Способ прогноза разрушения участка массива горных пород



Способ прогноза разрушения участка массива горных пород
Способ прогноза разрушения участка массива горных пород

 


Владельцы патента RU 2522365:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение Новосибирский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к горному делу, используется для прогноза и контроля разрушения массивов горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния. Технический результат - получение дополнительной информации о состоянии участка массива и детализация процесса его разрушения во времени. Способ включает регистрацию во времени сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ), измерение их спектральных амплитуд и построение по результатам измерений спектрально-временной матрицы этих амплитуд по мере роста частоты и времени, определение частотных поддиапазонов по мере роста частоты и выделение в каждом из них близких по значениям спектральных амплитуд. На матрице выделяют незамкнутыми линиями три группы увеличивающихся во времени близких по значениям спектральных амплитуд. Наблюдают на матрице в каждой группе расширение во времени поддиапазонов частот и площадей каждой группы, по которым судят о нарастании процесса разрушения участка массива горных пород. Одновременно с выделением групп на матрице последовательно регистрируют в каждый момент i времени разности между максимальной и минимальной величинами из близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, соотношения этих разностей, разность этих соотношений и количество спектральных амплитуд в каждой группе в каждый момент времени. По уменьшению указанных соотношений и их разностей, последующей их стабилизации во времени и по увеличению количества этих амплитуд в третьей группе судят о начале интенсивного возникновения трещин. 2 ил.

 

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для прогноза и контроля разрушения массивов горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния (НДС) при диагностике различного рода динамических проявлений в массивах, опасных для жизни горнорабочих.

Известен способ прогноза разрушения массива горных пород по авт.свид. СССР №1562449, кл. E21C 39/00, опубл. в БИ №17 за 1990 г., который включает регистрацию во времени эмиссионных импульсов в массиве, определение частоты их максимума спектральной плотности, одновременное измерение амплитуды максимальной спектральной составляющей, определение скорости изменения амплитуды по времени и по частоте и по одновременному уменьшению обеих скоростей определение начала разрушения массива, при этом в качестве эмиссионных импульсов регистрируют импульсы электромагнитного излучения (ЭМИ).

Недостатком этого способа является то, что количество регистрируемых импульсов ЭМИ и их длительностей, прежде всего, не являются определяющей характеристикой при прогнозировании динамических проявлений горного давления, т.к. в протяженных подземных горных выработках, особенно капитальных, находится большое количество силового оборудования, в т.ч. электроподстанции, излучающие электрические сигналы различной длительности, которые могут быть приняты и ложно интерпретированы в качестве сигналов, информирующих об изменении НДС массива. Поэтому известный способ не отличается достоверностью измерений.

Кроме того, количество регистрируемых импульсов ЭМИ и периодичность их появления могут быть связаны с профилактическими мероприятиями, например с разгрузкой напряженного участка массива, что, в свою очередь, не влечет за собой катастрофических последствий, а наоборот, является мероприятием для снятия повышенных напряжений в массиве и предотвращения различного рода динамических проявлений в нем, что также не способствует достоверности измерений.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ прогноза разрушения массива горных пород по патенту РФ №2244126, кл. E21C 39/00, опубл. в БИ №1 за 2005 г., включающий регистрацию во времени сигналов ЭМИ, измерение их амплитуд и длительностей от начала нагружения, построение по результатам измерений спектрально-временной матрицы спектральных амплитуд сигналов ЭМИ по мере роста частоты и времени, выделение на указанной матрице частотных поддиапазонов по мере роста частот, в каждом из которых отмечают равные спектральные амплитуды сигналов ЭМИ, обводят замкнутой линией занимаемую ими площадь, определяют ее размеры и соотношение размеров площади Sn n-го частотного поддиапазона (n=2, 3, 4, …) к площади S1 первого частотного поддиапазона и по увеличению соотношений этих площадей судят о начале интенсивного возникновения трещин, причем критическим соотношением, при котором происходит переход от процесса интенсивного возникновения и нарастания трещин к началу разделения сплошности массива горных пород считают соотношение Sn=(2÷4)S1, по которому прогнозируют дробление площадей на указанной матрице в более высоких частотных поддиапазонах, характеризующее разрушение массива горных пород.

Недостаток этого способа следующий. В площади равных спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, обведенные замкнутыми линиями на спектрально-временной матрице, включены не только равные спектральные амплитуды сигналов ЭМИ, полученные на стадиях предразрушения и нарушения сплошности горных пород, но и полученные на стадии их постразрушения, когда равные спектральные амплитуды сигналов ЭМИ уменьшаются во времени, т.к. процесс нарушения сплошности уже произошел. Поэтому прогноз по соотношениям площадей Sn=(2÷4)S1, как в прототипе, снижает его достоверность.

