устройство для определения смещений скважинных реперов

Формула изобретения

Устройство для определения смещения скважинных реперов, содержащее крон-блок, груз, отсчетную планку и индикатор в виде кольца и защелки, закрепленной на образующем это кольцо перекинутом через два блока тросе, проходящем через отверстия в реперах, закрепленных в скважине «ершами», отличающееся тем, что индикатор снабжен пантографом с распорными колесиками, закрепленным на подпружиненном стержне, шарнирно соединенным с одним концом коромысла, другой конец которого шарнирно соединен с другим стержнем, жестко связанным с опорным кольцом, внутри которого свободно вставлена подвижная втулка, снабженная ограничителями, причем подвижная втулка, оба стержня и оба витка троса расположены в параллельных вертикали направляющих втулках, закрепленных в металлическом корпусе репера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и тоннелестроению и может быть использовано для определения горизонтальных и вертикальных смещений скважинных реперов.

Известно устройство для определения радиальных деформаций стенок скважин с использованием пантографа, передающего деформации на индикатор часового типа (Методы и средства решения задач горной геомеханики, Г.Н.Кузнецов, К.А.Ардашев, Н.А.Филатов и др. - М.: Недра, 1987 г., стр.54). Однако это устройство может использоваться только для определения либо вертикальных деформаций, в случае горизонтально пробуренных скважин, либо для горизонтальных деформаций, в случае вертикально пробуренных скважин, и при этом определение вертикальных или горизонтальных деформаций производится в одной точке массива, что является существенным недостатком этого способа.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство (А.с. №1145137, кл. Е 21 С 39/00) для определения смещений скважинных реперов, включающее два блока, один из которых установлен на забое скважины, а другой - на устье скважины, при этом блоки соединены между собой кольцом из тросика, на одной из ветвей кольцевого тросика установлена защелка с возможностью свободного перемещения через каждый репер при движении индикатора в одном направлении и взаимодействия ее с ближайшим репером при движении в противоположном направлении. В момент взаимодействия защелка с репером определяют его местоположение с помощью определения высотного положения ранее сделанной метки через измерение расстояния от нее до отсчетной планки и нивелирования последней. Аналогичным образом определяются местоположения и других, заложенных в скважину реперов. После чего защелку извлекают на земную поверхность путем вытягивания из скважины противоположной ветви кольцевого тросика. Смещения вертикальных скважинных реперов определяют как разности вынесенных отметок меток соответствующих скважинных реперов двух соседних серий измерений. Устройство является достаточно простым и позволяет получать надежные результаты при практически неограниченном количестве реперов, заложенных в скважину.

Однако данное устройство позволяет получить в точках установки скважинных реперов только вертикальные смещения. Имеющие место при сдвижении горных пород массива горизонтальные смещения данным видом устройства невозможно определить.

Техническим результатом изобретения является расширение возможности применения устройства для измерения не только вертикальных, но и горизонтальных смещений, причем в различных точках массива, в которых заложены скважинные реперы.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения смещений скважинных реперов, содержащем крон-блок, груз, отсчетную планку и индикатор в виде кольца и защелки, закрепленной на образующем это кольцо перекинутом через два блока тросе, проходящем через отверстия в реперах, закрепленных в скважине "ершами", согласно изобретению индикатор снабжен пантографом с распорными колесиками, закрепленным на подпружиненном стержне, шарнирно соединенным с одним концом коромысла, другой конец которого шарнирно соединен с другим стержнем, жестко связанным с опорным кольцом, внутри которого свободно вставлена подвижна втулка, снабженная ограничителями, причем подвижная втулка, оба стержня и оба витка троса расположены в параллельных вертикали направляющих втулках, закрепленных в металлическом корпусе репера.

Перечисленные отличительные признаки предлагаемого устройства представляют собой совокупность новых конструктивных элементов. Поскольку эти признаки позволяют получить новый положительный эффект, заключающийся в возможности наряду с измерениями вертикальных смещений измерять горизонтальные смещения стенок скважины в местах установки скважинных реперов, т.е. не в одной точке массива, а в различных его точках, следовательно, и предлагаемое устройство в целом может быть признан удовлетворяющим критерию "существенные отличия".

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 в аксонометрической проекции показан вид устройства; на фиг.2 - фрагмент продольного разреза устройства в двух проекциях; на фиг.3 - общий вид устройства в сборе.

