PL59800B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 9. V. 1970 59800 KI. 42 k, 28 MKP UKD Wspóltwórcy wynalazku: dr. inz. Antoni Kidybinski, mgr inz. Jan Gwiazda Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Sposób badania wytrzymalosci skal w otworach wiertniczych i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób badania skal w otworach wierniczych za pomoca urza¬ dzenia hydraulicznego.Badania wytrzymalosci skal przeprowadzano do¬ tychczas w laboratorium na próbkach foremnych i nieforemnych. Wymagalo to pobrania oraz pel¬ nej lub czesciowej obróbki próbek skalnych, co jest pracochlonne i wymaga odpowiedniego sprze¬ tu, na przyklad pil, wycinarek, szlifierek itp. Nie¬ zaleznie od tego, sposób ten, powszechnie dotych¬ czas stosowany, ma nastepujace wady. Na skutek stosowania obroki dla uzyskania próbek forem¬ nych oraz wskutek transportu próbek do labora¬ torium, nastepuje czesciowa zmiana wlasciwosci skaly, na przyklad ubytek wilgoci naturalnej, co odbija sie ujemnie na wynikach badan. Poza tym, wyniki laboratoryjne wytrzymalosci malych pró¬ bek nie pozwalaja na dokladne okreslenie wy¬ trzymalosci calego masywu skalnego (górotworu), co z reguly jest przedmiotem najwiekszego za¬ interesowania w górnictwie, geologii inzynier¬ skiej i w szeregu dziedzinach inzynierii ladowej.Jedynym znanym dotychczas sposobem bada¬ nia wytrzymalosci skal bezposrednio w caliznie jest sposób pomiaru za pomoca mlotka odbojnego.Polega on na wykorzystaniu energii sprezystosci wystepujacej przy uderzaniu bijaka mlotka od¬ bojnego w skale. Energia ta powodowala odbi¬ cie bijaka na odleglosc zalezna od wytrzymalosci danej skaly. Pomiar wielkosci odbicia pozwalal 10 15 20 25 30 wiec na okreslenie wytrzymalosci skaly. Wada sposobu badania skal za pomoca mlotka odboj¬ nego jest to, ze daje on dobre wyniki jedynie dla zewnetrznych warstw skal o grubosci 10—15 cm., nie daje natomiast mozliwosci zbadania sikal znaj¬ dujacych sie na wiekszej glebokosci masywu skal¬ nego. Dla okreslenia wytrzymalosci tych skal trze¬ ba bylo wywiercic otwór, wydobyc z niego próbki skalne, a nastepnie poddac je badaniom labora¬ toryjnym.Celem wynalazku jest usuniecie podanych nie¬ dogodnosci i wad przez taki sposób mierzenia wy¬ trzymalosci skal, który okreslalby wytrzymalosc skaly na dowolnej odleglosci od calizny i to bez¬ posrednio w miejscu, gdzie znajomosc ta ma pierwszorzedne znaczenie.Zgodnie z wytyczonym zadaniem, badanie wy¬ trzymalosci skal bezposrednio w otworach wiert¬ niczych zostalo rozwiazane zgodnie z wynalazkiem w ten sposób, ze w caliznie górotworu wykonuje sie otwór i na dowolnej glebokosci w scianke otworu wtlacza sie hydraulicznie lub mechanicz¬ nie sworzen z taka sila, aby iglica sworznia poko¬ nala opór calizny, a nastepnie przez pomiar wiel¬ kosci sily potrzebnej do pokonania oporu calizny i wielkosci wnikniecia iglicy sworznia do tej ca¬ lizny ustala sie stosunek obu tycli wielkosci, który jest proporcjonalny do wytrzymalosci skaly na sciskanie. Istotna zaleta pomiaru wytrzymalosci skal sposobem wedlug wynalazku jest miedzy in- 598003 nymd to, ze pomiar wykonuje sie w warunkach naturalnych, co zapewnia zachowanie wszystkich wlasciwosci nieznanej skaly.Przedmiotem wynalazku jest równiez urzadze¬ nie umozliwiajace stosowanie wyzej opisanego 5 sposobu. Urzadzenie to sklada sie z glowicy za¬ opatrzonej w suwak z iglica, polaczony elektrycz¬ nie z cewka, która przeksztalca wysuniecia su¬ waka na impulsy elektryczne i przekazuje je prze¬ wodami do aparatury pomiarowej, oraz z hydra- 10 ulicznych, sztywnych przewodów, na których za- mocowuje sie glowice umieszczona w otworze wiertniczym, a którj^ sa zamocowane w otworze za pdmoca Uchwytu" mocujacego, a od dolu sa po¬ laczone gietkim przewodem z pompa olejowa. 