Способ контроля напряженного состояния массива горных пород

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД , включающий возбуждение излучающего акустического преобразователя , прозвучивание создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между двумя скважинами по их глубине, и анализ изменений характеристик ультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическим преобразователем , отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, возбуждениеизлучающих преобразователей, размещенных в скважинах с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин, осуществляют высокочастотными колебаниями, модулированными по амплитуде прямоугольной импульсной последовательностью, измеряют амплитуду огибающей приня) тых высокочастотных колебаний, по (Л изменению которой с глубиной судят о распределении напряжений в окрестности горной вьфаботки, при этом максимуму напряжений зоны опорного давления соответствует максимальная амплитуда огибающей. 4:ь С35 4: СО Фи1.1

СОЮЗ СОВЕтСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(gg) Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗ06РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч (21) 3681650/22-03 (22) 30.12.83 (46) 23.03.85. Бюл. У 1 1 (72) В.Л. Шкуратник, В .С. Ямщиков и Д.Н. Сирота (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт (53) 622.235(088.8) (56) 1. Ямщиков В.С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. N. "Недра", 1982, с У 144.

2. Ржевский В.В., Ямщиков В.С.

Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве..

M., "Наука", 1973, .с. 193 (прототип) . (54)(57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, включающий возбуждение излучающего акустического преобразователя, прозвучивание создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участ„„SU„„1146449 A ков массива, расположенных между двумя скважинами по их глубине, и анализ изменений характеристик ультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическим преобразователем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, возбуждение излучаюпвис преобразователей, размещенных в скважинах с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин, осуществляют высокочастотными колебаниями, модулированными по амплитуде прямоугольной импульсной последовательностью, измеряют амплитуду огибающей приня . тых высокочастотных колебаний, по изменению которой с глубиной судят о распределении напряжений в окрестности горной выработки, при этом максимуму напряжений воны опорного давления соответствует максимальная амплитуда огибающей.

146449

1 1

Изобретение относится к горному

:делу и может быть использовано при контроле напряженного состояния массива горных пород в окрестностях горных выработок.

Известен способ контроля напряженного состояния массива, основанный на измерении и анализе изменений эффективного электрического сопротивления по глубине скважины, интерпретация которого осуществляется с помощью предварительно установленной корреляционной связи между с электрическим сопротивлением и напряжениями j1) .

Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная тем, что на ре3ультаты измерений электрических .параметров вблизи выработок влияют неоднородность мас- 2О сива, влажность, размеры выработки и другие помеховые факторы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ контроля напряженного состоя ния массива горных пород, включающий возбуждение излучающего акустического преобразователя, прозвучивание создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участков массива, ЗО расположенных между двумя скважинами по их глубине, и анализ изменений характеристик- ультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическим преобразователем (21 .

Недостатком известного способа является низкая точность контроля „ обусловленная тем, что на резуль-. таты измерений контролируемой характеристики оказывает существенное 4О влияние качество акустического контакта преобразователей с массивом, Изменения информативных параметров контроля (скорости распространения, коэффициента затухания и др.) из-за 45 плохого качества акустического контакта могут быть соизмеримы или даже превышать изменения этих параметров, обусловленные влиянием напряжений и, следовательно, погрешность 50 измерений может превышать 100%.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля 55 напряженного состояния массива горных пород, включающему возбуждение излучающего акустического ттреобразователя, прозвучивание создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участков массива, расположенных между двумя скважинами по их глубине, и анализ изменений характеристик ультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическим преобразователем, возбуждение излучающих преобразователей, размещенных в скважинах с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин, осуществляют высокочастотными колебаниями, модулированными по амплитуде прямоугольной импульсной последовательностью, измеряют амплитуду огибающей принятых высокочастотных колебаний, по изменению которой с глубиной судят о распределении напряжений в окрестности горной выработки, при этом максимуму напряжений зоны опорного давления соответствует максимальная амплитуда огибающей.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа, на фиг. 2 - временные диаграммы сИгналов в различных точках указанной схемы; на фиг. 3 — изменения амплитуды огибающей пачки высокочастотных импульсов при удалении преобразователей от контура выработки.

Способ осуществляется следующим образом.

B кровле, почве или стенках выработки 1 бурят две параллельные скважины (шнура) 2 и 3 на глубину

5-8 м; в которых размещают друг против друга акустические преобразователи ч и 5 с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин 2 и 3. Такие зазоры могут обеспечиваться, например, с помощью кольцевых центрирующих пружин 6. !

Генератор ультразвукового прибора 7 вырабатывает высокочастотные колебания 8, частота которых выбирается равной резонансной частоте акустических преобразователей (обычно в пределах 30-100 кГц). Высокочастотные колебания 8 модулируют прямоугольными видеоимпульсами, длительность которых Т выбирается такой, чтобы в них укладывалось количество периодов высокочастот- ных колебаний, равное (или большее) суммарной добротности электроакустического тракта. В этом случае

3 1 обеспечивается максимальный коэффициент передачи преобразователей.

Модуляция высокочастотных колебаний 8.именно прямоугольными импульсами обеспечивает максимальную скорость нарастания принятого сигнала, что также улучшает энергетичес.кие соотношения.

Электрическим сигналом в виде пачек 9 высокочастотных колебаний возбуждают излучающий преобразователь 4. Излучаемые преобразователем 4 упругие колебания после прохождения межскважинного пространства в виде пачки высокочастотных колебаний 10 принимают и преобразуют в электрический сигнал преобразователем 5. Далее этот сигнал поступает на вход ультразвукового прибора 7, с помощью которого измеряют амплитуду А огибающей колебаний 10, (Указанные измерения легко осуществляются с помощью однополярного детектора огибающей и амплитудного вольтметра, являющихся составной частью ультразвукового прибора 7).

Измерения осуществляют по всей глубине скважин 2 и 3, перемещая

I параллельно (дискретно с шагом 1020 см, или непрерывно} преобразователи 4 и 5. Совокупность результа146449 4 тов измерений амплитуды А огибающей (фиг. 3} отражает распределение напряжений в окрестностях горной выработки. Так, участок, примыкающий к контуру выработки, характеризуется нарушением сплошности массива, обусловленным действием буровзрывных работ и действием горного давления. На этом участке максималь1О но рассеяние и поглощение ультразвуковых колебаний и, как следствие, минимальная амплитуда огибаюI щей. Далее, в зоне опорного давления (расстояние от контура выработки на фиг. 3) пористость и трещиноватость минимальны, соответственно максимальна амппитуда. В зоне сохранного массива, не подверженного влиянию выработки, напрящб жения и амплитуды огибающей имеют по отношению к первым двум участкам промежуточные значения.

Таким образом, предлагаемый

25 способ позволяет получить точную инФормацию о распределении напряжений в окрестностях выработок, исключив основной источник погрейностей при ультразвуковых измерениях в массиве — контактные условия преобразователей с горными порода1146449

Составитель Г. Алексеева

Техред Ж.Кастелевич Корректор О. Тигор

Редактор А. Сабо филиал ППП "Патент", r. Ужгброд, ул. Проектная, 4

Закаэ 1333/26 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 3-35, Раушская наб., д. 4/5