Устройство содержит пантограф 1, подпружиненный стержень 2 пантографа, на котором установлена пружина 3 с упорной шайбой 4, два колесика 5 на пантографе, коромысло 6, стержень 7, кольцо 8, вилку 9, подвижную втулку 10 с ограничителями 11, направляющую трубку 12 подпружиненного стержня 2, направляющую трубку 13 стержня 7, направляющую трубку 14 подвижной втулки 10, направляющую трубку 15 троса 23, металлический трубчатый корпус 16 репера, деревянную часть репера 17, отверстия 18 для прохода троса, отверстия 19 для "ерша", стальные нити расплетенного каната 20, образующие "ерш", скважину 21 (фиг.1, 2), блок на забое скважины 22, трос 23, защелку 24, блок 25, натяжной трос 26 с грузом 27, крон-блок 28, отсчетную планку 29, метки 30 (фиг.3).

Пантограф 1 соединен с подпружиненным стержнем, снабженным упорной шайбой 4 и пружиной 3, установленной между металлическим трубчатым корпусом 16 репера и упорной шайбой 4 для создания начального распора пантографа 1 со стенками скважины 21 (фиг.1, 2). Для взаимодействия со стенками скважины пантограф 1 снабжен двумя колесиками 5. Подпружиненный стержень 2 пантографа шарнирно соединен с коромыслом 6. Коромысло 6 с другой его стороны шарнирно соединено со стержнем 7, с которым жестко соединено кольцо 8. Центральная часть коромысла 6 посажена на ось вилки 9, закрепленной в металлическом трубчатом корпусе 16 (фиг.1, 2). В результате линейные расширения-сжатия стенок скважины 21 через пантограф 1, стержень 2 передаются на коромысло 6, которое передает это горизонтальное смещение на стержень 7, который будет подниматься или опускаться в зависимости от знака смещения вместе с кольцом 8. Подпружиненный стержень 2 пантографа и стержень 7 выполнены с возможностью перемещения соответственно в направляющей трубке 12 подпружиненного стержня 2 и в направляющей трубке 13 стержня 7 (фиг.1, 2). Кольцо 8 устанавливается соосно с отверстием направляющей трубки 14 подвижной втулки 10. С диаметрально противоположной стороны, относительно направляющей трубки 14 подвижной втулки 10, устанавливается направляющая трубка 15 троса 23. В опорное кольцо 8 и направляющую трубку 14 вставлена подвижная втулка 10 с ограничителями 11 с двух сторон этой подвижной втулки 10 с возможностью перемещаться в пределах, обозначенных ограничителями 11. Такой конструктивный узел позволяет беспрепятственно пройти защелке 24 через кольцо 8, не изменив его положения, соответствующего горизонтальному смещению противоположных стенок скважины. Направляющая трубка 15 троса 23 служит для прохода троса 23 и защелки 24, а также для фиксации вертикальных смещений репера в момент взаимодействия пружинных лепестков защелки 24 с нижним торцом направляющей трубки 15 троса 23 при подтягивании вверх троса 23 после прохода защелки 24 этой направляющей трубки 15. Направляющая трубка 14 вместе с подвижной втулкой 10 с ограничителями 11 и кольцом 8 служит для фиксации величины горизонтального смещения, которое осуществляется при взаимодействии пружинных лепестков защелки 24 с кольцом 8 через ограничитель 11 верхней части подвижной втулки 10 при подтягивании вниз троса 23 после прохода защелки 24 подвижной втулки 10. К нижней части металлического трубчатого корпуса 16 репера крепится цилиндрическая деревянная часть 17, в которой соосно с отверстиями направляющей трубки 14 подвижной втулки 10 и направляющей трубки 15 троса 23 просверлены отверстия 18 для сквозного прохода троса и пружинной защелки. Для закрепления репера в скважине в деревянной части 17 репера делается "ерш", для чего просверливают несколько отверстий 19, в которые вставляют стальные нити от расплетенного каната 20.

Установка таких реперов в скважину осуществляется следующим образом.