15 Okazalo sie, ze wielkosc oporu jaki iglica su¬ waka pokonuje wciskajac sie w badana skale jest proporcjonalna do wytrzymalosci skaly. Wielkosc te okresla sie stosunkiem cisnienia oleju dziala¬ jacego na suwak, do wielkosci przemieszczenia 20 sie tego suwaka w korpusie glowicy. Zaleta urza- dzenia wedlug wynalazku sa male wymiary za¬ równo glowicy jak i calego zestawu aparatury pomiarowej, latwa i szybka obsluga onaz prawie nieograniczony zasieg glebokosci pomiaru. Urza- 25 dzenie wedlug wynalazku moze miec zastosowanie do pomiarów w kopalniach podziemnych i od¬ krywkowych oraz przy pracach geologiczno-po- szukiwawczych.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony 30 w przykladach wykonania na rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia urzadzenie pomiarowe za¬ mocowane w otworze wiertniczym, a fig. 2 — przekrój glowicy urzadzenia pomiarowego.Jak uwidoczniono na fig. 1 i 2 — urzadzenie 35 pomiarowe sklada sie z glowicy A, pompy B, ze¬ stawu aparatury pomiarowej C, uchwytu mocu¬ jacego D, przewodów hydraulicznych E laczacych glowice A z pompa B, przewodu elektrycznego F laczacego glowice A z zestawem aparatury po- 40 miarowej C, przewodu hydraulicznego G lacza¬ cego pompe B z zestawem aparatury pomiarowej C oraz z ciegna H sluzacego do otwierania zaworu odpowietrzajacego umieszczonego w glowicy.Glowica A hydraulicznego urzadzenia pomia- 45 rowego sklada sie z korpusu 1, w którego wne¬ trzu umieszczono suwak 2, zaopatrzony w iglice 2a, o scisle okreslonej wielkosci powierzchni czo¬ lowej i w kolnierz 2b ograniczajacy wysuw su¬ waka 2 z korpusu 1. Kolnierz oporowy 2c suwaka 50 2, opierajacy sie o prowadnice 3, do której jest dociskany sprezyna 4, ustala skrajne polozenie suwaka 2 i iglicy 2a przed rozpoczeciem pomiaru.Suwak 2 jest uszczelniony w korpusie 1 za po¬ moca uszczelki 5, a w prowadnicy 3 za pomoca 55 uszczelki 6 i jest polaczony poprzez ciegno 7 z rdzeniem 8 cewki 9.W celu wlasciwego prowadzenia ciegna 7 jest podparte flwoma rolkami 10 i 11, z których rolka 10 jest osadzona na osi 12 zamocowanej w pro- 60 wadnicy 3, a rolka 11 na osi 13 zamocowanej w cokole 14 cewki 9. Prowadnica 3 jest uszczel¬ niona wzgledem korpusu 1 uszczelka 15. Cewke 9 umieszczono wewnatrz kolpaka 16 przymocowa¬ nego do cokolu 14. Rdzen 8 cewki 9 ma w swej 65 górnej czesci haczyk 8a, za pomoca którego jest polaczony ze sprezyna 17 naciagajaca ciegno 7.Lozysko 18, którego wewnetrzny pierscien 18a jest osadzony na czopie 19 polaczonym za pomoca ha¬ czyka 19a ze sprezyna 17, a zewnetrzny pierscien 18b jest zamocowany w obudowie 10 polaczonej poprzez belke 21 i sruby 22 z korpusem zapo¬ biega skrecaniu sie ciegna 7 i zmianie jego dlu- , gosci.Do górnej czesci korpusu 1» jest przymocowany zawór odpowietrzajacy skladajacy sie z obudo¬ wy 23, w której zamocowano za pomoca odsadze¬ nia 24 tulei 28 plytke 25 uszczelniona uszczelka 26 i trzpien 27 osadzony suwliwie w tulei 28 i do¬ ciskany do niej sprezyna 29, z kuli 30 umieszczo¬ nej w wodziku 31 i dociskanej do plytki 25 za pomoca sprezyny 32 oraz dzwigni 33 i krócca 34.Korpus 1 glowicy A i umieszczone w nim mecha¬ nizmy ulokowano pod oslona 35, która zabezpie¬ cza je przed zanieczyszczeniem i ewentualnymi uszkodzeniami.Uchwyt mocujacy D sklada sie z tulei sprezy¬ nujacej 36 zaopatrzonej we