Способ контроля напряженного состояния массива горных пород

 

Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность контроля за счет исключения влияния контактных условий преобразователей с нассивон. В кровле, почве или стеиках выработки I бурят две параллельные скважины (С) 2 и 3. При этом, например, С 2 является измерительной, а С 3 - отражающей. В С 2 помещают совмещенный (выполняющий одновременное функции излучателя и приемника) акустический преобразователь А, перемещаемый вдоль С 2. С помощью него излучают в межскважинновпространство 6 ультразвуковые импульсы. Однократно и двукратно отраженные от С 3 импульсы регистрируют и определяют отношение амплитуд огибающих однократно и двукратно отраженных импульсов . По измененню этого отношения по мере углубления преобразователя 4 в массив, судят о распределении напряжений в массиве горных пород. По минимуму отношения определяют положение максимума напряжений зоны опорного Давления. 3 ил. сл М ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

15У Е 21 С 39/00

ЗСЕОЮОЗИ Я

13,",, Ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCKOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

RiiEAgvTFgp

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblT (46) 15. 05.88. Бюл. Ф 18 (21) 3952248/22-03 (22) 10.09.85 (71) Московский горный институт (72) В.Л.Шкуратник, В.С.Ямщиков и Д.Н.Сирота (53) 622.289(088.8) (56) Ржевский В.В. и Ямщиков В.С.

Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве.

M.: Наука, 1973, с. 193.

Ямщиков В.С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982, сс. 159-160. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность контроля sa счет исключения влияния контактных условий преобразователей с массивом. В кровле, почве или стен„.SU„„1314775 А1 ках выработки 1 бурят две параллельные скважины (С) 2 и 3. При этом, например, С 2 является измерительной, а С 3 — отражающей. В С 2 помещают совмещенный (выполняющий одновременное функции излучателя н приемника) акустический преобразователь 4, пере.мещаемый вдоль С 2. С помощью него излучают в межскважинноь пространство 6 ультразвуковые импульсы. Однократно и двукратно отраженные от С 3 импульсы регистрируют и определяют отношение амплитуд огибающих однократно и двукратно отраженных импульсов. По изменению этого отношения по мере углубления преобразователя 4 в ф массив, судят о распределении напряжений в массиве горных пород. По минимуму отношения определяют положение максимума напряжений эоны опорного давления. 3 ил.

1314775

А, 50 электрическое напряжение на выходе генератора возбуждающих импульсов ультразвукового прибора S; коэффициент электромеханического преобразования акустического преобразователя 4; коэффициент прохождения ультразвуковых колебаний чегде U

К

Изобретение относится к горном делу и предназначено для определения напряженно-деформированного состояния горных пород вокруг горных выработок. 5

Целью изобретения является повышение гочндсти контроля за счет исключения влияния контактных условий преобразователей с массивом.

На фиг.1 представлена схема реали- 10 эации способа; на фиг.2 — осциллограммы однократно и двукратно отраженных от отражающей скважины акустических сигналов, принятых приемным пьезопреобразователем; на фиг.3изменения отношения амплитуд огибающих з гик сигналов с глубиной.

Способ осуществляют следующим образом.

В кровле, почве или стенках выработки 1 бурят две параллельные сква.жины (шпуры) 2 и 3 на глубину L

5-8 м. При этом одна из скважин, например 2, является измерительной, 25 а другая (3) — отражающей. В измерительную скважину 2 (в ее устье,. помещают совмещенный (выполняющий одновременно функции излучателя и приемника) акустический преобразователь 4 30 (обычно пьеэопреобразователь), который перемещают дискретно в глубь массива с шагом 10-20 см.

Электрическими импульсами ультразвукового прибора 5 возбуждают акустический преобразователь 4, с помощью которого импульсные ультразвуковые колебания излучают в межскважинное пространство 6. Прошедшие межскважинное пространство 6 импульсные 40 ультразвуковые колебания отражаются отражающей скважиной 3 и снова, пройдя межскважинное пространство 6, принимаются преобразователем 4.

