w złożu jako czynniku zagrożeń górniczych w warunkach ruchu kopalni.

Claims (6)

1. Czujnik do pomiaru zmian średnicy otworu wiertniczego w kopalni, zawierający układ mechaniczny rozparty między ściankami otworu siłą elementu sprężystego, przenoszący zmianę średnicy na ruch suwaka znanego potencjometru liniowego, którego zmiany położenia są mierzone znaną metodą elektryczną z wykorzystaniem stabilizatora prądowego i miliwoltomierza cyfrowego, znamienny tym, że jego mechanicznego układu dwie szczęki /1,6/ są ze sobą sprzęgnięte za pośrednictwem nierównoramiennej dźwigni /4/ osadzonej sworzniem /5/ w górnej szczęce /6/, a krótszym ramieniem złączoną obrotowo ze wspornikiem /3/ osadzonym sztyw no końcem przeciwnym w dolnej szczęce /1/, między którą to dolną szczęką /1/ a dłuższym ramieniem dźwigni /4/ jest poza sworzniem /5/ osadzona sprężyna /7/, przy czym na końcu dłuższego ramienia dźwigni /4/ utwierdzona płaska sprężyna /9/ ma izolowany elektrycznie od dźwigni /4/ styk /10/ stanowiący ruchomy element liniowego, hybrydowego rezystora /13/.

2. Czujnik według zastrz.l, znamienny tym, że rozstaw szczęk /1, 6/ jest regulowany poprzez obrót górnej szczęki /6/ na sworzniu /5/.

3. Czujnik według zastrz.l, znamienny tym, że długość górnej szczęki /6/ jest nieco większa od dwóch maksymalnych odległości między obu szczękami /1,6/ w ich położeniu roboczym.

4. Czujnik według zastrz.l, znamienny tym, że dłuższe ramię dźwigni /4/ jest usytuowane między nastawami ogranicznika /18/.

5. Czujnik według zastrz.l, znamienny tym, że do dłuższego ramienia dźwigni /4/ jest przytwierdzona linka /14/ przewleczona przez bloczek /15/, a której koniec wyprowadzany jest na zewnątrz odwiertu.

6. Czujnik według zastrz.l, znamienny tym, że do korpusu /2/ szczęki dolnej /1/ jest przytwierdzona płaska sprężyna /17/.