wzdluzne wyciecia 36a i stozkowe zgrubienia 36b oraz z tulei 37 zaopa¬ trzonej w wahliwe ramiona 38 mocujace hydra¬ uliczny przewód E wykonany ze sztywnych rur la¬ czacych glowice A urzadzenia z pompa B.Zestaw aparatury pomiarowej C oprócz innych przyrzadów ma manometr i wskaznik wielkosci wysuwu suwaka 2 z korpusu 1.Pomiar wytrzymalosci skaly w otworze wiert¬ niczym dokonuje sie przykladowo w nastepujacy sposób. Do wywierconego w skale otworu wsuwa sie glowice A urzadzenia, a nastepnie uchwyt B az do oparcia sie kolnierza 36c sprezynujacej tu¬ lei 36 o skale. Potem przytrzymujac tuleje 36 za rekojesc 36d pokreca sie tuleja 37 powodujac wkrecanie sie jej do tulei 36. Stozkowa powierzch¬ nia 37a rozpierajacej tulei 37 naciska na stozko¬ we zgrubienie 36b tulei 36, wskutek czego tuleja 36 powieksza srednice w miejscu tego zgrubie¬ nia i zakleszcza sie w otworze wiertniczym.Po ustawieniu glowicy A w miejscu otworu wiertniczego gdzie dokonuje sie pomiaru, przewód hydrauliczny E zaciska sie pomiedzy ramionami 38, a jego koncówke podlacza do pompy B, otwiera sie zawór odpowietrzajacy za pomoca ciegna H i uruchamia sie pompe B, powodujac wtlaczanie oleju do przewodu E. Dzwignia 33 uruchomiona ciegnem H naciska na trzpien 27, powodujac jego przesuniecie w kierunku kulki 30 i ugiecie sprezyny 29.Wówczas koncówka 27a trzpienia 27 naciska na kulke 30 i odpycha ja od plytki 25 otwierajac otwór 25a dla uchodzacego z wnetrza glowicy A powietrza. Po napelnieniu olejem przewodów E i glowicy A zwalnia sie naciag ciegna H powodu¬ jac zamkniecie zaworu odpowietrzajacego. Sprezy¬ na 29 odpycha wówczas trzpien 27 od kulki 30 az do oparcia sie go o tuleje 28, a sprezyne 32 do¬ ciska wodzik 31 wraz z kulka 30 do plytki 25 za¬ mykajac otwór 25a dla przeplywu oleju tloczonego w dalszym ciagu przez pompe B do przewodu hy¬ draulicznego E i glowicy. A.59840 5 We wnetrzu glowicy A wzrasta cisnienie oleju, powodujac wypychanie suwaka 2 z korpusu 1 i ugiecie sprezyny 4. Iglica 2a suwaka 2 opiera sie swoja czolowa powierzchnia o scianke otworu wiertniczego i przy odpowiednim wzroscie cisnie- 5 nia wewnatrz glowicy A zaczyna wnikac w skale.Ciegno 7 przymocowane jednym koncem do su¬ waka 2, a drugim do rdzenia 8 przyciaga rdzen 8 w kierunku cokolu 14 powodujac zmiane wartosci pradu elektrycznego przeplywajacego przez uzwo- 10 jenia cewki 9 oraz zmiane napiecia sprezyny 17. 2.Zmiana wartosci pradu elektrycznego przeplywa¬ jacego przez cewke 9, przewód elektryczny F i ze¬ staw aparatury pomiarowej C powoduje odpo¬ wiednie wychylenie sie wskazówki przyrzadu 15 umieszczonego w zestawie aparatury pomiarowej C, dzieki czemu mozna dokladnie okreslic wiel¬ kosc wysuwu suwaka 2 z korpusu 1.JJa manometrze ulokowanym równiez w zesta¬ wie aparatury pomiarowej odczytuje sie wartosc 2o cisnienia panujacego w glowicy A urzadzenia. Ma¬ nometr jest polaczony z glowica poprzez przewód hydrauliczny G pompe B i przewód hydrauliczny E. Dla dokonania pomiaru w1 miejscu polozonym dalej, w glebi otworu wiertniczego, redukuje sie 25 cisnienie wewnatrz glowicy do 0 atm., wówczas 3 sprezyna 4 wciska suwak 2 do wnetrza korpusu 1, a sprezyna 17 przesuwa rdzen 8 cewki 9 do polo¬ zenia wyjsciowego.Nastepnie przewód hydrauliczny E, skladajacy 30 sie z kilku lub kilkunastu sztywnych rur polaczo¬ nych ze soba odkreca sie od pompy, przedluza o odpowiednia dlugosc, demontujac w tym celu do niego jedna lub kilka rur, zwalnia z zacisku ramion 38 i przesuwa sie glowice A w zadane 35 miejsce. Po ponownym zamocowaniu przewodu hydraulicznego E w ramionach 38 laczy sie jego koncówke z pompa B, odpowietrza glowice i urza¬ dzenie jest gotowe do wykonywania dalszych po¬ miarów. 