Сначала на забой скважины 21 с помощью колонны буровых штанг доставляется и заклинивается с помощью "ерша" блок 22, через который переброшен трос 23, поддерживаемый при спуске и после его окончания в натянутом положении. После извлечения штанг концы троса 23, находящиеся у устья скважины, фиксируются в направлении, соответствующем расположению плоскости блока 22 в забое скважины (фиг.3). Затем производят закладку реперов. Блок 22 и реперы доставляют в нужное место с помощью толкателя известной конструкции (Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных месторождениях / Мин-во угольной промышленности СССР: Утв.30.12.87. Разраб. ВНИМИ; Состав: И.А.Петухов, Н.И.Митичкина, В.Н.Земисев и др. - М.: Недра, 1989. стр.70-74). Упомянутый толкатель представляет собой отрезок трубы, через переходник соединенный с колонной штанг. В переходнике просверливают два диаметрально расположенных отверстия - для пропуска двух ветвей троса 23. Для закладки репера (фиг.1) оба конца троса пропускают через оба отверстия 18 деревянной части репера и через отверстия подвижной втулки 10 и направляющей трубки 15 троса 23, затем через отверстие в толкателе. Репер заводится внутрь трубы толкателя, после чего толкатель вместе с репером опускают в скважину и с помощью наращивания колонны штанг репер доставляется в требуемое место в скважине. При этом репер будет находиться в толкателе за счет трения "ерша" 20 о стенки скважины. После извлечения штанг из скважины вместе с толкателем очередной репер вставляется в толкатель и доставляется на требуемую глубину по аналогии с первым и т.д. вплоть до последнего репера, намеченного к установке в скважину.

Выведенные на земную поверхность по окончании установки реперов концы подвижного троса 23 скрепляют друг с другом, и образовавшийся бесконечный трос надевают на расположенный над устьем скважины 21 блок 25. При этом трос 23 удерживается под постоянным натяжением с помощью соединенного с осью блока 25 натяжного троса 26 с грузом 27, переброшенного через крон-блок 28.

Для проведения первой серии наблюдений на одной из ветвей троса 23 закрепляют защелку 24 и путем вытягивания из скважины противоположной ветви троса 23 пропускают защелку 24 через направляющую трубку 15 троса 23 верхнего репера. Затем защелку 24 подтягивают вверх до упора в нижний торец направляющей трубки 15 троса 23. На ветви троса 23, на которой расположена защелка 24, в месте схода троса 23 с блока 25 делают метку 30, соответствующую данному реперу, и определяют ее высотное местоположение путем измерения расстояния от нее до отсчетной планки 29 и нивелирования последней. Аналогичным образом делаются метки, определяется их высотное местоположение и для нижерасположенных реперов. После чего защелку 24 путем вытягивания из скважины противоположной ветви троса 23 пропускают через блок 22, затем подвижную втулку 10 и после подтягивания вниз до упора в ограничитель 11 и кольцо 8 в месте схода троса 23 с блока 25 ставят метку 30. Измеряют расстояние от этой метки до отсчетной планки 29, соответствующее относительному положению противоположных стенок в месте взаимодействия колесиков 5 пантографа 1. Аналогичным образом делаются метки и измеряются расстояния от них до отсчетной планки 29 для вышерасположенных реперов. Продолжая вытягивать из скважины противоположной ветви троса 23, извлекают защелку на поверхность.

При проведении дальнейших серий наблюдений защелка 24 поочередно пропускается через направляющие трубки 15 троса 23 всех реперов и, подтягивая ее каждый раз вверх до упора в нижний торец направляющей трубки 15 троса 23 каждого репера, определяют высотное местоположение соответствующей метки 30 на тросе 23. Смещения реперов в вертикальном направлении за период между двумя сериями наблюдений определяются как разности между соответствующими высотными местоположениями меток 30.

Продолжая перемещать защелку 24 в том же направлении, пропускают ее через блок 22 и далее поочередно пропускается через подвижную стулку 10, вставленную в направляющую трубку 14 и кольцо 8 стержня 7 каждого репера, и, подтягивая вниз до упора в ограничитель 11 подвижной втулки 10, который в свою очередь упирается в кольцо 8, определяют взаимное положение противоположных стенок скважины в месте взаимодействия колесиков 5 пантографа 1 по соответствующей метке 30. Смещение в горизонтальном направлении в месте заложения репера за период между двумя сериями наблюдений определяется как разность между соответствующими измеренными расстояниями от метки 30 до отсчетной планки 29.

Преимуществом предлагаемого устройства является измерение горизонтальных и вертикальных смещений горных пород в различных точках массива (в местах установки скважинных реперов) без уменьшения количества реперов, размещенных в одной скважине и без снижения точности результатов наблюдений.

Предлагаемое устройство предусматривается использовать при исследовании процессов сдвижения горных пород вследствие разработки месторождений полезных ископаемых и строительства подземных сооружений различного назначения.