Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород

 

Использование: изобретение относится к горному делу и предназначено для контроля разрушения участков массива при изменении его напряженно-деформированного состояния. Сущность: устройство содержит тороидальную обмотку, экран, окружающий обмотку с раструбом и измерительным зазором переменной величины. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для контроля разрушения участков массива при изменении его напряженно-деформированного состояния.

Известно устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород [1] , включающее помещенные на кронштейне две взаимно перпендикулярные антенны с ферромагнитными стержневыми сердечниками, на которых помещены равномерно намотанные обмотки, и содержит первый и второй электромагнитные экраны.

Недостатками этого устройства являются невысокая чувствительность, недостаточная для регистрации ЭВМ-сигналов малых амплитуд, особенно на начальных этапах нагружения, когда возникают маленькие трещины, которым соответствуют малые амплитуды и высокие частоты. Кроме того, для получения максимального сигнала необходимо объект измерения располагать в определенной точке пространства, что не всегда удается достичь, поэтому возможен пропуск полезной информации. Следует отметить также определенное неудобство в конструкции антенны.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород [2] .

Устройство включает ферритовый тороидальный сердечник с обмоткой, намотанной равномерно и помещенной в металлический экран, при этом экран охватывает обмотку частично, причем открытая часть обмотки охвачена металлическим рупором, ось которого направлена радиально по отношению к сердечнику, а боковые стенки также расположены по радиусам тора и образуют угол в пределах 65-75^о.

Недостатками этого устройства являются следующие. Обмотка и закрывающий ее на угол 285-295^о экран формируют диаграмму направленности антенны, лепесток которой имеет угол 65-75^о, с небольшой амплитудой, которая соответствует невысокой чувствительности приемной антенны, что не позволяет регистрировать сигналы малых амплитуд. Кроме того, с помощью такой антенны затруднено проведение локализации очага разрушения.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства при регистрации сигналов малых амплитуд путем формирования узкого лепестка диаграммы направленности антенны.

Цель достигается тем, что в устройстве для регистрации электромагнитного излучения, включающем ферритовый тороидальный сердечник с обмоткой и установленным на ней экраном, который своими торцами неподвижно соединен с боковыми стенками раструба, установленного на сердечнике открытой частью наружу, в полости которого расположена измерительная часть обмотки, экран с раструбом выполнены из двух входящих одна в другую частей с возможностью поворота до 30^о вокруг оси тороидального сердечника, при этом на указанных частях раструба закреплены с ним электрически несвязанные с подключенным конденсатором токосъемники с возможностью их перемещения по выполненной из провода меньшего сечения измерительной части обмотки.

Физическими предпосылками устройства являются следующие. Выполнение основной части обмотки, заполняющей тороидальный сердечник, проводом большего сечения позволяет с наименьшими потерями подвести полученную энергию к проводу меньшего сечения, а наличие экрана - сформировать диаграмму направленности с соответствующим лепестком в раструбе между торцами экрана.

Наличие экрана с раструбом, выполненных из двух входящих одна в другую частей с возможностью поворота до 30^о вокруг оси тороидального сердечника, позволяет снизить интенсивность излучения задним лепестком диаграммы направленности.

На фиг. 1 изображено устройство для регистрации электромагнитного излучения, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород, состоит из ферритового тороидального сердечника 1 с обмоткой 2 из провода большего сечения и измерительной обмоткой 3 из провода меньшего сечения. На обмотках 2 и 3 установлен металлический экран 4, неподвижно соединенный с боковыми стенками раструба 5, расположенного открытой частью наружу. Экран 4 состоит из двух частей 4а и 4б, причем часть корпуса экрана 4а выполнена с меньшим поперечным сечением и может заходить во внутреннюю полость части 4б экрана, которая выполнена с большим поперечным сечением. Аналогично раструб 5 состоит из двух частей 5а и 5б, причем часть 5а выполнена меньшим размером и может заходить во вторую часть 5б раструба 5. Части 5а и 5б раструба 5 неподвижно прикреплены соответственно к торцам частей 4а и 4б экрана.

Во внутренней полости раструба 5 в зазоре между торцами частей 4а и 4б экрана 4 размещена измерительная обмотка 3.