Еще одним недостатком является то, что и построение площадей равных спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, и определение критических соотношений этих площадей производят по мере роста частот, и практически с самого начала нагружения контролируемого участка массива происходит как увеличение площадей, так и их дробление (см. чертеж прототипа). Из этого следует, что по соотношению площадей не всегда возможно определить момент приближения разрушения участка массива, что также снижает достоверность прогноза.

Техническая задача - повышение достоверности прогноза разрушения участка массива горных пород за счет получения дополнительной информации о состоянии участка массива горных пород и детализации процесса его разрушения во времени.

Поставленная задача решается тем, что в способе прогноза разрушения участка массива горных пород, включающем регистрацию во времени сигналов ЭМИ, измерение их амплитуд и построение по результатам измерений спектрально-временной матрицы спектральных амплитуд сигналов ЭМИ по мере роста частоты и времени, определение частотных поддиапазонов по мере роста частот и выделение в каждом из них близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, согласно техническому решению при построении указанной матрицы с ростом нагрузки во времени выделяют на ней незамкнутыми линиями три группы увеличивающихся во времени близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, наблюдая на матрице в каждой j-ой группе расширение во времени поддиапазонов Δfj частот и соответственно расширение во времени площадей Sj каждой группы, ограниченных на матрице указанными незамкнутыми линиями, по которым судят о нарастании процесса разрушения участка массива горных пород. При построении матрицы одновременно с выделением на ней указанных групп, с первой до третьей, последовательно регистрируют разности Δ A i j для каждой j-ой группы, выделенной на матрице в данный момент i времени:

Δ A i j = A i max j A i min j ,

где A i max j - максимальная величина из близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой j-ой группе, выделенной на матрице в данный момент i времени,

A i min j - минимальная величина из близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой j-ой группе, выделенной на матрице в данный момент i времени,

i - текущий момент времени,

j=1-ая, 2-ая, 3-ья - порядковый номер группы, при этом первой считают группу спектральных амплитуд сигналов ЭМИ с 700 до 799 Гц/с. При выделении на матрице более одной группы регистрируют с этого момента i времени и в каждый последующий момент i времени также соотношения:

Δ A i j 1 / Δ A i j ,

где Δ A i j 1 - разность между максимальной и минимальной величинами близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой группе (j-1), предыдущей для группы j, в каждый указанный момент i времени,

- разность между максимальной и минимальной величинами близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой группе j, следующей за группой (j-1), в каждый указанный момент i времени,

а после выделения на матрице трех групп регистрируют одновременно также разности между предыдущим соотношением 1 и последующим соотношением 2:

( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 1 ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 2 ,

и количество m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой j-ой группе в каждый момент i времени и по уменьшению указанных соотношений Δ A i j 1 / Δ A i j , указанных разностей соотношений ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 1 ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 2 , последующей их стабилизации во времени и по увеличению количества m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в последней, третьей, группе в каждый момент i времени и стабилизации этого количества m во времени судят о начале интенсивного возникновения трещин. Критическим соотношением Δ A i j 1 / Δ A i j , критической разностью соотношений ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 1 ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 2 и критическим количеством m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в последней, третьей, группе, при которых происходит переход от процесса интенсивного возникновения и нарастания трещин к началу нарушения сплошности участка массива горных пород, считают:

- устойчивые соотношения 1: Δ A i 1 / Δ A i 2 0,6 - для 1-ой и 2-ой групп,

и 2: Δ A i 2 / Δ A i 3 1,2 - для 2-ой и 3-ей групп,

- устойчивые разности соотношений 1 и 2:

( Δ A i 1 / Δ A i 2 ) 1 ( Δ A i 2 / Δ A i 3 ) 2 0,5 - для 1-ой, 2-ой, 3-ей групп,

- устойчивые количества m=12, в последней, третьей, группе, по которым прогнозируют нарушение сплошности участка массива горных пород и после достижения которых он уже не существует как единое целое.

Выделение на матрице с ростом нагрузки во времени незамкнутыми линиями трех групп увеличивающихся во времени близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ и наблюдение на ней в каждой j-ой группе расширения во времени поддиапазонов Δfj частот и соответственно расширения во времени площадей Sj каждой группы, ограниченных на матрице указанными незамкнутыми линиями, по которым судят о нарастании процесса разрушения участка массива горных пород, наряду с последовательной регистрацией указанных разностей для каждой j-ой группы, выделенной на матрице в данный момент i времени, позволяют проиллюстрировать начало физического процесса разрушения участка массива горных пород - проследить начало возникновения одиночных некоррелированно расположенных в пространстве массива трещин, последующий переход одиночных трещин в сливающиеся трещины, увеличение их количества и амплитудных значений сигналов ЭМИ в выделенных поддиапазонах частот, образование ветвящихся трещин из сливающихся и одновременное нарастание в этих поддиапазонах частот большего количества мелких трещин, что иллюстрируется на матрице смещением спектральных амплитуд сигналов ЭМИ с бóльшими значениями в высокочастотную часть частотного диапазона.

