Способ селекции акустических сигналов в массиве горных пород

 

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение надежности селекции в анизотропном массиве. В массиве 1 горных пород распространяются акустические сигналы (АС) от источников 2 акустической эмиссии и источников 3 акустической помехи. Эти АС принимаются преобразователями (П) 4 и 7. Первый из них является П запуска временного интервала запрета, а второй - П сигнала проверки. Если АС, воспринимаемый П 7, попадает во временной интервал запрета, то он считается сигналом помехи. В противном случае АС регистрируется как сигнал акустической эмиссии. Для определения места размещения П 4 и 7 выбирают положение вершины 8 конической поверхности 9, охватывающей зону 5 контроля между источниками 2 и 3. Определяют скорости распространения АС по различным направлениям, коэффициент анизотропии скоростей и направление 11 минимальной скорости распространения АС. Задают угол α<SB POS="POST">0</SB> меньше 90° между направлением 11 и осью 12. Определяют угол α<SB POS="POST">1</SB> между осью 10 размещения П 4,7 и направлением 11 по выведенной зависимости с учетом расстояния между П 4 и 7, произведения максимальной скорости АС на величину временного интервала запрета, коэффициента анизотропии скоростей АС и угла между направлением 11 и осью 12 поверхности 9. Способ позволяет установить оптимальную границу зоны контроля сигналов акустической эмиссии. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 F. 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

МВ

° Ю

° 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTHRM

ПРИ AEHT СССР (21) 4334876/23-03 (22) 30.11„87 (46) О?.07.89. Бюл. № 25 (71) Московский горный институт (72) А,С.Вознесенский (53) 622.289(088.8) (56) Огиенко В.А.и др. Контроль сейсмоакустической эмиссии удароопасного участка горных пород СУБРа.

В сб.: Геофизические основы контроля напряжений в горных породах.

Новосибирск: 1983, с. 92.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1213194, кл. Е 21 С 39/00, 1986. (54) СПОСОБ СЕПЕКЦИИ АКУСТИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ В МАССИВЕ ГОРНЬЕ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу. Цель — повышение надежности селекции в анизотропном массиве. В массиве 1 горных пород распространяются акустические сигналы (АС) от источников 2 акустиÄÄSUÄÄ 1492028 А 1

2 ческой эмиссии и источников 3 акустической помехи. Эти АС принимаются преобразователями (П) 4 и 7.

Первый из них является П запуска временного интервала запрета, а второй — П сигнала проверки. Fcли АС, воспринимаемый П 7, попадает во временной интервал запрета, то он считается сигналом помехи. В противном случае АС регистрируется как сигнал акустической эмиссии.

Для определения места размещения

П 4 и 7 выбирают положение вершины 8 конической поверхности 9, охватывающей зону 5 контроля между источниками 2 и 3. Определяют скорости распространения АС по различным направлениям, коэффициент анизотропии скоростей и направление 11 минимальной скорости распространения АС. о

Задают угол о о меньше 90 между направлением 11 и осью 12. Опреде1492028

40 ляют угол or., между or brr; 10 размещения П 4,7 и направлением 11 по выведенной зависимости с учетом расстояния между П 4 н 7„ произведения максимальной скорости AC на величину временного интервала запрета, коэфИзобретение относится к области горного дела и предназначено для выделения сигналов акустической 15 эмиссии на фоне помех при контроле напряженного состояния массива горных пород.

Цель изобретения — повышение надежности селекции в анизотропном 20 массиве.

На фиг. 1 показана схема расположения в массиве горных пород акустических преобразователей пространственной зоны контроля и источни- 25 ка акустической помехи; на фиг. 2 зависимость угла с4., между направлением минимальной скорости распространения акустических сигналов и осью конической поверхности прост- 30 ранственной зоны контроля от угла

<, между направлением минимальной скорости и осью размещения акустических преобразователей при различных значениях коэффициента аниэотропии и отношения половины расстояния между акустическими преобразователями к произведению максимальной скорости упругих волн на величину временного интервала запрета; на фиг. 3 — временные диаграммы процессов, происходящих при селекции акустических сигналов в массиве пород.

