Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород



Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород
Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород
Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород
Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород
Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород
Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород
Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород

 


Владельцы патента RU 2480792:

Вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород. Сущность: прозвучивают массив горных пород зондирующими сигналами в виде серий отдельных одиночных прямоугольных импульсов. Оценивают положение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого одиночного прямоугольного импульса. Используя данный параметр, судят о произошедших изменениях трещиноватости вдоль выбранной трассы. Технический результат: повышение достоверности и упрощение контроля, возможность ведения контроля в реальном времени. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в горной промышленности для исследования и обеспечения контроля зарождающихся процессов разупрочнения горного массива, ведущих к динамическим проявлениям.

Известен [1] способ, в котором ведется прозвучивание массива шумовым стационарным сигналом, имеющим нормальное распределение со средним значением, равным нулю, и при приеме измеряют дисперсию этого сигнала и период автокорреляционной функции. Считают, что положение максимума зоны опорного давления соответствует точке массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функции принятого сигнала.

К недостаткам следует отнести низкую чувствительность, т.к. этот способ интегральный и в нем оценивается дисперсия всего сигнала в целом. И, как следствие, он не способен различать мелкие разупрочнения, появляющиеся при различных нагрузках.

Более близким является способ [2] контроля изменения напряженного состояния горного массива, в котором ведут прозвучивание участков массива сигналами, использующими серию из нескольких пачек равномерных импульсов, оценивают дисперсию составляющих спектра сигнала и по их изменению в последующих сериях судят об изменении напряженного состояния горного массива в целом.

К недостаткам следует отнести сложность реализации и низкую достоверность, т.к., во-первых, при смене промежутка между гармониками определение значений амплитуд гармоник не может однозначно показать произошедшие изменения; во-вторых, спектр таких сигналов весьма сложен, и выделить составляющие гармоник является непростой задачей, что не позволяет вести контроль в реальном времени.

Заявленное решение направлено на повышение достоверности и упрощение контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород для возможности ведения контроля в реальном времени.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в прозвучивании массива сигналами, приеме сигналов, прошедших контролируемый участок горных пород, в качестве зондирующего сигнала используют серии отдельных одиночных прямоугольных импульсов, дополнительно оценивают положение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности для каждого принятого импульса в разные моменты времени для каждой трассы, причем период повторения серий определяется скоростью геомеханических процессов в массиве горных пород, и длительность импульсов в сериях назначается одинаковой, а о произошедших изменениях трещиноватости вдоль выбранной трассы судят по неравенству:

где Fα - верхний предел; α - уровень значности;

где ω0i - значение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого сигнала i-й серии выбранной трассы,

- среднее значение i-й серии выбранной трассы,

ω0i+k - значение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого сигнала i+k-й серии выбранной трассы,

- среднее значение i+k-й серии выбранной трассы.

Сущность предложенного изобретения заключается в следующем.

На контролируемом участке горного массива устанавливают датчики, которые работают в режиме прозвучивания (излучающий датчик и приемные). В качестве зондирующего сигнала используют отдельные одиночные прямоугольные импульсы. Приемные датчики, подключенные к приемной аппаратуре, принимают сигнал, прошедший контролируемый участок горного массива. Такой сигнал в своем спектре будет иметь особенности, т.е. характерные изменения параметров спектральной плотности. При каждом приеме импульса определяют положение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого сигнала ω0i.

Через промежуток времени t вновь излучают прямоугольный импульс и снова определяют положение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого сигнала ω0. И также снова в спектре принятого сигнала будут свои особенности. Особенности каждого такого спектра отражают физико-механическое состояние контролируемого участка массива горных пород, в том числе и изменение трещиноватости. Непосредственное сравнение спектров не дает полной уверенности в правильности выбора решения, ввиду недостаточной чувствительности и громоздкости.

Для определения изменения трещиноватости контролируемого участка в массиве горных пород за время t необходимо воспользоваться предлагаемым способом со следующей процедурой.

Во-первых, необходимо, чтобы все излученные импульсы были приняты приемным датчиком, находящимся вдоль трассы контролируемого участка.

Во-вторых, длина трасс, по которым проходит импульс, должна находиться в следующем соответствии Z1<Z2<Z3…Z1, где Zi=V(τi+τ), V - скорость распространения импульса в контролируемой среде, τi - время прохождения импульса от излучателя Is до i-го приемного датчика Di, τ - длительность принятого импульса.

При излучении излучателем Is импульса в момент времени t=0 все приемные датчики принимают сигнал, значит s можно записать матрицу начального состояния Ω°

где - значение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого сигнала; - номер принятого импульса; - номер трассы; t - время.

По истечении времени t1 снова излучают и принимают импульсы по l трассам, и снова получим матрицу состояния Ω1

По истечении времени t2 получаем матрицу состояния Ω2; по истечении времени t3 - Ω3 и т.д. В результате получаем матрицу Ωch изменения состояния контролируемого участка горного массива, т.к. в ней записаны все матрицы состояния Ω0, Ω1, Ω3, … и т.д., т.е. все матрицы состояния в контролируемые моменты времени 0, 1, 2, 3…Т.

