PL164875B1 - Zestaw do pomiaru deformacji otworów wiertniczych - Google Patents

Abstract

1. Zestaw do pomiaru deformacji otworów wiertniczych, zawierający znany czujnik odkształceń średnicy wiertniczego otworu oraz czujnik odkształceń poosiowych otworu wiertniczego zawierający korpus zaopatrzony w rozprężny układ mocowania w wiertniczym otworze i wychylną dźwignię, której jeden koniec jest sprzężony z suwakiem potencjometrycznego rezystora .znamienny tym, że drugi koniec tej dźwigni (10) suwaka (15) potencjometrycznego rezystora (16)jestpołączonycięgnem (13) z korpusem (1) znanego czujnika (A) odkształceń średnicy wiertniczego otworu (C), który to czujnik (A) stanowi jednocześnie element kotwiący czujnika (B) odkształceń poosiowych wiertniczego otworu (C), przy czym wymieniona dźwignia (10) jest osadzona wahliwie za pomocąpłaskiej sprężyny (9) na wsporniku (8) korpusu (1’) czujnika (B) odkształceń poosiowych wiertniczego otworu (C).

Description

Przedmiotem wynalazku jest zestaw do pomiaru deformacji otworów wiertniczych, przeznaczony do stosowania w kopalniach celem oceny stopnia zagrożenia tąpaniami.

Znanym sposobem oceny zagrożenia od tąpań w kopalniach jest pomiar wartości oraz charakteru deformacji otworu wiertniczego pod wpływem zmian naprężeń otaczających otwór. Przykładowo, zmniejszenie się średnicy mierzonej w pionowej osi przekroju poziomu usytuowanego otworu wiertniczego przy jednoczesnym ściskaniu skały wzdłuż osi otworu jest symptomem kumulacji energii i wzrostu zagrożenia, natomiast zmniejszenie się pionowej średnicy przy rozszerzeniu skały wzdłuż osi otworu jest symptomem rozładowania energii w skałach i zmniejszenie się zagrożenia.

Z polskiego opisu patentowego nr 150 556 jest znany czujnik do pomiaru zmian otworu wiertniczego w kopalni, zawierający układ mechaniczny rozparty między ściankami otworu siłą elementu sprężystego, przenoszący zmianę średnicy otworu na ruch suwaka potencjometru, w którym to czujniku dwie szczęki mechanicznego układu są ze sobą sprzęgnięte poprzez jednoramienną dźwignię jednym końcem osadzoną obrotowo we wsporniku dolnej szczęki oraz obrotowo połączoną z trzpieniem górnej szczęki, przy czym koniec tej dźwigni jest zakończony dielektryczną płytą do której zamocowany jest suwak potencjometrycznego rezystora, pionowo osadzonego na korpusie czujnika. Czujnik ten mierzy wyłącznie odkształcenia średnicy otworu wiertniczego.

Z opisu patentowego nr 155 526 jest znany czujnik do pomiaru odkształcenia skał wzdłuż osi otworu wiertniczego, zawierający układ mechaniczny przenoszący zmianę odległości między dwoma częściami czujnika, niezależnie, rozprężnie utwierdzonymi w otworze, na ruch suwaka potencjometru, w którym to czujniku dwie wymienione części połączone są między sobą cięgnem, przy czym w jednej części cięgno jest połączone z dwuramienną dźwignią w kształcie trójkąta osadzoną obrotowo na sworzniu, której, drugie ramię jest połączone z rozciągającą sprężyną, której drugi koniec jest zaczepiony o trzpień osadzony w podstawie tej części, natomiast wierzchołek trójkątnej dźwigni poprzez dielektryczną płytkę jest połączony z suwakiem potencjometru osadzonego w tej części. Każda z obydwu części ma utwierdzający zespół utworzony ze wspornika osadzonego prostopadle do podstawy tej części, na końcu którego jest obrotowo osadzona dźwignia na drugim końcu zaopatrzona w otwór przez który przechodzi trzpień, na którym między podstawą tej części, a dźwignią jest rozprężenie osadzona sprężyna, poprzez zawleczkę przechodzącą przez otwór w trzpieniu po drugiej stronie dźwigni, względem wymienionej sprężyny. Na dźwigni jest osadzony rozporowy trzpień, który po zwolnieniu zawleczki siłą sprężyny rozprężnie unieruchamia tą część czujnika wewnątrz otworu wiertniczego.