Схема расположения включает мас- 45 сив 1 горных пород, источник 2 акустической эмиссии, источник 3 помехи, акустический преобразователь 4 запуска временного интервала запрета, пространственную зону

5 контроля, границу 6 зоны 5, акустический преобразователь 7 сигнала проверки, вершину 8 конической поверхности 9, ограничивающую зону 5, ось 10 размещения преобразователей, направление 11 минимальной скорости распространения акустических сигналов, ось 12 конической поверхности 9„ фипиента анизотропии скоростей АС и угла между направлением 11 и осью

l2 поверхности 9. Способ позволяет установить оптимальную границу зоны контроля сигналов акустической эмиссии. 3 ил, Способ осуществляют следующим образом, В массиве 1 горных пород распространяются акустические сигналы от источников 2 акустической эмиссии, возникающей при образовании трещины разрыва или сдвига пород, и источников 3 акустической помехи от работающего бурового оборудования и технологических взрывов. Акустические сигналы в виде упругих колебаний принимаются акустическим преобразователем 4 запуска временного интервала запрета, установленным в пространственной зоне 5 контроля, имеющей границу 6, и акустическим преобразователем 7 сигнала проверки, установленным вне зоны 5. Для определения места размещения акустических преобразователей 4 и 7 выбирают положение вершины 8 конической поверхности 9, охватывающей зону 5

I контроля, в пространстве между этой зоной и источником 3 акустической помехи. Затем определяют скорости распространения акустических сигналов в массиве 1 по различным направлениям, например, путем его прозвучивания, определяют коэффициент аниэотропии скоростей распространения акустических сигналов и выделяют направление 11 минимальной скорости их распространения„ После этого на плане горных работ через вершину 8 конической поверхности 9 проводят ось в направлении 11 минимальной скорости распространения акустических сигналов и задают угол ца меньше 90 между направлением 11 и осью о

12, являющейся осью симметрии конической поверхности 9. Направление оси 12 задают таким образом, чтобы пространственная зона 5 контроля охватывала область возможных динамических проявлений горного давления. В плоскости, проходящей через ось 12 и направление 11, устанавли! 492028

Способ селекции акустических сигналов в массиве горных пород, включающий прием сигналов двумя преобра1ð зователями, первый иэ которых является преобразователем запуска временного интервала запрета, а второй— преобразователем сигнала проверки, при этом оба преобразователя устанавливают на одной оси, проходящей через вершину конической поверхности, ограничивающую пространственную зону контроля, так, что эта вершина размещается между источником помехи и зоной контроля, причем первый преобразователь расположен внутри пространственной зоны контроля, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности селекции в ани25 эотропном массиве, предварительно определяют коэффициент аниэотропии скоростей распространения акустических сигналов и направление минимальной скорости их распространеgp ния, задают угол между осью конической поверхности пространственной зоны контроля и направлением минимальной скорости распространения акустических сигналов меньше 90, угол между осью размещения преобразователей и направлением минимальной скорости выбирают иэ условия

-8 --r +

Д2

tga =

2(, + r — 1) tg2

4Ь д 2

Ъ вЂ” половина расстояния между 50 преобразователями; ют несовпадение оси 10 размещения акустических преобразователей и оси

12 конической поверхности, которое и учитывает формула (1).

Сигнал 16 (фиг. 3), снимаемый с акустического преобразователя 4 запуска временного интервала запрета в момент времени 1, запускает формирователь временного интервала запрета,на выходе которого образуется импульс 17. Импульс 17 заканчивается в момент времени t, . Разница времени между t, и t равна величине временного интервала запрета. Сигнал 18, воспринимаемый акустическим преобразователем 7 сигнала проверки, может начаться до окончания импуль-са 17. -В этом случае он считается сигналом помехи. В том случае, если сигнал 19 начинается после окончания импульса 17, сигнал считается приходящим иэ эоны контроля, так как время задержки сигнала, воспринимаемого преобразователем 7, по отношению к сигналу, воспринимаемому преобразователем 4, достаточно велико и превосходит величину временной зоны запрета, что говорит о нахождении источника в пространственной зоне 5 контроля. Таким образом, селекция акустических сигналов осуществляется по разности времени их прихода на преобразователи 4 и 7.

