Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород



Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород
Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород
Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород
Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород
Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород
Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород

 


Владельцы патента RU 2539521:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (RU)

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород. Заявленное решение направлено на повышение достоверности контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород за счет улучшения отношения сигнал/шум информационно-измерительной системы. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля изменения напряженного состояния массива горных пород дополнительно вводятся блок управления, блок коммутации и блок временной селекции, при этом вход блока управления соединен с синхронизирующим выходом генератора, а выходы с блоком управления и с управляющими входами блоков временной селекции, причем каждый вход последующего блока временной селекции соединен с выходом предыдущего и соответствующим входом блока коммутации, а вход первого блока временной селекции соединен с приемными преобразователями, в то время как выход блока коммутации соединен с выходом анализатора спектра. 3 ил.

 

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород.

Известно устройство [1], в котором весь контролируемый массив разделяют на характерные микрозоны, в каждой микрозоне вводится дифференциальный подсчет суммарной энергии акустических сигналов в количестве импульсов по каждому энергетическому уровню отдельно, и это значение является характерным числом для каждого уровня каждой микрозоны, по превышению которого выдается сигнал на блок индикации.

К недостаткам следует отнести низкую достоверность, т.к. количество импульсов является интегральной характеристикой, к тому же появление импульсов уже указывает на изменение физико-механического состояния массива горных пород, которое в этом случае почему-то не является признаком.

Известно устройство [2], в котором имеются основные блоки определения энергий, определения координат источников, анализатор спектра принятых сигналов, индикатор-регистратор. Вычисленные значения координат источника излучения и его энергии поступают на блок индикатор-регистратор. Сопоставляя для каждого события координаты источника и энергию с геолого-тектоническими и технологическими условиями отдельных участков массива горных пород, можно судить о степени устойчивости участка и всего контролируемого массива в целом.

К недостаткам следует отнести низкую чувствительность, т.к. в устройстве не предусмотрено выделения сигнала из шума, в реальных же условиях сигналы сильно зашумлены различными электрическими и механическими помехами от механизмов, работающих в массиве горных пород.

Наиболее близким является устройство [3], в котором основные блоки, анализатор спектра, память, блок сравнения и индикатор соединены последовательно, а генератор импульсов соединен с одной стороны с излучателем, а с другой стороны с ключами через линии задержки.

К недостаткам следует отнести слабую чувствительность контроля и низкую достоверность, т.к. на выходе ключей кроме полезного сигнала присутствуют помехи в виде отдельных выбросов из-за неидентичности и несимметричности схем переключения, которые дают широкий спектр помех и являются мешающими при измерении спектров акустических импульсов.

Заявленное решение направлено на повышение достоверности контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород за счет улучшения отношения сигнал/шум.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для контроля изменения напряженного состояния массива горных пород дополнительно вводятся блок управления, блок коммутации и блок временной селекции, при этом вход блока управления соединен с синхронизирующим выходом генератора, а выходы с блоком управления и с управляющими входами блоков временной селекции, причем каждый вход последующего блока временной селекции соединен с выходом предыдущего и соответствующим входом блока коммутации, а вход первого блока временной селекции соединен с приемными преобразователями, в то время как выход блока коммутации соединен с выходом анализатора спектра, информационные входы каждого блока временной селекции соединены с входами усилителя и схемы выделения выбросов, выход усилителя соединен с информационным входом схемы временной селекции, выход которой соединен с выходом блока временной селекции, управляющий вход схемы временной селекции соединен с выходом формирователя импульсов, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока временной селекции, выход блока выделения импульсов соединен с первым входом формирователя импульсов.

На фиг.1, 2 представлена блок-схема устройства.

Устройство включает в себя приемные преобразователи 1, генератор импульсов 2, блок 3 управления, блок 4 коммутации, и блоки 5 временной селекции, включающие в себя усилитель 6, блок 7 выделения выбросов, формирователь 8 импульсов и схема 9 селекции, а также излучатель 10, анализатор спектра 12, блок 13 сравнения, индикатор 14, блок памяти 12.

