Способ возбуждения упругих волн в массиве горных пород

 

1. СПОСОБ ВОЗВУВДЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий создание в локальной области массива горных пород механических напряжений, отличающийся тем, что, с целью повьшения стабильности возбуждения и управления характеристиками возбуждаемых упругих волн, в локальной области создают электропроводящую область с проводимостью не менее 2-10 (Ом..м)и воздействуют на нее импульсным квазистационарным .. магнитным полем, а управление характеристиками возбуждаемых упругих волн производят путем регулирований величины и длительности импульса напряженности возбуждающего магнитного поля. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что электропроводящую область создают путем образования полости, в которой закрепляют металлическую пластину толщиной 10 - 50 мм. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что электропроводящую область создают путем образования полости, в которую помещаS ют короткозамкнутую электропроводящую катушку, плоскость витков кото (Л рой параллельна локальной области массива, а затем заливают полость твердеющим компаундом. 4.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что электропроводящую область ВЕЛЮЛНЛЮТ в виде клина , одна сторона которого расположена вдоль локальной области СП сива, а другая образует с ней угол 45. У//1/// / 4: ///////// //У/////7///Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И1

4 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3753218/22-03 (22) 12.06.84 (461 30.11.85. Бюл. N - 44 (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт (72) В.С. Ямщиков, В.Л. Шкуратник, В.Н. Данилой и А.З. Вартанов (53) 622.02.531 (088.8) (56) Ржевский В.В. и Ямщиков В.С.

Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве.

М.: Недра, 1973, с. 167.

Там же, с, 145. (54)(57) 1. СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий создание в локальной области массива горных пород механических напряжений, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения стабильности возбуждения и управления характеристиками возбуждаемых упругих волн, в локальной области создают электропроводящую область с проводимостью не менее

2-10 (Ом;м) и воздействуют на нее импульсным квазистационарным . магнитным полем, а управление харак(51) 4 E 21 С 39/00 G 01 V 3/12 теристиками возбуждаемых упругих волн производят путем регулирования величины и длительности импульса напряженчости возбуждающего магнитного поля.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что электропроводящую область создают путем образования полости, в которой закреп» ляют металлическую пластину толщиной 10 — 50 мм.

3. Способ по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что электропроводящую область создают путем образования полости, в которую помещают короткозамкнутую электропроводящую катушку, плоскость витков которой параллельна локальной области массива, а затем заливают полость твердеющим компаундом.

4. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что электропрово-. дящую область выполняют в виде клина, одна сторона которого расположена вдоль локальной области массива, а другая образует с ней угол

45 .

1195004 г в локальном участке массива 1, прилегающего к электропроводящей области 2. Последние приводят к образованию упругих волн в массиве 1.

Проводимость электропроводящей области должна быть не ниже

2 ° 10 (Ом.м), так как в противном случае (как показали экспериментальные исследования) уменьшается амплитуда возбуждаемых упругих волн, в результате уменьшения наводимых в области 2 вихревых токов.

Амплитуду возбуждаемой упругой волны регулируют путем изменения расстояния между индуктором 3 и проводящей областью 2 в диапазоне

0 — 20 мм, что приводит к уменьшению амплитуды излучаемой волны в

15-20 раз (фиг. 5).

Кроме того, амплитуду возбуждаемой волны регулируют, изменяя разрядное напряжение конденсаторов накопительного узла 4. Увеличение, разрядного напряжения от 900 до

1600 В приводит к увеличению амплитуды возбуждаемой упругой волны примерно в 6 раз (фиг. 6).

Длительность возбуждаемого упругого импульса регулируется путем изменения с помощью блока 5 управления величины емкости конденсаторов накопительного узла 4. При этом длительность импульса изменяется пропорционально корню квадратному иэ величины емкости накопительных конденсаторов (фиг. 7).

Электропроводящую область 2 создают например, путем образования на поверхности массива 1 локальной полости 6 и закрепления в ней металлической пластины 7 с помощью анкеров 8 и 9 и цементного раствора

10 (фиг. 2). Оптимальная толщина электропроводящей области 2 1 = 1050 мм, так как при толщине менее

10 мм существенно падает амплитуда возбуждаемой упругой волны на низких частотах, где толщина электропроводящей области становится мень-. ше скин-слоя; ницаемость; проводимость; круговая частота.

Изобретете относится к горному делу и может быть использовано для возбуждения упругих волн при контроле свойств и состояния массива горных пород. 5

Цель изобретения — повышение стабильности возбуждения и управление характеристиками возбуждаемых упругих волн.

