PL155526B1 - Czuonik do pomiaru ookształcenia skał wzdłuż osi otworu wiertniczego w kopalni - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA RAi ΑΙ/Α	OPIS PATENTOWY	155 526
POLSKA	Patent dodatkowy
W	do patentu nr---	Int. Cl.5 E21B 47/12
		G01B 7/14
	Zgłoszono: 87 04 30 /P. 265471,/
	Pierwszeństwo -—
		6ZYTELSK
URZĄD		0 6 ΰ UH
PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 88 11 10
RP	Opis patentowy opublikowano: 1992 04 30

Twórca wynalazku: Stanisław Orzepowski

Uprawniony z patentu: Kombinat Górniczo-Hutniczy Miedzi Zakłady Badawcze i Projektowe Miedzi “CUPRUM, Wrocław /Polska/

CZUJNIK DO POMIARU ODKSZTAŁCENIA SKAŁ WZDŁUŻ OSI OTWORU WIERTNICZEGO W KOPALNI

Przedmiotem wynalazku jest czujnik do pomiaru odkształcenia wzdłuż osi otworu wiertniczego w kopalni.

Pomiary względnego odkształcenia skał wzdłuż osi otworu wiertniczego w kopalniach sę jednym ze znanych sposobów wnioskowania o zmianach naprężeń w złozu albo w skałach przyległych. Ponieważ wartości tych względnych odkształceń sę bardzo małe, dlatego ich znane mierzenie prostymi przymiarami mechanicznymi wymaga stosowania długiej iazy pomiarowej, długości nieraz wielu metrów między kotwiami zamocowanymi w otworze, aiy uzyskać pożądaną dokładność pomiaru. Takie rozwi-ęzanie ma następujęce niedogodności: długa baza pomiarowa potęguje niekorzystny wpływ szczelin i odspojeń skał na dokładność poKimaru, a sam czujnik iywa ciężki., duży i trudny do montowania w otworze. Te niedogodności sę przyczynę, że Jak dotęd poiamary odkształcenia skał wzdłuż osi otworów wiertniczych pod wpływem zmian naprężeń, nie sę rutynowo stosowane dla potrzeb służb ruchu w kopalniach.

Celem rozwiązania według wynalazku jest uniknięcie powyższych niedogodności kopalnianej aparatury do pomiaru względnego odkształcenia skał wzdłuż osi otworów wiertniczych.

W rozwięzaniu według wynalazku przyjęto bardzo krótką bazę pomiarową, czyli małę odległość zespołów utwierdzających obie części czujnika w otworze, co zmi^Jsza prawdopodobieństwo wpływu na wynik pomiaru szczelin i odspojeń, ale wymaga dużej dokładności pomiaru wzajemnego przemieszczenia obu tych zespołów. Osiągnięto to przez przetworzenie wzajemnego przeb.aszcza nia obu zespołów na przemieszczenie suwaka znanego potencjometru rezystancyjnego.

Pommaru przemieszczania suwaka potencjometru dokonuje się poprzez pomiar przyrostu rezystancji znanę metodę polegajęcę na zmierzeniu przyrostu napięcia przy znanej i stabilizowanej wartości prędu płynącego przez rezystor. Znając wartość przyrostu rezystancji