40 Manipulacji przedluzania przewodu hydraulicz¬ nego E dokonuje sie tylko wówczas, gdy nastepne miejsce pomiaru jest zbyt odlegle od poprzednie¬ go, przy mniejszych odleglosciach sasiednich miejsc pomiarowych, dla przesuniecia glowicy A 45 w otworze wiertniczym wykorzystuje sie nadmiar 5- dlugosci elastycznego przewodu hydraulicznego laczacego pompe z koncówka przewodu E. Dla wyjecia glowicy urzadzenia z otworu wiertniczego po zakonczeniu cyklu pomiarów, nalezy rozmon- 50 towac przewód hydrauliczny E, zwolnic stozkowe zgrubienia 36b tulei 36 od nacisku stozkowej po¬ wierzchni 37a tulei rozpierajacej 37 i uchwyt mo- 6. cujacy D usunac z otworu. 55 PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe l; Sposób badania wytrzymalosci skal w otworach wiertniczych znamienny tym, ze w caliznie 60 6 górotworu wykonuje sie otwór i na dowolnej glebokosci w scianke tego otworu wtlacza sie hydraulicznie lub mechanicznie sworzen (2) z taka sila, aby iglica (2a) tego sworznia po¬ konala opór calizny, a nastepnie przez pomiar wielkosci sily potrzebnej do pokonania oporu calizny i wartosci wnikniecia iglicy (2a) sworz¬ nia w te calizne ustala sie stosunek obu tych wielkosci, który jest proporcjonalny do wytrzy¬ malosci skaly na sciskanie. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze ma glowice (A) osadzona w otworze wiertniczym na sztywnych przewodach hydraulicznych (E), mocowanych w otworze za pomoca uchwytu mocujacego (D) i polaczonych gietkim przewodem z pompa ole¬ jowa (B), która to glowica ma wewnatrz umie¬ szczone — suwak (2) mechanicznie polaczony z rdzeniem cewki (9), zmieniajacej wysunieciia tego suwaka na impulsy elektryczne przeka¬ zywane przewodami do aparatury pomiarowej (C), uklad zabezpieczajacy ciegno (7) laczace suwak (2) z rdzeniem (8) cewki (9) przed zmia¬ na dlugosci i skrecaniem sie oraz zawór odpo¬ wietrzajacy. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze umieszczony wewnatrz glowicy (A) suwak (2) jest zaopatrzony w kolnierz (2b) ogranicza¬ jacy jego wysuw z korpusu (1) i w oporowy kolnierz (2c) dociskany do prowadnicy (3) spre¬ zyna (4) oraz w iglice (2a) o scisle okreslonej wielkosci powierzchni czolowej, która stanowi zakonczenie jednego z konców suwaka, nato¬ miast drugi koniec jest polaczony z rdzenni¬ kiem (8) cewki (9) za pomoca ciegna (7) pod¬ partego rolkami (10) i (11). t Urzadzenie wedlug zastrz. 2 i 3, znamienne tym, ze uklad zabezpieczajacy ciegno przed zmiana dlugosci i skrecaniem, ma lozysko (18), którego zewnetrzny pierscien (18b) jest zamocowany w obudowie (20) polaczonej poprzez belke (21) z korpusem (1) glowicy (A) oraz ma czop (19) wyposazony w haczyk (19a) i polaczony za po- rmoca sprezyny (17) z rdzennikiem (8) cewki (9). Urzadzenie wedlug zastrz. 2—4, znamienne tym, ze zawór odpowietrzajacy jest wyposazony w dzwignie (33) polaczona z ciegnem (H) i w sprezyne (29) dociskajaca trzpien (27) do tulei (28) oraz w sprezyne (32) dociekajaca kul¬ ke (30) wraz z wodzikiem (31) do otworu (25a) w plytce (25). Urzadzenie wedlug zastrz. 2—5, znamienne tym, ze ma uchwyt skladajacy sie ze sprezy¬ nujacej tulei (36) zaopatrzonej we wzdluzne wyciecia (36a) i stozkowe zgrubienia (36b) oraz z rozpierajacej tulei (37), do której sa wahliwie zamocowane ramiona (38) mocujace przewód hydrauliczny (E), laczacy glowice (A) urzadze¬ nia z pompa (B).KI. 42 k, 28 59800 MKP G 01 m Fig-.

2. Krak 1 z. 1/70 220 PL