Приемные преобразователи 1 соединены параллельно и подключены к информационному входу 1 первого блока временной селекции 5, информационный выход которого соединен с входом последующего блока 5 временной селекции. Каждый управляющий вход 2 блоков 5 временной селекции соединен с соответствующим выходом блока 3 управления. В блоке 5 временной селекции информационный вход 1 соединен с входами усилителя 6 и блока 7 выделения выбросов, выход усилителя 6 соединен с информационным входом схемы 9 селекции, выход которой соединен с выходом 3 блока 5 временной селекции, а управляющий вход схемы 9 селекции соединен с выходом формирователя 8 импульсов, второй вход которого соединен с управляющим входом 2 блока 5 временной селекции. Выход 3 первого блока 5 временной селекции соединен с входом 1 последующего блока 5 временной селекции и соответствующим входом блока 4 коммутаторов, выход которого соединен с индикатором 14 через анализатор 11 спектра и блок 12 памяти с блоком 13 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 2 импульсов подает на излучатель 10 электрические импульсы, которые преобразуются в механические и распространяются в контролируемом массиве 15 горных пород. Излученные импульсы, прошедшие контролируемый массив 15 горных пород, содержащие информацию о физико-механическом состоянии, принимаются приемными преобразователями 1 и поступают в электрическом виде на вход блока 5 временной селекции. Приемные преобразователи 1 устанавливаются так, чтобы принятые сигналы были разнесены во времени. Каждый принятый сигнал от приемных преобразователей 1 поступает на вход первого блока 5 временной селекции со своим отношением сигнал/шум:

,

где S(ω) - полезный сигнал на входе первого блока 5,

А(ω) - аддитивная помеха на входе первого блока 5.

В блоке 5 временной селекции принятый сигнал усиливается усилителем 6 (фиг.2) и выделяется на временной оси с помощью схемы 9 временной селекции, добавляя в него выбросы коммутирующих элементов схемы 9 временной селекции (фиг.3) Un, которая управляется блоком 7 выделения импульсов и блоком 8 формирования управляющего импульса, соединенного также с соответствующим выходом блока 3 управления. Полученный таким образом сигнал (фиг.3а) на выходе первого блока 5 имеет свое значение сигнал/шум:

где k - коэффициент усиления усилителя 6,

n - коэффициент режекции (затухания) схемы временной селекции 9.

После второго блока 5 временной селекции имеем сигнал, приведенный на фиг.3б. Каждый последующий блок 5 временной селекции с помощью схем 7 и 8 регулирует длительность импульсов управления схем 9 селекции таким образом, что временное окно каждой последующей схемы селекции меньше предыдущего по длительности на величину длительностей переднего и заднего выброса предыдущей схемы 9 селекции.

При использовании p таких блоков 5 временной селекции отношение сигнал/шум (фиг.3в) можно определить из выражения:

где p - количество блоков 5, включенных последовательно.

Причем Np>N1>N0.

Таким образом, с помощью предложенного устройства можно улучшать отношение сигнал/шум в информационно-измерительных системах для получения более достоверных значений параметров контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород, что выгодно отличает предложенное устройство от ему подобных.

Литература

1. Авт. св. СССР №1382956, БИ №11, 1988.

2. Авт. св. СССР №1461926, БИ №8, 1989.

3. Авт. св. СССР №1645511, БИ №16, 1991.

Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных работ, включающее генератор, приемные преобразователи, анализатор спектра, блок памяти, блок сравнения и индикатор, причем выход анализатора спектра и выход блока памяти соединены соответственно с первым и вторым входами блока сравнения, выход которого подключен к индикатору, а генератор соединен с излучателем, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок управления, блок коммутации и блок временной селекции, при этом вход блока управления соединен с синхронизирующим выходом генератора, а выходы с блоком управления и с управляющими входами блоков временной селекции, причем каждый вход последующего блока временной селекции соединен с выходом предыдущего и соответствующим входом блока коммутации, а вход первого блока временной селекции соединен с приемными преобразователями, в то время как выход блока коммутации соединен с выходом анализатора спектра, информационные входы каждого блока временной селекции соединены с входами усилителя и схемы выделения выбросов, выход усилителя соединен с информационным входом схемы временной селекции, выход которой соединен с выходом блока временной селекции, управляющий вход схемы временной селекции соединен с выходом формирователя импульсов, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока временной селекции, выход блока выделения импульсов соединен с первым входом формирователя импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бурению скважин и может найти применение при регулировании условий бурения. Техническим результатом является оптимизация процесса бурения скважины.