Znane i stosowane czujniki posiadają tę niedogodność, że dla dokonania oceny zagrożenia od tąpań poprzez wykonanie pomiarów wymagają stosowania dwóch odrębnych czujników przesunięcia, czujnika do pomiaru zmian średnicy otworu wiertniczego oraz czujnika do pomiaru deformacji skały wzdłuż osi otworu.

Czujniki te sąmontowane jeden za drugim w poziomo usytuowanym otworze wiertniczym. Wadami takiego rozwiązania jest duża pracochłonność kolejnego montowania dwóch niezależnych czujników w jednym otworze wiertniczym oraz nadmierne oddalenie miejsca pomiaru zmian średnicy otworu od miejsca pomiaru deformacji skały wzdłuż osi otworu z powodu mierzenia tych wielkości odrębnymi czujnikami i w znacznym od siebie oddaleniu, co rzutuje na wartość tak dokonanych pomiarów. Dalszą niedogodnością jest brak możliwości wycofania czujników z otworu, co powoduje ich utratę w przypadku nieprawidłowego montażu.

Zestaw do pomiaru deformacji otworów wiertniczych w kopalniach według wynalazku charakteryzuje się tym, że drugi koniec dźwigni suwaka potencjometrycznego rezystora czujnika odkształceń poosiowych wiertniczego otworu jest połączony cięgnem z korpusem znanego czujnika odkształceń średnicy wiertniczego otworu, który to czujnik stanowi jednocześnie element kotwiący czujnika odkształceń poosiowych wiertniczego otworu, przy czym wymieniona dźwigniajest osadzona wahliwie za pomocą płaskiej sprężyny na wsporniku korpusu czujnika odkształceń poosiowych wiertniczego otworu. Na jednoramiennej dźwigni rozprężnego układu mocowania czujnika odkształceń poosiowych wiertniczego otworu jest przegubowo osadzona górna, ruchoma szczęka. Swobodny koniec jednoramiennej dźwigni jest połączony linką przechodzącą przez krążek, przy czym długość linkijest tak dobrana, aby możnają było wyprowadzić na zewnątrz wiertniczego otworu po osadzeniu w tym otworze całego zestawu.

Zestaw według wynalazku pozwala na łatwy jego montaż i demontaż w otworach wiertniczych, na jednoczesny pomiar jednym przyrządem zarówno zmian średnicy otworu wiertniczego jak i odkształceń poosiowych tego otworu.

W rozwiązaniu według wynalazku, dzięki pełnieniu przez czujnik odkształceń średnicy wiertniczego otworu jednocześnie funkcji czujnika zmian średnicy otworu jak i elementu kotwiącego bazę odniesienia dla pomiaru odkształceń poosiowych otworu wiertniczego, uzyskuje się znaczne uproszczenie aparatury pomiarowej oraz zasadniczy wzrost niezawodności podwyższony dodatkowo eliminacją obrotowego usytuowania dźwigni zakończonej suwakiem potencjometru w odniesieniu do czujnika według patentu nr 155 526. Dodatkową zaletę zestawu według wynalazku stanowi znacznie pewniejsze mocowanie czujnika w miękkich skałach piaskowca wyłącznie poprzez rozporowe szczęki o dużej powierzchni docisku.