Одновременная регистрация при этом указанных соотношений Δ A i j 1 / Δ A i j , при появлении на матрице более одной группы увеличивающихся во времени близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, а также указанной разности ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 1 ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 2 , между предыдущим соотношением 1 и последующим соотношением 2 и количества m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в последней, третьей, группе позволяет проследить образование ветвящихся трещин из сливающихся и одновременное нарастание в этих поддиапазонах частот большего количества мелких трещин, что иллюстрируется на матрице смещением спектральных амплитуд сигналов ЭМИ с бóльшими значениями в высокочастотную часть частотного диапазона, а также, наряду с возникновением новых ветвящихся трещин, быстрое увеличение их плотности, причем регистрация в каждый момент i времени как самих соотношений, так и разности этих соотношений иллюстрирует изменение самих амплитудных значений спектральных амплитуд сигналов ЭМИ с ростом нагрузки на исследуемый участок массива, и тем самым приближение его к пределу прочности (и образованию плоскости макротрещин), что, в свою очередь, позволяет детализировать процесс разрушения участка массива горных пород за довольно продолжительный срок от некоррелированного накопления единичных трещин по всему объему исследуемого участка до момента времени, характеризующего предкритическое состояние исследуемого участка массива, что характеризуется изменением как самих соотношений, так и разности этих соотношений, а регистрация также количества m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в последней, третьей, группе до начала интенсивного трещинообразования в наиболее ослабленных его частях позволяет дополнительно судить о начале интенсивного нарастания трещин по всему объему исследуемого участка массива.

Регистрация и наблюдение последующего уменьшения соотношений Δ A i j 1 / Δ A i j , разностей соотношений ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 1 ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 2 , последующей их стабилизации во времени и увеличения количества m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в последней, третьей, группе в каждый момент i времени и стабилизации этого количества m во времени позволяют судить о ветвлении трещин и формировании зоны магистральной трещины (или магистральных трещин) в объеме исследуемого участка массива горных пород.

Последующий переход от этапа формирования зоны магистральной трещины к ее развитию и моменту нарушения сплошности исследуемого участка массива горных пород наступает при выполнении:

- устойчивых соотношений 1: Δ A i 1 / Δ A i 2 0,6 - для 1-ой и 2-ой групп,

и 2: Δ A i 2 / Δ A i 3 1,2 - для 2-ой и 3-ей групп,

устойчивых разностей соотношений 1 и 2:

( Δ A i 1 / Δ A i 2 ) 1 ( Δ A i 2 / Δ A i 3 ) 2 0,5 для 1-ой, 2-ой, 3-ей групп,

- устойчивого количества m=12 в последней, третьей, группе, которые принимают за критические и по которым прогнозируют нарушение сплошности участка массива горных пород и после достижения которых он уже не существует как единое целое.

Таким образом, совокупность указанных признаков позволяет проследить процесс разрушения участка массива горных пород от начала его разрушения - начало возникновения единичных трещин по всему объему исследуемого массива, некоррелированное их накопление, последующее слияние мелких трещин в более крупные, сливающиеся, их нарастание, возникновение ветвящихся трещин и последующее формирование и развитие зон магистральных трещин - то есть конкретизировать его этапы, что позволяет более достоверно прогнозировать приближение разрушения участка массива горных пород на фрагменты и этим решить поставленную задачу.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа и чертежами фиг.1, 2. На фиг.1 схематично представлена спектрально-временная матрица спектральных амплитуд сигналов ЭМИ с выделенными на ней незамкнутыми линиями тремя группами увеличивающихся во времени близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ с расширяющимися во времени поддиапазонами Δf′ частот и расширяющимися во времени площадями Sj. На фиг.2 изображена таблица изменений во времени указанных разностей Δ A i j для каждой j-ой группы, выделенной на матрице в данный момент i времени (обозначенных в таблице как Δ700 - для 1-ой группы, Δ800 - для 2-ой группы и Δ900 -для 3-ей группы), указанных соотношений 1 и 2 Δ A i j 1 / Δ A i j (обозначенных в таблице как Δ7/Δ8 - для 1-ой и 2-ой групп, Δ8/Δ9 - для 2-ой и 3-ей групп), указанных разностей соотношений 1 и 2 ( Δ A i 1 / Δ A i 2 ) 1 ( Δ A i 2 / Δ A i 3 ) 2 - обозначенных в таблице как Δ7/Δ8 - Δ8/Δ9, а также указанного количества m в каждой группе, обозначенной в таблице как 700 (1-ая группа), 800 (2-ая группа) и 900 (3-я группа).

Предлагаемый способ реализуют следующим образом. На исследуемом участке массива горных пород в конкретной выработке в течение некоторого времени, например, в течение одной недели, регистрируют сигналы ЭМИ, измеряют их амплитуды от начала нагружения, являющиеся электромагнитным отображением механического состояния массива.