Левая и правая части экрана 4 и раструба 5 установлены с возможностью поворота вокруг оси тороидального сердечника влево и вправо от радиальной оси измерительной обмотки 3 на угол 15^о. При этом раструб 5 и экран 4 раскрываются на угол 30^о и на такой же максимальный угол раскрываются витки измерительной обмотки 3. На частях 4а раструба и 5б экрана и аналогично на частях 4б раструба и 5а экрана имеются общие выступы (на фиг. 2 показаны в районе вырывов), на которых установлены электрически с ними не связанные подвижные контакты 6, закрепленные на изоляторах 7. В электрическую схему параллельно измерительной обмотке 3 через контакты 6 подключен переменный конденсатор. На фиг. 2 в верхней части вырывом показано подключение обмотки из толстого провода к внешнему источнику питания. На фиг. 2 в нижней части вырывом на раструбе показано соединение измерительной обмотки 3 из тонкого провода с обмоткой 2 из толстого провода. На фиг. 1 вырывом в верхних частях 5а и 5б раструба 5 также показана измерительная обмотка 3 и ее соединение с обмоткой 2 из толстого провода. В нижней части на фиг. 1 со стороны открытой части раструба 5 изображена диаграмма направленности в виде узкого лепестка, полученная экспериментально.

Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород, работает следующим образом.

При ведении подземных горных работ на большой глубине в массиве горных пород вследствие высоких напряжений наблюдаются динамические явления, в том числе горные удары, приносящие значительный материальный и социальный ущерб.

В связи с этим в практике горного дела удаляется большое внимание развитию методов контроля процесса трещинообразования горных пород, одним из которых является метод регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ).

Этот метод основан на регистрации ЭМИ, которое возникает вместе с образованием и ростом трещин. По регистрации ЭМИ можно контролировать и прогнозировать рост трещин и последующее разрушение участка массива. Сигналы ЭМИ относительно слабые, кроме того, распространяясь по массиву породы, они дополнительно затухают. При слабых сигналах важной остается задача локализации места возникновения очага разрушения.

Рассматриваемое устройство, имеющее диаграмму направленности в виде длинного узкого лепестка, получаемую благодаря возможности уменьшения угла между торцами экрана 5 до величин, достаточно близких нулю (фиг. 1), позволяет локализовать очаги разрушения при слабых сигналах ЭМИ.

С помощью рассматриваемого устройства на опасном по динамическим проявлениям участке массива вдоль стенки горной выработки проводят профилирование, например, через 5-15 м. При этом в устройстве части 4а и 4б экрана 4 совместно с частями 5а и 5б раздвигают на угол до 30^о таким образом, чтобы измерительная часть обмотки была направлена на предполагаемый источник излучения. При этом контакты 6 перемещаются по измерительной обмотке 3. В результате открытая часть измерительной обмотки также образует угол 30^о.

На участке массива, где сигнал максимален, уменьшают угол между торцами экрана и частями 5а и 5б раструба 5 до минимально возможного, максимально концентрируя энергию в зазоре, при этом лепесток диаграммы направленности сужается, а чувствительность увеличивается. Это позволяет обнаружить места роста трещин - очаги разрушения при очень слабых сигналах ЭМИ.

Преимущество рассмотренного технического решения по сравнению с известными: повышение чувствительности при регистрации слабых сигналов ЭМИ; повышение достоверности получаемой информации и соответственно повышение достоверности прогноза разрушения. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1725653, кл. G 01 V 3/00, 1990.

2. Авторское свидетельство СССР N 1774303, кл. G 01 V 3/00, 1990.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩЕГО ПРИ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИИ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее ферритовый тороидальный сердечник, обмотку, выполненную проводом на тороидальном сердечнике, с измерительной частью, экран, окружающий обмотку, раструб прямоугольного сечения, узкой стороной закрепленный на экране напротив измерительной части обмотки, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и обеспечения возможности ее изменения, экран выполнен из двух частей и установлен с возможностью поворота одной части относительно другой вокруг оси тороидального сердечника на угол 0 - 30^o, раструб выполнен также из двух частей с возможностью расположения их одна в другой, измерительная часть обмотки выполнена проводом меньшего сечения, чем оставшаяся часть обмотки, и имеет протяженность 30^o по окружности тора, а на частях раструба закреплены электрически изолированные от частей раструба токосъемники, установленные с возможностью перемещения по измерительной части обмотки, причем каждая часть раструба закреплена на соответствующей части экрана, а к токосъемникам подключен переменный конденсатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2