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.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для оценки напряженно-деформированного состояния участка массива горных пород путем регистрации импульсного излучения электромагнитных колебаний.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения сопротивляемости угля и горных пород резанию рабочим инструментом исполнительных органов горных машин.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к способам определения природных напряжений в массиве горных пород, которые используются в качестве граничных условий при расчете напряжений в горных конструкциях и элементах систем разработки для оценки их устойчивости. Технический результат заключается в повышении точности прогнозирования напряжений на нижние горизонты в будущем времени и при использовании результатов измерений в прошедшем времени на верхних горизонтах. Способ включает измерение напряжений в массиве горных пород за пределами зоны влияния очистных (горных) работ на различной глубине при использовании подземных выработок, построение графиков (зависимостей) изменения полученных главных напряжений с глубиной. Для повышения точности прогнозирования напряжений, в том числе и на глубине горизонта, каждое из главных напряжений разделяют на постоянную и переменную (пульсирующие) во времени составляющие. Получают зависимость изменения постоянных составляющих с глубиной, находят закономерность изменения переменных (пульсирующих) напряжений во времени, затем суммируют эти составляющие на требуемой глубине и в нужное время. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к лабораторным исследованиям механизма фильтрации жидкостей в трещиноватых горных породах, и может быть использовано при извлечении метана из угольных пластов с предварительным их гидроразрывом, а также в нефтедобывающей и газодобывающей отраслях и научных организациях. В модели трещиноватого горного массива, включающей щель между недеформируемыми блоками с закрепляющим материалом, согласно изобретению щелеобразующие поверхности блоков имеют ячеистую форму. Размеры ячеек соответствуют геометрии закрепляющих частиц и величине их вдавливания в деформируемый массив горных пород. Техническим результатом изобретения является повышение точности моделирования процесса закрепления трещин гидроразрыва и взаимодействия закрепляющего материала со стенками трещин в деформируемых породах за счет учета вдавливания частиц закрепляющего материала в стенки трещины исследуемого массива. 2 ил.
Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Техническим результатом является повышение точности определения протяженности зоны опорного давления от очистного забоя. Предложен способ определения протяженности зоны опорного давления от очистного забоя, включающий проведение подготовительных выработок, отработку угольного пласта очистным забоем, бурение дегазационной скважины, герметизацию ее устья от рудничной атмосферы, измерение интенсивности газовыделения из скважины при ее переходе из зоны природной проницаемости пласта в зону опорного давления от очистного забоя. При этом скважину в неразгруженном массиве пласта бурят до границы опорного давления от противоположной выработки, а устье скважины герметизируют на глубину зоны опорного давления от выработки, из которой она пробурена. Причем протяженность зоны опорного давления от очистного забоя устанавливают по расстоянию между зонами начала пригрузки пласта и начала его разгрузки от горного давления.
Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Предложен способ прогноза местонахождения нижней границы взрывоопасной газовой зоны в очистном забое, включающий проходку параллельных выработок на выемочном участке, проведение скважины в кровлю пласта и измерение концентрации метана по ее длине подвижным газоизмерительным зондом. При этом скважину в кровлю пласта проводят из сопряжения лавы с прилегающей воздухоотводящей выработкой в направлении выработанного пространства действующего выемочного участка до посадки непосредственной кровли на длину, равную шагу ее посадки, под углом разгрузки пород кровли от подвижной границы очистного забоя. Производят измерение концентрации метана по длине скважины при прямом и обратном движении газоизмерительного зонда в наперед заданных интервалах длины скважины, а нижнюю границу взрывоопасной газовой зоны устанавливают от кровли пласта по нижнему концентрационному пределу взрываемости газовоздушной смеси. Внедрение способа позволит установить, в каждом конкретном случае отработки угольного пласта, местонахождение нижней границы взрывоопасной газовой зоны в очистном забое в наиболее опасной его части, разработать рекомендации по устранению скоплений взрывоопасных газов и повысить безопасность ведения очистных работ по газовому фактору.

Изобретение относится к горному делу, а именно к повышению безопасности ведения горных работ. Технический результат достигается тем, что измерение относительного изменения радиационной температуры поверхности забоя пласта осуществляют дистанционно с расстояния 1,0-1,5 м через 3-5 м по длине лавы, при этом в каждой точке измерения к учету принимают среднее значение, полученное не менее чем в 30 циклах измерений, а границей защищенной зоны принимают расстояние от линии примыкания пласта к выработанному пространству до точки фиксации стабилизации значения радиационной температуры. В способе определения границ защищенных зон в лавах угольных пластов осуществляется дистанционное измерение относительного изменения радиационной температуры (интенсивности инфракрасного излучения) поверхности забоя пласта. Первый замер производится в точке на расстоянии 3-5 м от ниши или от штрека, последующие точки измерения располагаются на равном расстоянии через 3-5 м по длине лавы. В каждой точке измерения выполняется не менее 5 точечных замеров. После выполнения каждого цикла измерений для каждой точки в цикле рассчитываются средние значения. По средним значениям не менее чем 30 циклов измерений строится график относительного изменения радиационной температуры поверхности забоя пласта по длине лавы и фиксируется точка ее стабилизации, которая и является границей защищенной зоны. 1 ил.