Затем по результатам измерений с помощью анализатора спектра частот строят (см. фиг.1) с помощью процедуры быстрого преобразования Фурье спектрально-временную матрицу 1 (далее - матрица 1) спектральных амплитуд 2 сигналов ЭМИ по мере роста частоты f от 25 Гц до ≈2,5 кГц, выделяя на ней незамкнутыми линиями три группы 3 увеличивающихся во времени близких по значениям спектральных амплитуд 2 сигналов ЭМИ (далее - равные спектральные амплитуды 2). При этом наблюдают на матрице 1 в каждой j-ой группе расширение во времени поддиапазонов Δfj частот и соответственно расширение во времени площадей Sj каждой группы 3, ограниченных на матрице 1 указанными незамкнутыми линиями, по которым судят о нарастании процесса разрушения участка массива горных пород. При построении матрицы 1 одновременно с выделением на ней указанных групп 3, с первой до третьей, последовательно с помощью анализатора спектра частот и системы «Mathad» (автоматизированного компьютерного проектирования программного обеспечения) регистрируют разности между максимальной и минимальной величинами равных спектральных амплитуд 2 для каждой j-ой группы, выделенной на матрице 1 в данный момент i времени, при этом первой считают группу 3 равных спектральных амплитуд 2 от 700 до 799 Гц/с. Например, в момент времени i=l для первой группы 3 регистрируют минимальную величину A 1 1 min = 717 Гц/с и максимальную величину A 1 1 max = 775 Гц/с равных спектральных амплитуд 2 и их разность Δ A 1 1 = 58 Гц/с.

В моменты времени i=2 и i=3 также продолжают регистрировать указанные разности: Δ A 2 1 = 47 Гц/с, Δ A 3 1 = 67 Гц/с и т.д.

При появлении на матрице 1 второй группы 3 равных спектральных амплитуд 2 (с величинами от 800 до 899 Гц/ сек), наряду с продолжением регистрации указанных разностей максимальной и минимальной величин равных спектральных амплитуд 2 для первой группы 3, аналогично регистрируют в каждый последующий момент i времени указанные разности для второй группы 3 и соотношения 1 указанных разностей для первой и второй групп 3. Например, в моменты времени i=7, 8, 9 эти разности будут составлять соответственно: для первой группы 3 Δ A 7 1 = 86 Гц/с, Δ A 8 1 = 28 Гц/с и Δ A 9 1 = 62 Гц/с, для второй группы 3 в эти же моменты времени i=7, 8, 9: Δ A 7 2 = 13 Гц/с; Δ A 8 2 = 14 Гц/с, Δ A 9 2 = 19 Гц/с соответственно, а соотношения 1 указанных разностей для первой и второй групп 3 в моменты времени i=7, 8, 9 составят Δ A 7 1 / Δ A 7 2 = 0,6 ; Δ A 8 1 / Δ A 8 2 = 2,0 ; Δ A 9 1 / Δ A 9 2 = 3,26.

С появлением на матрице 1 третьей группы 3 равных спектральных амплитуд 2 (с величинами от 900 до 999 Гц/сек) аналогично одновременно регистрируют в каждый момент времени i разности между максимальными и минимальными величинами равных спектральных амплитуд 2 для каждой группы 3, соотношения 1 и 2 указанных разностей первой и второй групп 3 и указанных разностей второй и третьей групп 3 соответственно и указанные разности между предыдущим 1 и последующим 2 указанными соотношениями 1 и 2. Например, в момент времени i=23 на матрице 1 регистрируют указанные разности для трех групп: для первой группы 3-91 Гц/с, для второй группы 3-27 Гц/с и для третьей группы 3-33 Гц/с. В этот же момент времени i=23 соотношение 1 разностей Δ A 23 1 / Δ A 23 2 для первой и второй групп составит 3,37 и соотношение 2 разностей Δ A 23 2 / Δ A 23 3 для второй и третьей групп - 0,81, разность между предыдущим 1 и последующим 2 соотношениями ( Δ A 23 1 / Δ A 23 2 ) 1 ( Δ A 23 2 / Δ A 23 3 ) 2 составит 4,16, а количество m равных спектральных амплитуд 2 в каждой j группе составит соответственно: для первой группы - 6; для второй группы - 4 и для третьей группы - 6.

В последующие моменты времени, например, при i=28 на матрице 1 продолжают регистрировать указанные разности для трех групп: для первой группы 3-89 Гц/сек, для второй группы 3-90 Гц/сек и для третьей группы 3-55 Гц/сек. В этот же момент времени i=28 соотношение 1 разностей Δ A 28 1 / Δ A 28 2 для первой и второй групп 3 составит 0,98 и соотношение 2 разностей Δ A 28 2 / Δ A 28 3 для второй и третьей групп - 1,63. Разность между предыдущим 1 соотношением и последующим 2 соотношением ( Δ A 28 1 / Δ A 28 2 ) 1 ( Δ A 28 2 / Δ A 28 3 ) 2 составит 0,6, а количество m равных спектральных амплитуд 2 в каждой j-ой группе 3 составит соответственно: для первой группы - 5; для второй группы - 4 и для третьей группы - 9.