Zestaw według wynalazku w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami charakteryzuje się zmniejszeniem pracochłonności montażu w pomiarowych otworach wiertniczych w kopalni, możliwością odzysku czujnika w przypadku nieprawidłowego montażu albo uszkodzeń ścianek w końcowej części otworu wiertniczego, lepszą precyzją pomiaru deformacji skały wzdłuż osi otworu dzięki sprężynowemu ułożyskowaniu dźwigni z suwakiem eliminującego tym samym tarcie tej dźwigni na mocującej osi. Jedną z najistotniejszych korzyści w sferze właściwości metolorologicznych jaką daje rozwiązanie według wynalazku jest możliwość uzyskania znacznie lepszej dokładności oceny tendencji odkształcania się skały poprzez maksymalne zbliżenie miejsca pomiaru deformacji skał wzdłuż osi otworu wiertniczego do płaszczyzny pomiaru deformacji średnicy otworu wzdłuż pionowej osi przekroju poprzecznego poziomo usytuowanego otworu wiertniczego.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na przykładzie wykonania za pomocą rysunku, który przedstawia czujnik w widoku z boku wzdłuż otworu wiertniczego.

Zestaw do pomiaru deformacji otworów wiertniczych w kopalniach według wynalazku ma znany czujnik A odkształceń średnicy wiertniczego otworu C, na przykład czujnik według

164 875 patentu 150 556 oraz odpowiednio zbudowany czujnik B odkształceń poosiowych wiertniczego otworu C. Każdy z obydwu czujników A i B ma korpus 1,1’ z jednej strony zakończony nieruchomą dolną szczęką 2, 2’ zaopatrzoną w prostopadle względem niej usytuowany wspornik 3,3’, na którego wierzchołku jest obrotowo usytuowana jednoramienna dźwignia 4,4’, na której z kolei jest przegubowo osadzony trzpień 5, 5’ połączony gwintowo z górną ruchomą szczęką 6, 6’. Między jednoramienną dźwignią 4, 4’ a dolną nieruchomą szczęką 2, 2’ jest rozprężnie osadzona sprężyna 7, 7’. Korpus 1’ czujnika B odkształceń wzdłuż osi wiertniczego otworu C z przeciwległej strony względem wspornika 3’ jest zaopatrzony w drugi wspornik 8 usytuowany prostopadle względem korpusu 1’. Na tym wsporniku 8 za pomocą płaskiej sprężyny 9 jest zawieszona wahliwie dźwignia 10 o przekroju wzdłużnym w kształcie dużej litery L, której krótsze ramię, skierowane prostopadle do korpusu 1 ’ tej części czujnika, jest na końcu połączone poprzez rozciągającą sprężynę 11 z wypustem 12 utworzonym w wymienionym korpusie 1’. Omawiane krótsze ramię dźwigni 10, na odcinku między płaską sprężyną 9 a rozciągającą sprężyną 11 od strony tej ostatniej sprężyny 11, jest ponadto połączone z cięgnem 13, którego drugi koniec jest połączony ze wspornikiem 3 dolnej szczęki 2 czujnika A odkształceń średnicy wiertniczego otworu C. Czujnik A odkształceń średnicy wiertniczego otworu C stanowi dla czujnika B odkształceń poosiowych otworu wiertniczego element kotwiący wyznaczający bazę pomiaru odkształcenia. Dłuższe ramię dźwigni 10 omawianego czujnika B jest zakończone dielektryczną płytką 14 zaopatrzoną w suwak 15 potencjometrycznego rezystora 16 zamocowanego na wysięgniku 17 trwale połączonym z korpusem 1 ’. Ruchomy koniec dźwigni 4’ osadzonej przegubowo na wsporniku 3’ dolnej, nieruchomej szczęki 2’ czujnika B odkształceń wzdłuż wiertniczego otworu C jest połączony z liną 18 przechodzącą na zewnątrz zestawu poprzez krążek 19 ułożyskowany w korpusie 1’ tego czujnika B. Ruchomy koniec jednoramiennej dźwigni 4 czujnika A odkształceń średnicy wiertniczego otworu C jest połączony z drugą dielektryczną płytą 20 zaopatrzoną w suwak 21 potencjometrycznego rezystora 22 osadzonego na wysięgniku 23 korpusu 1 tego czujnika A.

