196475. lajstromszámú szabadalom • Hidraulikus kőzetrepesztő fúrólyukszonda, és eljárás annak alkalmazásával kőzetfalak szilárdsági jellemzőinek meghatározásához vagy talajmechanikai mérésekhez
3 196475 4 A találmány szerinti fúrólyukszonda főként a bányászati, geofizikai és földtani méréseknél a kőzetréteg vagy a talaj feszültségi állapotának, illetve azok rugalmassági modulusának meghatározására, azonkívül jövesztési technológiákba beépítve jövesztőeszközként is alkalmazható. A találmány szerinti eljárás olyan mérési folyamatot tesz lehetővé, amely a fúrólyukszonda alkalmazásakor jelentkező gyorsan változó paraméterek folyamatos rögzítésére és kiértékelésére alkalmas. A kőzetekben uralkodó tényleges feszültségállapot jellemző értékeinek - minimális főfeszültség, maximális főfeszültség, kőzet rugalmassági modulusa - meghatározása a kőzetmechanika alapproblémái közé tartozik. Ezen jellemzőket ún. fúrólyukszondás méréssel határozzák meg, amelynek során a kőzetfalba furatot készítenek, a furatba olyan szondát helyeznek, amelynek rugalmas köpenye - membránja - mérhető folyadéknyomás fokozáséval a közetfurat faléhoz terpeszthető, majd a nyomás további fokozásával a közetfal repeszthetö. A közetfal repesztéséhez, illetve a repesztés újranyitásához szükséges folyadéknyomás ismeretében a kőzetfal feszültségi állapotát jellemző paraméterek meghatározhatók. A méréshez alkalmazott lyukszonda a folyadéknyomás hatására tágítható legyen, ezért azt nagyrugalmasságú, nagyszilárdságú, szívós anyagból kell készíteni, amelynek maradandó alakváltozása kicsi, és ismételten felhasználható. A jelenleg alkalmazott szondák rugalmas köpenye általában gumiból készül, amelyet rendszerint a repesztö nyomásnál kisebb értékű nyomás is szétszakít, illetve a tömító zárásnál a folyadékot kiengedi. Mindezek a mérést, illetve annak hitelességét rontó tényezők, amelyeknek megszüntetése a találmány egyik célkitűzése. A találmány célja egyrészt a fúrólyukszonda olyan szerkezeti felépítésének kialakítása, amelynek tömítéseinél a rugalmas köpeny szilárdságával egyenértékű zárást valósíthatunk meg, és igy a megbízható tömítési mód lehetőséget biztosít nagyobb szilárdságú köpenyanyag alkalmazására. A találmány célja másrészt egy olyan mérési folyamat kialakítása, amelynél a mérőszondában a nyomás változását, illetve a kőzetnyomás hatására bekövetkező szondatérfogat-változásokat, mint gyorsan változó paramétereket folyamatosan érzékeljük és rögzítjük. A találmány szerinti lyukszonda rugalmas köpenyét nagyrugalmasságú, nagyszilárdságú, szívós anyagból, célszerűen adiprén műanyagból készítettük, amely többszáz atmoszférás nyomást képes maradandó alakváltozás nélkül elviselni, azonkívül az ilyen anyagból készült rugalmas szondaköpeny terhelés nélküli felfújásához nem kell plusz energia, ez ugyanis megmásítaná a mérések eredményét. A találmány szerinti szondánál a rugalmas köpeny - membrán - egy acélmagra úgy van felhúzva, hogy annak tömítési szilárdsága a szonda mindkét végénél egyenértékű a szonda anyagáéval. Ez azáltal biztosított, hogy a szonda acélmagjának mindkét végén egy-egy kúposán kialakított szakasz végén tömitóélek vannak kiképezve, amelyekhez egy-egy menetes záróanya segítségével a műanyag szondaköpenyt záróelemek közbeiktatásával nekifeszitjük. A tömítóél a szonda acélmagján van - annak csonkakúpszerü kétoldali végkiképzésével - kialakítva, a záróelem pedig egy belső kúpossággal bíró, és csavaranya által az acélmaghoz szorítható kialakítású. A záróelem belső kúpfelületének kúpszöge célszerűen nagyobb, mint az acélmagon kialakított kúpfelületek kúpszöge. A rugalmas műanyagköpeny a két kúpfelület közé van beszorítva a menetes záróanya segítségével. Ez a tömítési megoldás biztosítja a többszáz atmoszférás belső nyomás esetében is a teljesen tömitett zárást. A találmány tehát egyrészt kőzetrepesztó fúrólyukszonda kőzetfalak szilárdsági jellemzőinek meghatározásához vagy repesztéséhez, illetve talajmechanikai mérésekhez, amely bevezető furattal bíró acélmagból, és annak palastfelületét beborító, két végén tömitetten lezárt rugalmas köpenyből áll, és az acélmag mindkét végén, az acélmag vége felé szűkülő keresztmetszetű csonkakúp és annak folytatásaként egy-egy menetes toldat van, a csonkakúpok felső végeinél tömitóél van kiképezve, a menetes toldatokon egy-egy záróanya segítségével egy-egy záróelem van felszorítva, amely záróelemek a csonkakúpokénál nagyobb kúpszöggel kialakított belső kúpos felületükkel a tömítóélekhez illeszkednek, továbbá az acélmagra felhúzott rugalmas köpeny anyaga műanyag, célszerűen adiprén. A kőzetmechanikai méréseknél egy ismert hiányosság az, hogy a feszültségállapot és a kőzet rugalmassági modulusénak meghatározáséhoz szükséges nyomásértékek időbeli változására néhány " jellemző érték alapján felvett diagramokból következtetnek, ez főleg a rugalmassági modulus meghatározásánál okoz eltérést. Ezen eltérések kiküszöböléséhez a mérőszondához egy mérési eljárást dolgoztunk ki, amely segítségével a közetfaln jellemző feszültség! adatok pontosan meghatározhatók, és a mért paraméterek x-ögzithetők. A találmány szerinti eljái-ás azon a felismerésen alapszik, hogy a méröszondában a nyomás változását, illetve a kőzetnyomás hatására bekövetkező szondatérfogat-változásokat folyamatosan érzékeljük, azokat x-ögzitjúk, akkor a kőzctfal szilárdsági jellemzői a jelenleg ismert megoldásokhoz képest pontos xbban meghatározhatók. Az eljárás a találmány szerinti szonda alkalmazásával valósítható meg, mert ez a mérési eljárás során be5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