Такое изменение параметров позволяет проследить образование ветвящихся трещин из сливающихся и одновременное нарастание в этих поддиапазонах частот большего количества мелких трещин, что иллюстрируется на матрице 1 увеличением количества m равных спектральных амплитуд 2 с бóльшими значениями (уменьшение количества трещин, отображенных на матрице 1 в виде равных спектральных амплитуд 2 величиной 700 Гц/с и увеличение количества трещин в виде равных спектральных амплитуд 2 величиной 900 Гц/с).

При увеличении нагружения на исследуемый участок массива продолжают регистрировать на матрице 1 указанные параметры в последующие моменты i времени. Например, при i=35 регистрируют указанные разности для трех групп: для первой группы 3-58 Гц/с, для второй группы 3-92 Гц/с и для третьей группы 3-74 Гц/с. В этот же момент времени i=35 соотношение 1 разностей Δ A 35 1 / Δ A 35 2 для первой и второй групп 3 составит 0,63 и соотношение 2 разностей Δ A 35 2 / Δ A 35 3 для второй и третьей групп - 1,24. Разность между предыдущим 1 соотношением и последующим 2 соотношением ( Δ A 35 1 / Δ A 35 2 ) 1 ( Δ A 35 2 / Δ A 35 3 ) 2 составит 0,51, а количество m равных спектральных амплитуд 2 в каждой j-ой группе 3 составит соответственно: для первой группы 3-3; для второй группы 3-3 и для третьей группы 3-12.

Последующий переход от этапа формирования зоны магистральной трещины к ее развитию и моменту нарушения сплошности исследуемого участка массива горных пород наступает при существенном увеличении как самих величин равных спектральных амплитуд 2, так и их количества m с большими значениями в исследуемом объеме, т.к. широко известно, что при увеличении количества трещин в исследуемом объеме наступает критическое его состояние, при котором происходит нарушение сплошности исследуемого участка массива.

Критическое состояние исследуемого участка массива горных пород достигается выполнением:

- устойчивых соотношений 1: Δ A i 1 / Δ A i 2 0,6 - для 1-ой и 2-ой групп,

и 2: Δ A i 2 / Δ A i 3 1,2 - для 2-ой и 3-ей групп,

- устойчивых разностей соотношений 1 и 2:

( Δ A i 1 / Δ A i 2 ) 1 ( Δ A i 2 / Δ A i 3 ) 2 0,5 - для 1-ой, 2-ой, 3-ей групп,

- устойчивого количества m=12 в последней, третьей, группе, по которым прогнозируют нарушение сплошности участка массива горных пород, и после достижения которых он уже не существует как единое целое (фиг.2).

Таким образом, совокупность указанных признаков позволяет проследить процесс разрушения участка массива горных пород - начало возникновения единичных трещин, некоррелированное их накопление по всему объему исследуемого участка массива, последующее слияние мелких трещин в более крупные, нарастание ветвящихся трещин и формирование зоны магистральной трещины (магистральных трещин) - то есть конкретизировать его этапы, при этом проводить анализ до этапа постразрушения, т.е. когда разрушение участка массива уже произошло, что позволяет более достоверно прогнозировать приближение разрушения участка массива горных пород на фрагменты и этим решить поставленную задачу.