Амплитуда А, огибающей сигнала 7 (фиг. 2) на выходе акустического преобразователя 4 в общем случае может быть записана в виде реэ границу реобразов;."..мазь

4 - массив или через грани" цу массив " преоГ>разователь 4;

К вЂ” коэффициент передачи межскважинного пространства 6;

К вЂ” коэффициент отражения ультразвуковых колебаний от отражающей скважины 3;

К вЂ” коэффициент механоэлектрического преобразования акустического преобразователя 4. .г

Часть ультразвукового сигнала, подающего на измерительную скважину 2, отразится от нее с некоторым коэффициентом отражения К, пройдет межскважинное пространство 6, отразится от отражающей скважины 3, снова „ройдет межскважинное пространство 6. Далее этот сигнал будет принят преобразователем 4, на выходе которого имеет электрический сигнал 8. Амплитуда

А огибающей этого сигнала в общем случае может быть записана в виде

А = U K„.К К -К,.К K . (2

Для отношения амплитуд А, и А огибающих сигналов 7 и 8, однократно и двукратно отраженных от отражающей скважины 3 соответственно имеем

А, 1 (3)

Кз Ка

Коэффициенты К и К отражения ультразвуковых колебаний от скважи

2 и 3 зависят главным образом от соотношения длины волны излучаемого сигнала и диаметра скважин, а также от некоторых других факторов. Однако важно, что эти коэффициенты остаются постоячными при перемещении преобразователя 4 (и соответственно при проведении измерений ) в глубь массива от контура выработки.

Таким образом отношение А /А можно рассматривать как функцию только

К, т.е. частотно-зависимого затухания межскважинного пространства 6, которое в свою очередь является функцией напряжений, действующих в массиве. В результате на участке, премыкающем к контуру выработки (зона разгрузки), отношение А,/А1 максимально, в зоне опорного давления (где напряжения максимальны) это отношение минимально, а на участке, на котором не произошло изменений. напряжений и структуры пород под влиянием выработ13l 4 775

3 ки (эона естественных напряжений), отношение А„/А имеет промежуточное

1 значение.

Для оценки пространственного распределения напряжений в окрестности горной выработки и выянления местоположения максимума эоны опорного давления получают совокупность измерений А, и A и их отношение (фиг. 3) по мере углубления преобразо- f0 вателя 4 в массин.

В принципе для оценки пространственного распределения напряжений в окрестности горной выработки можно вычислять отношение амплитуд любых 15 точек однократно и двукратно отраженных от скважины 3 сигналов 7 и 8, лишь бы эти точки имели одну фазу относительно начала сигналов. Однако методически и аппаратурно удобнее 20 определять отношение амплитуд огибающих сигналон 7 и 8, в частности, потому, что эти точки характеризуются наилучшим соотношением сигнал— помеха. Вместо одного совмещенного 25 преобразователя 4 могут использоваться два рядом расположенных преобразователя, один иэ которых является излучающим, а другой — приемным.

Экспериментальная проверка спосо- 30 ба показала, что по сравнению с базовым способом (за который принят способ-прототип) оН позволяет повысить точность определения местоположения максимума зоны опорного давления на 35

30-50Х.

Способ позволяет получать своевременную оперативную информацию о перераспределении горного давления в ок- 40

Рестностях горных выработок, что необходимо для безопасного ведения горных работ (социальный эффект).

Кроме того, предлагаемый способ по сравнению с базовым обеспечивает большую лронзводительиость контроля, поскольку благодаря поньппенной точности он исключает необходимость понторных измерений и в нем осуществляется перемещение и обеспечение контактных условий только одного (а . не двух как в базовом способе) акустического преобразователя.

Формула изобретения

Способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включающий излучение в массив ультразвуко-. вых импульсов, прием их после прохождения контролируемого участка, расположенного между двумя параллельными скнажинами, с помощью преобразователей, перемещаемых вдоль скважин, измерение амплитуд принимаемых импульсов и определение распределения напряжений н массиве по изменению амплитуд принятых ультразвуковых импульсов, о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности контроля за счет исключения влияния контактных условий преобразователей с массивом, излучение и прием ультразвуковых импульсов осуществляют из одной скважины — измерительной и регистрируют однократно и двукратно отраженные импульсы от второй — отражающей скважины, определяют отношение амплитуд огибающих однократно и двукратно отраженных импульсов и по изменению этого отношения с глубиной судят о распределении напряжений в массиве горньж пород, при этом по минимуму отношения определяют положение максимума напряжений эоны опорного давления.

Составитель В.Петрова

Редактор 3.Ходакова Техред М.Ходанич Корректор Л.Патей

Заказ 3383

Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делан изобретении н открнтин

ll3035, Москва, 5-35, Раушсхая наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,, г. унгород, ул. Проектная, 4