Группа изобретений относится к горной промышленности и строительству, а именно к прогнозу динамических проявлений в массиве горных пород при изменении его напряженно-деформированного состояния. Технический результат - повышение точности измерений путем единого порядка выбора точек измерений, фиксации количества отсчетов и правильной ориентации выбранного устройства. Предлагаются два варианта способа - для призабойной зоны и участка, удаленного от призабойной зоны. В обоих вариантах производят измерения амплитуд импульсов сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ). До регистрации сигналов ЭМИ формируют замерную станцию для проведения измерений величин амплитуд импульсов сигналов ЭМИ, для чего используют закрепленный в породе ее кровли отвес с фиксатором на высоте 1,5 м от почвы выработки, размещая их по вертикальной оси этой плоскости, после чего размещают указанное устройство перед упомянутым фиксатором. Измеряют величины амплитуд импульсов сигналов ЭМИ, выбирают наибольшие величины - Nmax (1 вариант) и N ' max (2 вариант), которые сравнивают с критической величиной Nкр амплитуды импульсов ЭМИ по горизонту шахты. Если Nmax>Nкр или N ' max > N к р , то состояние рассматриваемого участка оценивают как опасное. Проводят оборку нависших заколов и кусков породы инструментом. Повторяют операции, пока не будет получено Nmax≤Nкр или N ' max ≤ N к р . 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к области инженерных изысканий, и может быть использовано для определения напряженно-деформированного состояния пород, а именно определения стадии развития деформационных процессов в массиве материала (в горном массиве, грунтов под инженерным сооружением и т.п.). Сущность: отбирают образцы материала с хрупким скелетом. Осуществляют нагружение образцов с регистрацией физико-механических характеристик материала и строят кривую напряжение-деформация, по которой находят параметры, характеризующие предвестник разрушения материала. При сжатии образцов определяют коэффициенты α p − , α-, αJ, характеризующие изменение потенциальной энергии упругого деформирования при рассеянном разрушении материала, а предвестник разрушения материала находят по формуле ω = α _ I 1 + α J J + α p − Δ p − γ − , где γ- - положительный параметр, задающий квадратичную зависимость поверхностной энергии накопленного ансамбля микротрещин в хрупком материале, I1 - относительное изменение объема материала, J - интенсивность касательных деформаций, Δp - изменение внутрипорового давления. Технический результат: возможность характеризовать стадию состояния материала перед разрушением, что и является предвестником разрушения материала, путем сокращения времени измерения за счет уменьшения количества испытываемых образцов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для определения локальной величины зерна минерала для минерала ценного материала в породе месторождения или залежи, причем порода включает в себя по меньшей мере один другой минерал, и при этом минерал ценного материала имеет более высокую плотность, чем по меньшей мере один другой минерал. Способ характеризуется следующими этапами: выполнение процесса бурения посредством буровой установки в породе, при этом создается буровая мелочь, образование аэрозоля, включающего в себя буровую мелочь и газовый поток, перенос аэрозоля от буровой установки к по меньшей мере одному воздушному сепаратору, выполнение классификации в потоке, причем образуются по меньшей мере две фракции, включающие в себя частицы соответствующей равнопадаемости буровой мелочи, и определение свойства по меньшей мере одной из фракций, которая применяется как мера для локальной величины зерна минерала для минерала ценного материала в породе. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для повышения добычи на 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, причем минерал ценного материала имеет более высокую плотность, чем по меньшей мере один другой минерал. Причем способ характеризуется следующими этапами: выполнение процесса бурения посредством буровой установки для выемки породы. При этом создается буровая мелочь, образование аэрозоля, включающего в себя буровую мелочь и газовый поток, перенос аэрозоля от буровой установки к по меньшей мере одному воздушному сепаратору, выполнение классификации в потоке, причем образуются по меньшей мере две фракции, включающие в себя частицы соответствующей равнопадаемости буровой мелочи, и определение свойства по меньшей мере одной из фракций, которая применяется как мера для установления оптимальной степени размельчения породы. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится с горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Предложен способ определения газоносности массива угля в зоне его разрушения, включающий сменный режим работы очистного забоя по добыче угля, отработку пласта продольными полосами, измерение интенсивности газовыделения из отрабатываемого пласта в добычную смену и установление показателя нарастания интенсивности газовыделения в призабойное пространство лавы при разрушении угля. При этом интенсивность газовыделения из пласта измеряют во время выемки первой и второй полос угля после ремонтной смены, при этом газоносность массива угля в зоне его разрушения определяют по приведенному математическому выражению. Предложенный способ позволяет определить достоверную величину газоносности массива угля в зоне его разрушения за счет прямых измерений интенсивности газовыделения из пласта в призабойное пространство.
Наверх