Способ прогноза разрушения участка массива горных пород, включающий регистрацию во времени сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ), измерение их спектральных амплитуд и построение по результатам измерений спектрально-временной матрицы спектральных амплитуд сигналов ЭМИ по мере роста частоты и времени, определение частотных поддиапазонов по мере роста частот и выделение в каждом из них близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, отличающийся тем, что при построении указанной матрицы с ростом нагрузки во времени выделяют на ней незамкнутыми линиями три группы увеличивающихся во времени близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ, наблюдая на матрице в каждой j-ой группе расширение во времени поддиапазонов Δfj частот и соответственно расширение во времени площадей Sj каждой группы, ограниченных на матрице указанными незамкнутыми линиями, по которым судят о нарастании процесса разрушения участка массива горных пород, причем при построении матрицы одновременно с выделением на ней указанных групп, с первой до третьей, последовательно регистрируют разности Δ A i j для каждой j-ой группы, выделенной на матрице в данный момент i времени:
Δ A i j = A i max j A i min j ,
где A i max j - максимальная величина из близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой j-ой группе, выделенной на матрице в данный момент i времени,
A i min j - минимальная величина из близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой j-ой группе, выделенной на матрице в данный момент i времени,
i - текущий момент времени,
j=1-я, 2-я, 3-я - порядковый номер группы,
при этом первой считают группу спектральных амплитуд сигналов ЭМИ от 700 до 799 Гц/сек, причем при выделении на матрице более одной группы регистрируют с этого момента i времени и в каждый последующий момент i времени также соотношения:
Δ A i j 1 / Δ A i j ,
где Δ A i j 1 - разность между максимальной и минимальной величинами близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой группе (j-1), предыдущей для группы j, в каждый указанный момент i времени,
Δ A i j - разность между максимальной и минимальной величинами близких по значениям спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой группе j, следующей за группой (j-1), в каждый указанный момент i времени,
а после выделения на матрице трех групп регистрируют одновременно также разности между предыдущим соотношением 1 и последующим соотношением 2:
( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 1 ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 2 ,
и количество m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в каждой j-ой группе в каждый момент i времени и по уменьшению указанных соотношений Δ A i j 1 / Δ A i j , указанных разностей соотношений ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 1 ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 2 , последующей их стабилизации во времени и по увеличению количества m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в последней, третьей, группе в каждый момент i времени и стабилизации этого количества m во времени судят о начале интенсивного возникновения трещин, причем критическим соотношением Δ A i j 1 / Δ A i j , критической разностью соотношений ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 1 ( Δ A i j 1 / Δ A i j ) 2 и критическим количеством m спектральных амплитуд сигналов ЭМИ в последней, третьей, группе, при которых происходит переход от процесса интенсивного возникновения и нарастания трещин к началу нарушения сплошности участка массива горных пород, считают:
- устойчивые соотношения 1: Δ A i 1 / Δ A i 2 0,6 - для 1-й и 2-й групп,
и 2: Δ A i 2 / Δ A i 3 1,2 - для 2-й и 3-й групп,
- устойчивые разности соотношений 1 и 2:
( Δ A i 1 / Δ A i 2 ) 1 ( Δ A i 2 / Δ A i 3 ) 2 0,5 - для 1-й, 2-й, 3-й групп,
- устойчивые количества m=12 в последней, третьей, группе,
по которым прогнозируют нарушение сплошности участка массива горных пород и после достижения которых он уже не существует как единое целое.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к механическим испытаниям горных пород и материалов, имеющих хрупкий характер разрушения, и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях.

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровой технике, и предназначено для исследования режимов бурения горных пород. Техническим результатом является повышение точности измерения режимных параметров бурения за счет возможности независимого приложения к отрезку буровой штанги с буровым инструментом крутящего момента, усилия подачи, импульсов крутящего момента и импульсов осевого усилия.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов в целях борьбы с внезапными выбросами угля и газа путем оперативного и надежного определения влажности угольного пласта при увлажнении.

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения трещиноватости горных пород. Технической результат направлен на определение недостающей системы трещин, находящейся в глубине массива горных пород.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям горных пород, в частности к способам контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений открытым способом.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве. .

Изобретение относится к механике разрушения твердых тел и может быть использовано при определении прочностных свойств композиционных материалов и горных пород в строительной и горной областях промышленности.

Изобретение относится к горному делу, в частности к области контроля состояния горного массива посредством измерения величины деформации горных выработок или их участков.

