Статья

Наименование	Экспресс-измерение коэффициента Пуассона горных пород мини-датчиками Холла
Авторы	Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел	Недропользование
Год	2026	Выпуск	85	Страницы	5 - 17
УДК	622.02:620.1			EDN	SWEUNL
Аннотация	Исследование посвящено решению одной из самых трудоемких задач геомеханики — определению коэффициента поперечных деформаций (коэффициента Пуассона) горных пород. Показано, что традиционные методы (тензометрия, ультразвук, статические испытания) требуют длительной подготовки образцов, сложного оборудования и малопригодны для полевых условий. В качестве базового подхода используется метод прессгазометрии, разработанный автором ранее, который позволяет с помощью сжатого газа одновременно нагружать образец и измерять его продольные деформации. Основная новизна работы — интеграция в портативный прибор ППЭИ-5 бесконтактного измерительного модуля радиальных деформаций на основе датчиков Холла. Подробно описана кинематическая схема преобразования «расширение образца — угол поворота шкива — электрический сигнал», приведены расчетные соотношения для определения коэффициента Пуассона. Дано метрологическое обоснование метода: показано, что суммарная погрешность измерений не превышает 5-8 %, что полностью удовлетворяет требованиям инженерных изысканий. Конструкция модуля отличается простотой, надежностью и возможностью встройки в существующий прибор. Работа открывает путь к созданию доступных полевых средств для комплексного определения деформационных характеристик горных пород.
Реферат	Цель исследования — теоретически обосновать и конструктивно реализовать в приборе ППЭИ-5 измерительный модуль радиальных деформаций на основе датчиков Холла, позволяющих непосредственно в ходе испытания вычислять коэффициент Пуассона с точностью, достаточной для инженерных задач. Объект — параметры измерительной приборной надстройки, необходимой для применения датчика Холла, а предмет — обоснование методики и метрологических показателей всего комплекса измерений. Предмет исследований — обоснование методики и метрологических показателей всего комплекса измерений коэффициента Пуассона с использованием мини-датчиков Холла. Методика и основные задачи: разработать комплекс последовательных операций по фиксации изменения давлений в замкнутых объемах газа, разделенных в одном двухкамерном цилиндре движущимся поршнем, с целью определения его смещений для изучения механического поведения горных пород и измерения их деформационных и прочностных параметров. Идея исследований — определение радиальных деформаций и коэффициента Пуассона в методе прессгазометрии производить с помощью датчиков Холла, встроенных в портативный прибор экспресс-испытаний ППЭИ-5. Результаты. Выполнен анализ существующих методов определения коэффициента Пуассона горных пород, показавший их малую пригодность для полевых экспресс-испытаний из-за сложности и громоздкости оборудования, длительности и невысокой точности испытаний. В развитие метода прессгазометрии, реализованного в портативном приборе ППЭИ-5, предложена и обоснована конструкция измерительного модуля радиальных деформаций на основе бесконтактных датчиков Холла. Модуль отличается простотой, надежностью и легкостью интеграции в существующий прибор. Разработана кинематическая схема преобразования малого радиального расширения образца в угол поворота оси, что позволяет с высокой чувствительностью регистрировать поперечные деформации. Проведено метрологическое обоснование метода. Показано, что суммарная погрешность измерений не превышает 5-8 %. Предложена методика калибровки с помощью встроенного винтового механизма. Научная новизна. Впервые разработано устройство для определения радиальных деформаций и коэффициента Пуассона в методе прессгазометрии с помощью датчиков Холла, встроенных в портативный прибор экспресс-испытаний ППЭИ-5. Практическая значимость. Полученные решения удовлетворяют потребность в оперативном получении прочностных и деформационных характеристик непосредственно на месте отбора проб (в карьере, шахте, на буровой, при строительстве) и могут найти широкое применение в геологии, нефтяной, горной, строительной и других отраслях промышленности, а также в лабораториях вузов.
Ключевые слова	коэффициент Пуассона, прессгазометрия, датчик Холла, портативный прибор, поперечные деформации, горные породы.
Финансирование
Благодарности	автор признателен д. т. н. Сукнёву С. В. за конструктивные комментарии и нестандартные вопросы, которые позволили уточнить аргументацию и сделать выводы более убедительными.
Список источников	1. Ставрогин А. Н., Георгиевский В. С. Каталог механических свойств горных пород. Л.: ВНИМИ, 1972. 267 с. 2. Petroleum Related Rock Mechanics / E. Fjær [et al.]. Elsevier, 2008. 514 p. 3. ГОСТ 28985-91. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии. М.: Изд-во стандартов, 1991. 10 с. 4. Осипов Ю. В., Кошелев А. Е. Современные способы определения деформационных свойств горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 11. С. 68–75. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-11-0-68-75 EDN YKWAZP 5. Olsen C., Christensen H. F., Fabricius I. L. Static and dynamic Young’s moduli of chalk from the north sea // Geophysics. 2008. Vol. 73. Iss. 2. P. E41–E50. DOI: 10.1190/1.2821819 6. Кулагина М. А., Рычков Б. А., Степанова Ю. Ю. Определение упругих констант горных пород // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Физико-математические науки. 2019. Т. 23. № 2. С. 284–303. DOI: 10.14498/vsgtu1595 EDN DGEMVN 7. Paterson M. S., Wong T. Experimental Rock Deformation — The Brittle Field. Heidelberg: Springer Berlin, 2005. 347 р. DOI: 10.1007/b137431 EDN SSVOOT 8. Сукнёв С. В., Фёдоров С. П. Стандартные методы определения упругих свойств горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 12. С. 17–21. EDN PXWJOL 9. Литвинский Г. Г. Разработка конструкции портативного прибора для экспресс-испытаний горных пород // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2025. № 9 (83). С. 5–23. EDN BFOWKW 10. Литвинский Г. Г. Прессгазометрия как метод определения механических свойств горных пород и каменных материалов // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2025. № 10 (84). С. 5–22. EDN GWFHMV 11. AS5600 12-Bit Programmable Magnetic Rotary Encoder Datasheet. Аms AG, 2020. 32 p. 12. Рекомендации по комплексу методов определения механических свойств горных пород (для инженерных расчетов горного давления). Л.: ВНИМИ, 1980. 105 с. 13. ASTM D3148-02. Standard Test Method for Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens in Uniaxial Compression. ASTM International, 2002. 6 р. 14. Ramsden E. Hall-effect sensors: theory and application. Oxford: Elsevier, 2011. 272 p.
Полный текст