Jednocześnie drugi koniec jednoramiennej dźwigni 4 omawianego czujnika A jest połączony z liną 24 przechodzącą przez krążek 25 ułożyskowany w korpusie 1 tego czujnika A. Zestaw według wynalazku montuje się w otworze wiertniczym C na głębokości co najmniej kilku metrów od wylotu tego otworu C. Czujnik A odkształceń średnicy wiertniczego otworu C montuje się na specjalnym popychaczu wykorzystując do tego celu króciec 26. Popychacz taki umożliwia wsuwanie tego czujnika A do otworu C oraz zdalne odłączenie A od popychacza w otworze. W czasie montażu zestawu czujnik A zespala się z czujnikiem B za pośrednictwem zespołu bolców 27 i gniazd 28 a następnie naciąga się linę 18 i mocuje ją na końcu popychacza. Naciągnięcie liny 18 zmniejsza odległość między szczękami 2' i 6’ umożliwiając wsunięcie czujnika B odkształceń wzdłuż wiertniczego otworu C do tego otworu C. Po naciągnięciu i zamocowaniu w podobny sposób linki 24 zmniejsza się odległość między szczękami 2 i 6 czujnika A i zestaw pomiarowy wsuwa się do otworu C na żądaną głębokość w taki sposób, aby z otworu C wystawały końce pomiarowych przewodów 29 i 30 czujnika A i czujnika B.

Po zwolnieniu linki 18 i osadzeniu w ten sposób w otworze C czujnika B do przewodów 29 załącza się znany miernik przesunięcia nie pokazany na rysunku, a następnie wycofując popychacz naciąga się cięgno 13 na odległość L, do żądanej wartości początkowej wskazań miernika. Następnie podłącza się znany miernik do przewodów 30 czujnika A odkształceń średnicy wiertniczego otworu C i po zwolnieniu linki 24 kontroluje się poprawność ustawienia wartości początkowej pomiaru zmiany średnicy D otworu C. Po odłączeniu popychacza od czujnika A oraz przewodów 30 od znanego miernika, zestaw pozostawia się w otworze. Odczytów obu deformacji w odniesieniu do wartości początkowych dokonuje się z częstotliwością określoną przepisami górniczymi.

164 875

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zestaw do pomiaru deformacji otworów wiertniczych, zawierający znany czujnik odkształceń średnicy wiertniczego otworu oraz czujnik odkształceń poosiowych otworu wiertniczego zawierający korpus zaopatrzony w rozprężny układ mocowania w wiertniczym otworze i wychylną dźwignię, której jeden koniec jest sprzężony z suwakiem potencjometrycznego rezystora .znamienny tym, że drugi koniec tej dźwigni (10) suwaka (15) potencjometrycznego rezystora (16) jest połączony cięgnem (13) z korpusem (1) znanego czujnika (A) odkształceń średnicy wiertniczego otworu (C), który to czujnik (A) stanowi jednocześnie element kotwiący czujnika (B) odkształceń poosiowych wiertniczego otworu (C), przy czym wymieniona dźwignia (10) jest osadzona wahliwie za pomocą płaskiej sprężyny (9) na wsporniku (8) korpusu (1') czujnika (B) odkształceń poosiowych wiertniczego otworu (C).
2. 2. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że na jednoramiennej dźwigni (4') rozprężnego układu mocowania czujnika (B) odkształceń poosiowych wiertniczego otworu jest przegubowo osadzona górna szczęka (6'), natomiast swobodny koniec tej jednoramniennej dźwigni (4') jest połączony z linką (18), przechodzącą przez krążek (19), o długości umożliwiającej jej wyprowadzenie na zewnątrz wiertniczego otworu (C) po osadzeniu w tym otworze całego zestawu.