Изобретение относится к способу и устройству для повышения добычи в месторождении, содержащем породу, которая включает в себя по меньшей мере один раскрываемый путем размельчения породы минерал ценного материала и по меньшей мере один другой минерал. Способ включает следующие этапы: выполнение процесса бурения посредством буровой установки для выемки породы, регистрацию по меньшей мере одного предопределенного параметра бурения для буровой установки, регистрацию по меньшей мере одного измеренного значения, характеризующего текущий режим бурения буровой установки, и выполнение вычислительного исключения зависимости по меньшей мере одного измеренного значения от по меньшей мере одного параметра бурения, причем получают по меньшей мере одну характеристику, зависимую от текстуры породы, и причем эту по меньшей мере одну характеристику применяют как меру величины зерна минерала для по меньшей мере одного минерала ценного материала в породе и для установления оптимальной степени размельчения при размельчении породы. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения газоносности пласта, динамики давления и температуры выделяющегося из угля газа в изолированном объеме при различных значениях остаточной газоносности и сорбционной метаноемкости. Техническим результатом является обеспечение повышения надежности, точности и оперативности определения газокинетических характеристик пласта. Предложен способ определения газокинетических характеристик угольного пласта, включающий бурение скважин с отбором проб выбуриваемого угля в пробоотборные герметизируемые стаканы и негерметичные емкости с доставкой их в лабораторию для определения газоносности, истинной и кажущейся плотности, фракционного и технического состава угля. При этом в процессе бурения транспортирование угля к устью скважины выполняют путем ее продувки сжатым воздухом, причем устье скважины оборудуют сепарирующими угольный поток ситами с отверстиями, уменьшающимися по мере удаления от устья скважины. Выпадающую между ситами сепарированную пробу угля помещают в пробоотборный стакан и герметизируют крышкой, имеющей соединение с газовой магистралью. Причем в указанном пробоотборном стакане размещены электронные датчики давления и температуры для регистрации их показаний во времени, на основании которых судят о скорости и энергии выделяющегося газа, и металлические шарики для измельчения пробы на вибростоле, для анализа пробы угля в лабораторных условиях. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при текущем прогнозе выбросоопасности угольных пластов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности определения выбросоопасных зон в угольных пластах. Предложен способ определения выбросоопасных зон в угольных шахтах, включающий поинтервальное бурение скважины в забое подготовительной выработки, измерение на каждом интервале выхода буровой мелочи и начальной скорости газовыделения и определение возможности существования в угольном пласте твердых растворов природного газа по типу газовых гидратов. После чего в пробуренной скважине измеряют удельное электросопротивление угольного пласта и строят график зависимости удельного электросопротивления угольного пласта от расстояния вдоль оси скважины, с помощью которого определяют ширину зоны угольного пласта, содержащей твердый раствор природного газа по типу газовых гидратов. Далее определяют показатель выбросоопасности Rn с учетом ширины зоны угольного пласта, содержащей твердый раствор природного газа по типу газовых гидратов, и естественной влажности угольного пласта. При этом на исследуемом участке угольного пласта на расстоянии 0,75÷1,25 м от первой скважины бурят вторую скважину. После чего определяют скорость упругих волн в массиве между скважинами, для чего помещают в обе скважины пьезодатчики, которые перемещают с шагом 0,15÷0,25 м одновременно в обеих скважинах. Причем участки угольного пласта, на которых удельное электросопротивление больше в 50÷100 раз удельного электросопротивления соседних участков, содержат твердый раствор природного газа по типу газовых гидратов, если скорость упругих волн в них составляет порядка 2,0÷2,5 км/с. 4 ил.

Изобретение относится к исследованию механических свойств горных пород. Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства без ухудшения его характеристик, с возможностью реализации устройства на базе токарного станка с незначительной переделкой. Устройство содержит двигатель, счетчик электроэнергии, породоразрушающий инструмент и стакан для помещения образца горной породы, нижняя часть которого выполнена в виде поршня. Перемещение поршня в стакане осуществляется толкателем, взаимодействующим с грузом, размещенным в чашке, посредством четырех силовых и четырех передаточных ремней, двух зубчатых реек, нанесенных на толкатель и находящихся в эвольвентном зацеплении с двумя шестеренками, четырех барабанов и четырех полиспастов, при этом барабаны размещены на одном валу с каждой шестеренкой по одному с каждой стороны, а каждый из четырех силовых ремней одним концом закреплен на барабане, а другим на опоре шестеренки. 1 ил.