155 526

155 526 potencjometru na jednostkę jego długości, można dobrać taką wartość prądu stabilizowanego, aby uzyskać wskazanie zmiany odległości między kotoiami oprost o jednostkach długości, a praktycznie o mikrometrach. Aby taki prosty układ pozweaał mierzyć bardzo małe zmiany odległości, między zespołami utoierdzającymi obie części czujnika o otoorze oiertniczym, rzędu dziesiętek mikrometróo, należy zastosooać mecchanczne, bezluzooe przełożenie ozajemnego ruchu obu części czujnika na ruch suoaka potencjometru z radukowaniθo luzóo najlepiej za pomocę silnej sprężyny,oraz potencjometr rezystancyjny o bardzo dobrej liniowości i stabilności czasooej oraz termicznej o dobrej rozdzielczości, oraz o dobrej odporności na opłyo otaczającego środooiska. Takie oarunki spełnia znany rezystor drutooy za ścieżkę półprzeoodzęcę zoany rezystoeam hybrydooym, o którym styk ruchomy potencjometru ślizga się po ścieżce półprzeoodzęcej odpornej na korozję chemiczną. Ponieoaż rezystancja poprzeczna ścieżki półprzewidzęcej rezystora hybrydooego, między’ uzoc^^anl^i^m druo^»^^» a stykeem ruchomym, Jest stosunkoBo duża, zastosooanie miernika napięcia o bardzo dużej rezystancj oewnntrznej ui^onoia uzyskania bardzo małych opłyoóo zmLan rezystancji styku ruchomego na dokładność pomaru jago położenia, co ma duże znaczenie praktyczne, poniaważ umoolioia dobre fuikijoπowanla potencjometru o smarze siliiniowym chroniącym ścieżkę półprzaoodzęcą tego potencjometru przed oilgocię. Ta ołaścioość rezystoróo hybrydowych pozoala na ich mannowenie o czujnikach pomiarooyia bez obudooy ochronnej co ma znaczący opłyo na obniżenie kosztu czujnlkóo, które poolnny być tanie, poniawαż potrzeba ich olele, a odzyskanie czujnikóo po zakończeniu pomiaróo o kopalni nie Jest moż^oe. Warunek dużej rezystancji wθt»nntrznej miernika napięcia i oarunek dobrej rozdzielczości pimarooβj , dobrze spełniaję przenośne cyfrcHe m^rr^lki napięcia. Czujnik zatem zaoiera układ mechaniczny przenoszęcy zmianę odległoś ϋ między dooma zespołami czujnika rozprężnie uto^^zanymi o oborze, na ruch suoaka znanego potencjometru lnnoowego, którego zmiany położenia sę mierzone znanę metodę elektrycznę z oykorzystanlem stabilizatora pra^oego i rnoltomerza cyfroNego, lub inny znany do tego celu układ.

Zgodnie z oynalazkiem mechanicznego układu, dwie niezależnie utwlerdzane o oto^ze górotooru części, sprzężone ze sobę za pośrednictwem cięgna, najkorzystniej linki mt^lo^et, maję to cięgno zaczepione Jednym końcem o ramię dwuramiannaj dźwigni, a z drugim ramieniem dźwigni, na którym osadzony Jest ruchomy styk potancjometru, Jest połączona ^^•^oi^rająca opły^o o kierunku rozciągania cięgna sprężyna, przy czym każdy zespół utoierdzający daną część czujnika o oborze Jest ^^p^^^żony o usuoany element oyzwalająiy siłę o sprężynie o kierunku uto^^zenia tej części czujnika o oborze górotooru. Czujnik ma cięgno o różnej długości, która o/znacza długość bazy pomi^ro^^j czujnika, a długość ramienia douramiennej dźwigni, zakończonego ruchomym stykeem potencjometru Jest oiększa od długości pozostałego ramienia dźwigni.

Przedmiot wynalazku jast przedstawiony na rysunku, na którym fig.l przedstawia czujnik w widoku z boku na tle otworu wiertniczego, a fig.2 - schemat układu pomiaru przemieszczania suwaka potencjometru.

Czujnik ma dwie niezależnie utwierdzone w otworze części A i B, każda zabudowana na oddzielnej podstawie przedniej 1 i tylnej 2 zakończonej ogonem 3. Na każdej podstawie 1 i 2 osadzony jest zespół utwierdzający C, złożony z ramienia 5 do którego przylega sprężyna 4 i trzpień 6 oraz usuwanego elementu 7 w postaci zawleczki, przy czym zespół jest zamocowany do podstawy 1 lub 2 przegubowo, za pomocą sworznia 8 do wspornika 9.

Na tylnej podstawie 2 części B czujnika osadzona Jest dwuramienna dźwignia 10, zbliżona kształtem do trójkąta równoramiennego, zamocowana obrotowo sworzniem_ll, przy czym górny wierzchołek pierwszego ramienia dźwigni 10 jest połączony z przednią częścią A czujnika cięgnem 12, którego założona długość określa długość bazy pomiarowej czujnika, natomiast drugie, dłuższe ramię dźwigni 10 Jest naciągane w przec^nym kierunku sprężyną 13. Na tym ramieniu dwuramiennej dźwigni 10 Jest osadzony suwak 14 potencjometru 15 za pośrednic^em płaskiej sprężyny 16 oraz izolacyjnej płytki 17. Ruch dźwigni 10 Jest ograniczony w obu skrajnych położeniach ograniczni^ltem 18. Ruchomm, płaska sprężyna 16 Jest połączona z nieruchomym zaciskeem potencjometru 15 za pomocą elastycznego, elektyycznego przewodu 19.

155 526

Dwu rem lenna dźwignia 10 może być wykonana również w innej postaci, przy której sprężyna 13 jest usytuowana na przedłużeniu cięgna 12,lub w innym Jeszcze położeniu zapewniającym Jej wpływ w kierunku rozciągania cięgna 12 w Jego położeniu roboczym.