На фиг. 1 представлена схема реализации данного способа; на фиг.24 — возможные варианты создания. электропроводящей области массива; на фиг. 5 — экспериментально полученная зависимость относительной амплитуды A возбужпаемой волны от расстояния между внешним возбудителем квазистационарного импульсного магнитного поля (индуктором) и электропро— водящей областью L массива; на фиг.6 - 0 экспериментально полученная зависимость относительной амплитуды возбуждаемой в массиве упругой волны от разрядного напряжения батареи конденсаторов накопительного устройства; на фиг. 7 — экспериментальная зависимость относительного изменения длительности упругого импульса, возникающего в массиве, от емкости конденсаторов накопительного узла.

Способ осуществляется следующим образом.

В локальном участке массива 1 создают электропроводящую область 2 с

7 -4, проводимостью не менее 2"10 (Ом м) 35 рядом с которой на расстоянии L = 020 мм располагают индуктор 3, на который производят разряд запасенной в накопительном узле 4 электроэнергии. Накопительный узел 4 представ- 40 ляет собой например, батарею конденсаторов. Длительность и амплитулу разрядного импульса с накопительного узла 4 регулируют блоком 5 управления путем коммутирования раз- 45 личного количества конденсаторов накопительного узла 4 и изменения зарядного напряжения на них.

В результате разряда конденсаторов накопительного узла 4 на катуш- 50 ку индуктора 3 в электропроводящей области 2 создается импульсное квазистационарное магнитное поле, что приводит к возникновению в области 2 вихревых токов, взаимодействие маг- 55 нитного поля которых с магнитным полем индуктора 3 обусловливает появление механических напряжения где Ь вЂ” толщина скин-слоя; (— абсолютная магнитная проз 1

Увеличение толщины электропроводящей области более 50 мм нецелесообразно, так как это не приводит к дальнейшему увеличению амплитуды возбуждаемых упругих волк и усложняет технологию изготовления этой области.

Диаметр электропроводящей области и должен составлять 1,2-1,6 диаметров индуктора. Уменьшение диаметра электропроводящей области менее 1,2.диаметров индуктора нецелесообразно, так как это приводит к уменьшению амплитуды возбуждаемых упругих волн в связи с тем, что часть энергии магнитного поля будет рассеиваться в окружающих породах, не взаимодействуя с электро" проводящей областью малых размеров.

Увеличение диаметра электропрово- дящей области более 1,6 D индуктора не приводит к возрастанию амплитуды возбуждаемых упругих волн, но усложняет технологию изготовления данной области. Пластина 7 может закрепляться и непосредственно

: иа поверхности массива, однако при этом несколько снижается жесткость ее в связи с массивом> что приводит к уменьшению излучаемой мощности.

Электропроводящая область 2 (фиг.З) может быть также создана нутем образования на поверхности массива 1 полости 6, в которую помещают короткозамкнутую электропроводящую катушку 11, плоскость витков которой параллельна свободной поверхности массива 1, заливаемую затеи отвердевающим компаундом 12.

Катушка изготавливается из металлической проволоки с хорошей проводи195004 4 мостью, например медной,.и должна по своим геометрическим и намоточным

t характеристикам, как показали экспериментальные исследования, быть подобной катушке индуктора 3. Например, катушка 11 с внутренним диаметром 2,5 см и внешним диаметром

5 см может содержать 50 витков медного провода диаметром 2 мм. Hs10 готовление указанной электропроводящей области несколько сложнее, чем описанной выше, однако такой способ изготовления электропроводящей области позволяет возбудить упругие волны с большими на 20-30Х амплитудами, что объясняется увеличением индуктивности электропроводящей области, а следовательно, и напряженности магнитного поля самоиндукции.

Элехтропроводящая область ? (фиг. 4) может быть выполнена в виде клина 13, одна сторона которого расположена вдоль свободной поверх25 ности массива, а другая образует с ней угол 45, при этом линейные размеры плоскости клика, параллельной свободной поверхности массива, должны быть такими же, как у области, изображенной на фиг. 2, т.е. составлять 1,2-1,6 диаметра индуктора.

Использование такой формы электропроводящей области позволяет

35 возбуждать интенсивную сдвиговую волну, распространяющуюся в направлении, нормальном свободной поверх- ности массива, которая создается тангенцнальной компонентой Е, возбуждаемой механической силой F (фиг. 4).

3 195004

1195004 ,б воо аоо фиг. 6

20 ЧО и фиг, 7

Составитель Г. Алексеева

Редактор М. Дылын Техред A.Áàáèíåö Корректор С. Черни

Заказ 7393/36 Тираж 481 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4