А для определения физических изменений, т.е. изменений трещиноватости контролируемого участка горного массива, необходимо сравнить в выбранных матрицах состояния соответствующие строки:

где Fα - верхний α предел F распределения со степенями свободы fi и .

Например, для определения изменения физико-механических свойств, в том числе трещиноватости, от момента времени t3 до момента времени t5, необходимо подставить в неравенство (1) соответствующие строки матрицы изменения состояния Ω3 и Ω5.

При выполнении неравенства (1) никаких существенных физико-механических изменений, в том числе изменение трещиноватости, на контролируемом участке массива горных пород не произошло. Если же указанное неравенство не выполняется хотя бы на одной трассе, то за истекший период произошли изменения трещиноватости на контролируемом участке МГП, которые могут быть зафиксированы неравенством (1) при выбранном уровне значности α.

Период повторения ti излучения импульсов должен выбираться исходя из скорости геомеханических процессов в контролируемом массиве. Чем выше скорость таких процессов, тем меньше период повторения ti, и наоборот. Необходимость этого объясняется тем, что отслеживание изменения трещиноватости на ранней стадии существенно поможет выбрать прогностические характеристики для прогноза разрушения горного массива.

Длительность излучаемых импульсов выбирается одинаковой в сопоставляемых сериях и зависит от детальности контроля.

Положительный эффект заключается в использовании дифференциального подхода к определению изменения трещиноватости в массиве, т.к. контролируемый участок горного массива разбит на трассы и изменение трещиноватости хотя бы в объеме одной трассы указывает на нарушение сплошности в контролируемом объеме МГП. А уменьшение сложности технических средств (нет необходимости выделять спектральные составляющие в сложном спектре) позволяет вести контроль изменения трещиноватости в горном массиве в реальном времени.

ЛИТЕРАТУРА

1. Авт.св. СССР №1452984, 1989, БИ №3.

2. Патент РФ №2191411 от 20.10.02, БИ №29.

1. Способ контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород, заключающийся в прозвучивании массива сигналами, приеме сигналов, прошедших контролируемый участок массива горных пород, отличающийся тем, что в качестве зондирующего сигнала используют серии отдельных одиночных прямоугольных импульсов, дополнительно оценивают положение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого одиночного прямоугольного импульса, а о произошедших изменениях трещиноватости вдоль выбранной трассы судят по неравенству Pi(i+k)<Fα(fi, fi+k), где Fα - верхний предел; α - уровень значности;
fi=di(ni-1); fi+k=di+k(ni+k+1);
di=[1+(1-1/nii/2]-1; di+k=[1+(1-1/ni+ki+k/2]-1;
γi=(ni-2)Bi-3; γi+k=(ni+k-2)Bi+k-3;



где ω0i - значение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого сигнала i-й серии выбранной трассы,
- среднее значение i-й серии выбранной трассы,
ω0i+k - значение первого нуля функции огибающей спектральной плотности мощности принятого сигнала i+k-й серии выбранной трассы,
- среднее значение i+k-й серии выбранной трассы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что период повторения серий определяется скоростью геомеханических процессов в массиве горных пород.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность импульсов в сериях назначается одинаковой и выбираются, исходя из детальности контроля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе добычи жидких углеводородов. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе мониторинга подземных хранилищ углеводородов. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для работы в многоволновой сейсморазведке, в частности при поиске нефти и газа. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при сейсмической разведке месторождений полезных ископаемых. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к сейсмометрии, и может быть использовано при осуществлении геологоразведочных работ. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе сейсмической разведки полезных ископаемых. .

Изобретение относится к области геофизических исследований, в частности к области сейсморазведки, и может быть использовано для определения мест заложения эксплуатационных скважин при разработке месторождений углеводородов.

Изобретение относится к области геофизических исследований, в частности к области сейсморазведки, и может быть использовано для определения мест заложения эксплуатационных скважин при разработке месторождений углеводородов.

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к области импульсных измерений (акустической томографии), и может быть использовано для измерений и мониторинга во времени вертикального распределения скорости звука, а также температуры и уровня поверхности в мелководных акваториях: озерах, заливах, проливах, в области океанического шельфа и во внутренних морях.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске месторождения полезных ископаемых (МПИС)

Изобретение относится к области обработки геофизических данных и может быть использовано для распознавания структуры залежей геологических пластов

Изобретение относится к морской технике и может использоваться для построения автономных гидроакустических систем

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при интерпретации трехмерных данных сейсмической разведки

Изобретение относится к способам обследования морских объектов и может быть использовано для измерения параметров полей (например, электромагнитных, тепловых, акустических, радиационных) крупногабаритных морских объектов

Изобретение относится к области геоакустики и может быть использовано для определения расположения трубопровода, находящегося в грунте и имеющего запорно-регулирующую аппаратуру

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при разведке и разработке залежей углеводородов

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при разведке и разработке залежей углеводородов

Изобретение относится к геофизическим методам разведки

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проверки и подготовки к работе в полевых условиях аппаратуры импульсной электроразведки
Наверх