Na fig.2 przedstawiono znany układ do pomiaru przemeszczema suwaka 14 potencjometru 15 za pomocę cyfrowego woltomierza 20 oraz stabiiizowanego prądowego źródła 21, umoożiwiający wyskalowanie wskazań woltomierza 20 bezpośrednio w mikrometrach,poprzez dobór wartości prądu stabilioowanego zasilaąccego potencjometr 15 czujnika. Połączenie elektryczne,oomiędzy potencjometrem 15 czujnika a mierziłem 22, Jest znane czteroprzewodowe, co eliminuje wpływ rezystancci przewodów na dokładność pommaru.

Czujnik według wynalazku jest wsuwany do otworu wiertniczego za głębokość do kilkunastu ^^erów.za pomocą specjalnego popychacze /nie pokazanego na rysunku/, złożonego z segmentów łatwych do transportowanie i do wzajemnego łączenia. Czujnik mocuje się w otworze w tez sposób, że po wsunięciu na żądaną głębokość obu Jego części, najpierw uruchamia się zadziałanie przedniego utwierdzającego zespołu C części A czujnika przez wyciągnięcie usuwanego elementu 7, za po^redni^^n^^m drutu /nie pokazanego na rysunku/. Korzystnie Jest utcromywać uzyskane położenie części A czujnika, podpierając Ją częścią B, poprzez wywwerazie nacisku na popychacz. Następnie należy wycofać część B czujnika za prśredzlctweo kolejnego drutu /nie pokazanego na rysunku/ dołączonego do usuwanego elementu 7 u twierdzającego zespołu C części B czujnika, aż do naciągnięcia cięgna 12. Po załączeniu miernika odczytowego do przewodów czujnika, wyciąga się usuwany element 7 w utwierdzającym zespole C części B czujnika. Następnie ustawia się wzajemną odległość obu części czujzika,przez lekkie ^bijanie popychacstem części B czujnika, dla uzyskania pożądanego, wstępnego położenia suwaka 14 potencjometru 15.

Czujnik według wynalazku, w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami,charakteryzuje się małym kosztem wytwarzania, nawet przy zastosowaniu prostej technologii warsztatowej, dużą rozdzielczością pomiarową rzędu rnkromerów,oraz bardzo dobrą linrowrśyią charakterystyki wzorcowania, ułatwiającą w razie potrzeby automatyzację obróbki wyników pomiarów z większej liczby czujników, a ponadto współpracuje z merni^keem odczytowym wyskalowanym bezpośrednio w Oikrometrach, o wyg^arach umorżiwiajęcyyh przenoszenie go w kieszeni. Również małe wymóary czujnika,oraz łatwość οοπΖι^θπΙι w otworze wiertnycrom ułatwiają Jego stosowanie w warunkach ruchu kopalni, dla wnioskowania o zmianach naprężenia w skałach jako czynnika zagrożeń górniczych.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Czujnik do pomiaru odkształcenia skał wzdłuż osi otworu wiertniczego w kopsani, zawierający układ mechanZccny przenoszący zmianę odległości między dwoma zespołami czujnika, rozprężnie utwierdzonymi w otworze, na ruch suwaka znanego potencjometru mo^wego, którego zmiany położenia są oerzrzt znaną metodą elektryczną z wykorzystaniem stabilizatora prądowego i w^ltomerza cyfrowego, znamienny tym, że mechanicznego układu dwie, niezależnie utwierdzane w otworze górotworu części /A., B/, sprzężone ze sobą za pośrednictwθm cięgna /12/, najkorzystniej linki mealowej mają to cięgno /12/ zaczepione jednym końcem o ramię dwuramiennej dźwigni /10/, a z drugim ramieniem dźwigni /10/, na którym osadzony Jest ruchomy styk /14/ potencjometru /15/, jest połączona fyóerająca wpływ w kierunku rozciągania cięgna /12/ sprężyna /13/, przy czym każdy zespół /0/ utwierdzający daną część /A, B/ czujnika w otworze jest wyposażony w usuwany element /7/, oyzwolaJąyy siłę w sprężynie /4/ w kierunku utwierdzenie tej części /A, B/ czujnika w otworze górotworu.

2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ma długość πΟ6ζιι dwurloiezzej dźwigni /10/, zakończonego ruchomym stylem /14/, większą ziż długość ramienia pozostałego.

155 526

3. Czujnik według zastrz.l, znamienny tym, że ma cięgno /12/ o różnej długości, która wyznacza długość bazy pomiarowej czujnika.

4. Czujnik według zastrz.l, znamienny tym, że w każdym utwierdzającym zespole /C/ trzpień /6/ Jest zamocowany na rajeniu /5/ między podporą /9/ a sprężyną /4/