Способ позволяет повысить надежность селекции сигналов акустической эмиссии за счет получения в массиве где — угол между осью размещения преобразователей и направлением минимальной скорости распространения акустических сигналов в массиве;

d — произведение максимальной скорости распространения акустических сигналов на пород гарантированной границы эоны контроля.

4 о р м у л а и э о б р е т е н и я величину временного интервала запрета;

r — коэффициент анизотропии. ско— ростей распространения акустических колебаний в массиве;

pC — угол между осью конической поверхности и направлением минимальной скорости распространения акустических колебаний.

1 492028

2 1 2 2

b 2 64Ь Ь 2 b г

-8 --r ----r + 4tg2g (4 — + r — 1) (4 --r с82вС вЂ” г + 1) д- о д2 d о (1) Ь

2(4 - + r — 1) tg2cL,, где еС угол между осью 10 размещения акустических преобразователей и направлением

11 минимальной скорости распространения акустических сигналов в массиве 1 горных пород; половина расстояния между акустическими преобразователями 4 и 7; произведение максимальной скорости распространения акустических сигналов в вают преобразователь 4 запуска временного интервала запрета таким образом, чтобы угол М, между осью 10 массиве горных пород на величину временного интервала запрета;

r — коэффициент анизотропии скоростей распространения акустических сигналов в массиве 1 горных пород; о д — угол между осью 12 конической поверхности 9 и направлением 1! минимальной скорости распространения акустических сигналов„

Преобразователи 4 и 7 размещают на равном расстоянии от вершины 8 конической поверхности 9 на одной оси 10 °

Так как массив 1 горных пород, прилегающих к обнажению, как правило, нарушен трещинами, акустические преобразователи 4, 7 размещают в шпуре 13, пробуренном через вершину

8 конической поверхности 9 и ориентированном в направлении оси 10.

В иэотропном массиве 1 горных пород время распространения акустических сигналов из источников, симметрично расположенных относительно оси 10,одинаково. Поэтому ось 12 конической поверхности будет совпадать с осью 10„ B анизотропном массиве 1 горных пород происходит с тклонение (поворот) оси 12 симметрии к направлению 11 минимальной скорости. Это отклонение обусловлено тем, что от источников, симметрично расразмещения преобразователей 4 и 7 и направлением 11 удовлетворял услов ию положенных относительно оси 10, акустические сигналы распространяются в сторону каждого из акустических преобразователей 4 и 7 по разным направлениям и с разной скоростью, В результате этого время прихода сигнала на каждый из преобразователей от симметрично расположенных источников будет разное, хотя пути распространения сигналов одинаковы.

Для случая, изображенного на фиг. 1 с укаэанным расположением оси 10 и полуоси 11, сигналы из источников, расположенных вьппе оси 10, будут распространяться со скоростью, меньшей скорости распространения сигналов из источников, расположенных ниже оси 10. Поэтому пары источников, от которых время прихода акустических сигналов на каждый иэ преобразователей 4 и 7 совпадает, будут смещены вниз. Меньшая скорость распространения акустических сигна35 лов будет скомпенсирована меньшим расстоянием, а большая скорость — соответственно большим расстоянием. Это и

1 приводит к повороту оси 12, являющейся осью симметрии поверхности 9, 4О

В массиве 1 горных пород со слабо выраженной анизотропией (r близок 1) зависимость между углами

ol и оС, (фиг. 2) близка к линейной

45 зависимости 14. В массиве с выраженной анизотропией (r ) 1) эта зависимость отличается от линейной и имеет вид кривых 15. Это отличие тем больше, чем больше величина коэффициента анизотропии r и отношение половины расстояния (Ъ) между акустическими преобразователями 4 и 7 к произведению максимальной скорости распространения акустических сигналов

55 на величину временного интервала (d). Так, например, нижняя из кривых 15 рассчитана для значений

b/й 5; r = 2, а верхняя для b/d

0,5. Эти зависимости иплюстриру14ч 7028

Составитель К. Лыков

Техред Л.Сердюкова Корректор А. Обручар

Редактор В. Бугренкова

Заказ 3846/34 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101