Изобретение относится к лабораторному моделированию в геофизике с применением электрогидравлического, программно управляемого пресса и может быть использовано для исследований процессов разрушения горных пород с целью отработки методик и алгоритмов прогнозирования сейсмической опасности в природных массивах. Сущность: на начальном этапе ступенчато через заданные равные интервалы времени смещают положение плиты пресса на заданное значение. На каждой ступени регистрируют поток акустической эмиссии, выделяют одиночные акустические события, определяют интенсивность потока акустической эмиссии. При достижении интенсивности акустической эмиссии заданного значения уменьшают на каждой следующей ступени величину смещения положения плиты пресса, поддерживая интенсивность акустической эмиссии на заданном уровне. При достижении величины ступенчатого смещения положения плиты пресса минимально допустимого значения и превышении интенсивности акустической эмиссии заданного значения при каждом следующем ступенчатом смещении увеличивают интервалы времени смещения положения плиты пресса. При последующем снижении интенсивности акустической эмиссии ниже заданного значения уменьшают интервалы времени смещения положения плиты пресса до заданного на начальном этапе значения. Технический результат: увеличение количества акустических событий при разрушении зерен горной породы, фиксируемых в процессе испытания образца. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива. Технический результат направлен на повышение длительности определения изменений напряженного состояния горного массива в окрестностях выработок в ходе непрерывных мониторинговых акустико-эмиссионных измерений перемещения вглубь массива зоны опорного давления. Способ включает размещение в скважине полого цилиндрического звукопровода, прием и анализ параметров распространяющихся в нем ультразвуковых сигналов с помощью установленных на его торцевых поверхностях преобразователей акустической эмиссии. Предварительно на звукопроводе соосно с ним и на некотором расстоянии друг от друга закрепляют не менее двух колец из текстолита, внутренний диаметр которых совпадает с диаметром звукопровода, а внешний - с диаметром скважины. Деформация скважины, вызванная смещением зоны опорного давления, приводит к деформации соответствующих текстолитовых колец и, соответственно, росту акустико-эмиссионной активности в этих дисках. Измеряют разность времен прихода на приемные преобразователи тех сигналов акустической эмиссии, амплитуда которых максимальна из всех приходящих сигналов, причем о глубине зоны опорного давления и изменении ее во времени судят по указанной выше разности времен, известной длине звукопровода и измеренной скорости распространения ультразвука в нем. 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения сопротивляемости угля и горных пород резанию рабочим инструментом исполнительных органов горных машин. Технический результат направлен на обеспечение безотрывного движения резца и поддержание квазипостоянного напряжения перед резцом в вершине магистральной трещины. Устройство содержит головку с резцом, закрепленным на держателе, и приводной винт с гайкой. Головка с резцом выполнены с возможностью их перемещения по закрепленным на раме направляющим, при этом головка выполнена с цилиндрическим углублением. В углублении головки с одного конца расположена спиральная пружина сжатия, снабженная датчиком, регистрирующим усилии сжатия пружины. Второй конец пружины размещен в углублении упорной шайбы с возможностью упора в торец винта. Винт установлен в опоре, закрепленной на направляющих, с возможностью его взаимодействия с соответствующей нарезкой опоры при вращении винта автоматизированным приводом. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для оценки напряженно-деформированного состояния участка массива горных пород путем регистрации импульсного излучения электромагнитных колебаний. Технический результат - повышение точности и достоверности прогноза динамического разрушения горных пород, а также снижение трудоемкости и повышение технологичности измерений. Способ включает измерение в выработке максимальных амплитуды и активности электромагнитного излучения (ЭМИ) на порогах регистрации выше уровня фона ЭМИ. В диапазоне амплитуд от нулевого отсчета до максимального вычисляют параметр A как логарифмическое среднее распределения пиковых амплитуд импульсов. Все значения амплитуд указанного диапазона разбивают на 10 неравных порогов в логарифмической прогрессии с шагом, кратным log2. Строят гистограмму распределения сигналов в двойных логарифмических координатах. На основе этой гистограммы рассчитывают параметр В как оценку скорости нарастания пиковых амплитуд импульсов выше порогового уровня. Строят графики зависимостей значений параметров A(xi) и B(xi) от положения точки наблюдения xi на профиле выработки, а также графики градиентов функций этих параметров. Устанавливают критические величины параметров Aкр и Bкр и их суммарную критическую скорость изменения. Удароопасными считают те участки, в которых одновременно выполняются хотя бы три из четырех неравенств. Устройство содержит последовательно соединенные датчик электромагнитного излучения (ЭМИ), предусилитель и усилитель, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок цифровой обработки с подключенным к нему блоком индикации, согласно изобретению, дополнительно снабжено фильтром низких частот, включенным в последовательную цепь между предусилителем и усилителем, последовательно включенными между усилителем и АЦП вторым фильтром низких частот и фильтром высоких частот, а также источником опорного напряжения, а в блок цифровой обработки включен быстродействующий цифровой сигнальный процессор, подключенный двусторонней связью к АЦП, соединенный также двусторонними связями с энергонезависимой памятью программ, флэш-памятью данных и USB-портом. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для доставки датчиков в скважину. Способ состоит в том, что датчик и порция раствора для его тампонирования доставляются в скважину одновременно в специальной капсуле, причем порция тампонирующего раствора упаковывается в легко разрываемый пакет, который размещают в капсуле впереди датчика по ходу продвижения ее в скважину. После углового ориентирования датчика вблизи забоя скважины и тампонирования его путем вытеснения раствора из пластикового пакета под действием усилия, прикладываемого к датчику, доставочную капсулу извлекают из скважины. Устройство для осуществления заявляемого способа состоит из капсулы, имеющей форму цилиндра диаметром, соизмеримым с диаметром скважины. Продвижение доставочной капсулы в скважину производится с помощью доставочного жесткого стержня, неподвижно закрепленного одним концом к задней части капсулы и наращиваемого с другого конца с помощью разъемного жесткого соединения по мере подачи капсулы вглубь скважины. Технический результат заключается в повышении эффективности доставки датчиков в скважины. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к бурению скважин и может найти применение при регулировании условий бурения. Техническим результатом является оптимизация процесса бурения скважины. Способ включает воздействие на горную породу и ее разрушение вращающимся и находящимся под нагрузкой индентором, определение показателей твердости с использованием величины прикладываемой нагрузки и площади контактной поверхности индентора. При этом измерения осуществляют непосредственно в процессе бурения в дифференциальной форме: механическую скорость бурения или время продолжительности определенного интервала глубины, изменением нагрузки на долото выравнивают значение скоростей или времен, измеряют в момент равенства скоростей или времен значение нагрузки на долото и определяют твердость горной породы по алгоритму. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх