Устройство для измерения прочности свойств горных пород

 

Изобретение относится к бурению. Цель - повышение точности измерения. Устройство содержит делитель 6 частоты, формирователь 13 импульсов, блок 14 пересчета, блок 15 индикации трещиноватости. Для достижения цели устройство имеет датчики 1, 3 осевого усилия и скорости вращения штанги, преобразователи 2, 4 напряжение-частота, сумматор 5 импульсов, блок 7 распределения импульсов по интервалам, дешифратор 8, бок 9 индикации крепости, элемент 10 управления, формирователи 11 и 12. Устройство реализует экспериментально полученную зависимость коэффициента крепости пород от скорости вращения штанги и осевого усилия. Выходные сигналы датчиков 1, 3 преобразуются в число импульсов. Последовательности импульсов складываются в сумматоре 5. Выходной сигнал последнего делится на подобранный коэффициент. В блоке 7 определяется интервал коэффициента крепости пород на данном участке бурения. Каждый из пяти интервалов отображается в блоке 9. Формирователь 12 подготавливает устройство к следующему циклу измерения. Блок 15 регистрирует количество трещин на измеряемом участке. Применение устройства позволяет оперативно определить прочностные характеристики горных пород путем непосредственного их измерения. 2 ил.

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (Д1) Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4382316/23-03 (22} 04.12,87 (46) 23 ° 04.90. Бюл. К 15 (71) Днепропетровский горный институт им. Артема

/ (72) П.Н. Щербаков, В.М. Ткаченко и Г.П.Митрофанов (53) 622.35(088.8) (56) Ткачук К.Н. Управление буровзрывными работами на мощных карьерах. — Киев: Техника, 1975, с. 107111. (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЧH0CTHblX СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к бурению, Цель - повышение точности измерения.

Устр-ао содержит делитель 6 частоты, формирователь 13 импульсов, блок 14 пересчета, блок 15 индикации трещиноватости. Для достижения цели устр-во имеет датчики 1, 3 осевого усилия и скорости вращения штанги, преобразователи 2, 4 напряжение — частота, сумматор 5 импульсов, блок ? распределе„„80„„1559146 А 1

2 ния импульсов по интервалам, дешифратор 8, блок 9 индикации крепости, элемент 10 управления, формирователи 11 и 12, Устр-во реализует экспериментально полученную зависимость коэффициента крепости пород от скорости вращения штанги и осевого усилия.

Выходные сигналы датчиков 1,3 преобразуются в число импульсов. Последовательности импульсов складываются в сумматоре 5, Выходной сигнал последкего делится на подобранный коэффициент.

В блоке 7 определяется интервал коэффициента крепости пород на данном участке бурения. Каждый иэ пяти интервалов отображается в блоке 9. Формирователь 12 подготавливает устр-во к следующему циклу измерения. Блок 15 ф/ регистрирует количество трещин на измеряемом участке. Применение.устр-ва С„ позволяет оперативчо определить проч- д костные характеристики горных пород путем непосредственного их измерения.

Ia®L.

2 ил.

1559146

Изобретение относится к области. применения измерительной техники в горном деле, в частности к функциональным преобразователям неэлектричес5 ких величин, и может быть использовано для измерения прочностных свойств горных пород при управлении буровзрывными работами.

Целью изобретения является повьпне- 10 ние точности измерения прочностных свойств горных пород.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 -,— функциональная схема блока распределе-l5 ния импульсов по интервалам.

Устройство содержит датчик 1 осевого усилия, второй преобразователь 2 напряжение — частота следования им- 20 пульсов, датчик 3 скорости вращения штанги, первый преобразователь 4 напряжение — частота следования импульсов, сумматор 5 импульсов, делитель

6 частоты следования импульсов, блок 25

7 распределения импульсов по интервалам, дешифратор 8, блок 9 индикации крепости, элемент 10 управления, фор» мирователь 11 импульсов считывания, формирователь 12 импульса сброса, фор-30 мирователь 13 счетных импульсов, блок 14 пересчета и блок 15 индикации трещиноватости.

Входы преобразователей 2 и 4 напряжение — частота следования импуль35 сов соединены соответственно с датяиками 1 и 3 осевого усилия и скорости вращения штанги, а выходы преобразова.телей 2 и 4 соединены с первьгм и вторым

;входами сумматора 5 импульсов, который через делитель 6 частоты, блок / распределения импульсов по интервалам и дешифратор 8 подключен к блоку 9 индикации крепости. Вход элемента 10 управления и формирователя 13 счетных 5 импульсов содеинен с датчиком 1 осевого усилия, причем выход элемента 10 управления через формирователи ll u

12 импульсов считывания и сброса подключен к управляющим входам делителя 6 частоты, блока 7 распределения импульсов по интервалам и дешифратоРа 8, Вход разрешения дешифратора 8 .соединен с выходом формирователя 11 импульсов считывания. Выход датчика 1 осевого усилия подключен к бло55 ку 15 индикации трещиноватости через . формирователь 13 счетных импульсов и блока 14 пересчета импульсов.

Блок 14 пересчета импульсов выпол нен в виде триггеров 16-20, дешифраторов (элементов И) 21-25 и элемента ИЛИ 26.

Устройство работает следующим образом.

В основу работы устройства положена зависимость

f K" P n t 9 где К вЂ” коэффициент крепости пород по Протодьякову;

P — - осевое усилие;

n — - скорость вращения штанги;

t - время бурения контролируемого участка скважины;

К - коэффициент, полученный в результате математических преобразований.

Эта зависимость определяется иэ полученной экспериментально следующей функции бурения: (2) к и где 7 - мгновенное значение скорости бурения скважины в момент измерения контролируемых параметров работы станка; д - диаметр долота;

K) - коэффициент пропорциональности

Зависимости (1) и (2) получены в результате следующих преобразований

f=Kq.

P.n (3) ср Кй

Практика контроля и учета крепости пород при проектировании взрывов подтвердила нецелесообразность непрерывного ее определения по глубина скважины. Более рациональным оказалось дискретное представление средних значений крепости пород на отдельных участках скважины длиною 1, Пусть Рср 1 пср с!ср " средние значения указанных параметров в процес« се бурения заданного участка скважины, а t - время его бурения. Причем

1 р (4)

С учетом выражений 3 и 4 получают среднее значение крепости на этом же участке

5 591

Для применяемого диаметра долотаи выбранной длины 1 получают cp К ср ср (5)

Выражение (5) представляет собой

5 выражение (!), приведенное к виду, удобному для определения крепости пород в производственных условиях. . Если величину осевого усилия и.чис-!0 ло оборотов преобразовать в соответствующие напряжения на измеряемом участке скважины (U,U,„), а их в частоты следования импульсов N,,N „, то средние их значения можно представить в виде выражений

Р = — и

Np Ng сР t э ср t Ф (6)

С учетом зависимостей (5) и (6) средняя величина крепости пород на 20 измеряемом участке скважины

i„-к Ги, н„. (7)

Поскольку сумму импульсов проще реализовать устройством по сравнению 25 с их произведением и..извлечением корня четвертой степени, средние значения крепости пород определяются устройством непосредственно iHo формуле

f р =К с{N р+Ж „) . (8)

Математическое несоответствие значений Ес по Формулам (7) и (8) учитывается коэффициентом Ко, вычисленным для всех заданных в устройство

З5 интервалов крепости из условия

К йр- Н„=К (Np+N„) .

Так как

4 Н N„AIp+N„, 40 то каждому интервалу крепости.соответствует конкретное значение К . В устройстве это реализуется блоком 7 распределения импульсов, нелинейно распределяющим импульсы по интервалам, Напряжение, пропорциональное осе-. вому усилию, прикладываемому к штанге, снимается с датчика 1 усилия и подается на вход преобразователя 2 напряжение — частота следования импульсов. Скорость вращения штанги бурового станка контролируется датчиком З, напряжение с которого поступает реобраэователя 4 напряжение 55 частота. После преобразования входных напряжений импульсы с преобразователей 1 и 2 напряжение - частота поступают на вход сумматора 5 импульсов, в

46

6 котором происходит их суммирование.

Таким образом, эа время бурения исследуемого участка скважины на выходе сумматора 5 получают число импульсов, пронорционапьное среднему значению крепости пород на этом участке.

С выхода сумматора 5 импульсы поступают на вход делителя 6 частоты следования импульсов, коэффициент деления которого равен !024. Это значение обусловлено диапазоном изменения контролируемых параметров P и n, .âåличиной выходного напряжения датчиков и 3, а также выходной характеристикой преобразователей 1 и 2,напряжение — частота. После делителя 6 частоты импульсы подаются иа вход блока

7 распределения импульсов по интервалам, Всего задано пять интервалов, на которые разбивается общее количество импульсов, поступающее на вход блока 7. Горные породы, коэффициент крепости которых более восьми, отно-! сятся к скальным, разрабатываемым с„; применением буровзрывных работ. При

fÉ 2 реализуются минимальные разряды рыхления, при Г>22 принимают максимально допустимый удельный расход взрывчатого вещества. ЭФФективное регулирование качеством дробления горной массы осуществляется при !2 1 22. В этой связи указанный диапазон изменения коэффициента, крепости принят для более точного измерения по пяти интервалам: !2-!4, 14-16, 16-18, 18--20, 20-22. Данное число интервалов измерения обуславливает число интервалов, на которое. разбивается общее количество импульсов. Учитывая то, что зависимость.коэффициента крепости пород от параметров пропесса бурения носит нелинейный характер, количество импульсов в интервалах различно. Оно определяется с помощью блока 7 на .основе приведенной зависимости Я=У(Р„и,t). Так„ например, количество импульсов во втором, третьем и четиертом интервалах равно трем, а в пятом — пяти. Число импульсов на выходе блока 7 равно количеству заполненных интервалов. Поскольку в устройстве принято пять интервалов, то максимальное количество импульсов на выходе этого блока также равно пяти. Таким образом, первый импульс соответствует первому интервалу их распределения и, соответственно, первому интервалу значений коэф1559146 фициента крепости (f=l2-14), второй импульс. второму интервалу коэффициента крепости (f=l4-16),и т.д. С выхода блока 7 эти импульсы поступают на вход дешифратора S, где происходит их накапливание в течение времени бурения контролируемого участка скважины и дешифрация для связи с блоком 9 индикации крепости.

Напряжение, снимаемое с датчика 1 осевого усилия, поступает также на вход элемента 10 управления, Он вырабатывает управляющий импульс длительностью, равной времени бурения исследуемого участка скважины, Передний фронт этого импульса соответствует началу, а задний — окончанию егр бурения. По заднему фронту управляющего импульса формирователем ll вырабатывается импульс считывания, который подается на вход разрешения дешифратора 8. При поступлении этого импульса происходит считывание информации,занесенной в дешифратор в про- 25 цессе бурения исследуемого участка скважины, а также вырабатывается сигнал для упфЪвления цифровыми индикаторами блока 9 индикации значений скорости. Импульс считывания поступа- 3О ет также на вход формирователя 12 импульса сброса, который вырабатывает импульс очистки элементов памяти блоков 6, 7 и 8, При подаче этого импульса происходит подготовка уст35 ройства к проведению измерений крепости пород последующего участка скважины.

Трещноватость буримых пород реги- О стрируется следующим образом. Напряжение с датчика 1 усилия поступает на вход формирователя 13 счетных импульсов. При кратковременном спаде давления в гидросистеме станка, что соответствует моменту пересечения шарошечным долотом раскрытых трещин, формирователь 13 вырабатывает импульс, соответствующий этому спаду, С выхода формирователя 13 импульсы посту-.

Ж лают на блок 14 пересчета, который регистрирует их количество за данное время бурения и управляет цифровыми индикаторами .блока 15 индикации тре" щиноватости. Количество импульсов, зарегистрированных этим блоком, со ветствует числу трещин на измеряемом участке скважины.

Сброс показаний индикаторов и блока 9 индикации крепости блока 15 индикации трещиноватости производится вручную после считывания результатов измерений.

В устройстве предусмотрена возможность проведения измерений крепости и трещиноватости пород на участке скважины в 1 и 8 м. Последний соответствует длине одной штанги. формулаизобретения

Устройство для измерения прочностных свойств горных пород, содержащее

;делитель частоты, последовательно соединенные формирователь счетных импульсов, блок пересчета импульсов и блок индикации трещиноватости, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено датчиками скорости вращения штанги и осевого усилия, первым и вторым преобразователями напряжение— частота, сумматором импульсов, блоком, распределения импульсов по интервалам, формирователями импульсов считывания и сброса, дешифратором, элементом уп- равления и блоком индикации крепости пород, причем выходы датчиков скорости вращения штанги и осевого усилия через первый и второй преобразователи напряжение — частота соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого подключен к входу делителя частоты, выход делителя частоты соединен с входом блока распределения импульсов по интервалам, выход которого подключен к входу дешифратора, выход дешифратора соединен с блоком индикации крепости, при этом вход формирователя счетных импульсов подключен к выходу датчика осевого усилия и входу элемента управления, выход которого соединен с входом .формирователя импульсов считывания, выход которого подж. ключен к входу разрешения дешифратора и входу формирователя импульсов сброса, выход которого соединен с входами управления делителя частоты, блока распределения импульсов по интервалам и дешифратора.

1559146

Составитель А. Рыбаков

Редактор О, Головач Техред Л.Сердюкова Корректор В. Кабаций

Заказ 828 Тираж 393 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,. Ж-35, Раутская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101