Способ определения характеристикструи гидромонитора

 

Союз Советских

Социалистическкх республик ()823586 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Зая алено 10.04.79 (21) 275081.%22-03 с присоединением заявки М— (51)М. Кд.

Е 21 С 45/00.

Гааударотваиный комитет

СС СР ао Аелам изобретений и открытий (28) Приоритет—

Опубликовано 23 04.81. Бюллетень М 15, Дата опубликования описания 25.04.81 (5З) УДК622 232.5 (088.8) С. И. Билибин, Ю В. Бялый, А. Е. н М. И. Плюснин (72) Авторы изобретения нн%6В;.Ю.-И ®лов

Е - -. : . )

Ц," - :

Знамейи:.,геологоразведочный стващысцтего и средне о

Ь- р,;...

Московский ордена Трудового Крас институт им. С. Орджоникидзе Мини специального образования (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУИ

ГИДРОМОНИТОРА

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано, например, для авто матизации гидроотбойкн горных пород.

Известен способ определения характеристик струи гидромонитора, заключающийся в изме ренин ее структуры путем фотографирования струи при освещении импульсной лампой (1).

Недостатками этого способа являются высокая стоимость, низкая производительность н невозможность применения в широком диапазоне условий гидродобычи (при скважннной гидродобыче, сложной форме забоя или целика и тл.) связанные с необходимостью выбора боковой точки фотографирования и сложностью аппаратуры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения характеристик струи, гидромонитора, включающий возбуждение в струе электрического поля н определение длины струи путем измерения силы протекающего в струе тока Щ.

Недостатком этого способа является то, что при его нспольэоваттии определяется толь ко одна характеристика струи, а именно ее длина, причем измеряемая сила тока зависит не только от длины струи, но и от ее структуры, т.е, от изменения сечения плотного жнд5 кого ядра струи по ее длине, формы и строения капельного ореола струи и тд., что существенно снижает точность определенной длины струи этим способом. Кроме того, поскольку разрушающая способность струи тесно

1О связана с ее структурой, а структура струи существенно зависит от множества сложно взаимодействующих факторов (формг насадки гидромоннтора, длина ствола: наличие илн отсутствие успокоителя, давление, плотность и вязкость используемой жидкости, поверхтэ, ностное натяжение, угол между осями струи и горизонтом и тд.) и не поддается строгому теоретическому описанию, определение одной длины струи недостаточно для оценки ее разрушающей способности н, соответственИ но, процесса гидроотбойки, - Цель изобретения — повышение эффективное. ги гндродобычн путем увеличения точности и достоверности определений длины струи и обес82358á

20. печения возможности определения структуры струи.

Поставленная цель достигается тем, что в струе гидромонитора последовательно "возбуждают переменное электрическое поле нескольких различных частот, на каждой частоте измеряют силу тока, протекающего через струю, горные породы и гидромонитор и фазу этого тока относительно возбуждающего поля, при этом определяют зле ктропроводности сплошной и капельной частей струи, а о длине струи гидромонитора и ее структуре судят по. величине электропроводностей сплошной и капельной частей, струи на различных частотах.

На чертеже схематически изображена полетка, Физические основы способа следующие.

Любая гидройониторная струя имеет неоднородную структуру, включающую плотное жидкое ядро (сплошная часть струи) и ореол иэ отделившихся от сплошной части капель и струек (капельная часть струи), причем с удалением от гилромонитора сечение сплош. ной части струи уменьшается а капельной части — увеличивается.

Электропроводность сплошной части струи связана только с сечением и длиной и не за-. висит от частоты возбуждающего поля вплоть до частот в десятки — сотни мегагерц. Электропроводность капельной части струи определяется плотностью токов смещения в ней, протекающих, через распределенные электрические емкости между каплями и струйками, а также через активные сопротивления этих ка пель и струек, и зависит от частоты возбуждающего поля. Электропроводность капельной части струи пропорциональна ее сечению. Общая электропроводность струи является геометрической суммой электропроводностей ее сплошной и капельной частей. Таким образом, электропроводность сплошной части струи зависит от ее длины и сечения, а соотноше\ иие между электропроводностями сплошной и капельной частей струи является характеристикой структуры струи гидромонитора.

Определение электропроводностей сплошной и капельной частей струи может быль проведено путем измерения силы тока в струе и его фазы при заданной напряженности возбуждающего поля на двух частотах: на низкои, на которой электропроводность капельной час:ти струи пренебрежимо мала, и на высокой, иа которой электропроводность капелькой части вносит заметный вклад в общую электропроводиосгь струи. Для повышения пяности измерений число используемых частот может быль увеличено.

Минимальная частота выбирается из соображений технической доступности возбуждения тока в струе при помощи известных устройств (например тороидальной генераторной катушки) . Максимальная частота возбуждения ограничивается требованием, чтобы струя реальных размеров на этой частоте не являлась эффективным излучателем (антенной), так как излучение электромагнитной энергии струей может обусловить погрешность способа. Для реальных условий гидродобычи минимальная частота может составлять десятки — сотни герц, а максимальная — сотни килогерц.

Способ осуществляется следующим образом .

При помощи, например, тороидальной катушки, к обмотке которой подключается генератор переменного напряжения и которая расположена таким образом, чтобы ствол или струя гидромонитора проходила через ее внутреннее отверстие, или при помощи генератора переменного напряжения, включенного в специально созданный разрыв электрического контура, состоящего из струи, горных пород и гидромонитора, в струе возбуждается переменное электрическое поле. Поскольку техническая вода, используемая для гидроотбойки, а также горные породы и корпус,гидромонитора обладают электропроводностью, через упомянутый электрический контур протекает переменный электрический ток, сила которого зависит от электропроводности контура. Так как электро- . проводности заземлений струи и гидромонито ра обычно весьма велики, сила тока в этом контуре зависит в основном от электропроводности собственно струи, Измеряя, например, при помощи тороидальной измерительной катушки, расположенной на оси струи аналогично генераторной катушке, и фазочувствительного устройства силу тока в струе на различных частотах возбуждающего поля и его фазу,или активную и реактивную компоненты этого тока определяют комплексные электропроводности струи на этих частотах и затем электропроводности сплошной и капельной частей струи на этих частотах..

Поскольку строгое математическое описание зависимости электропроводностей сплошной и капельной частей струи от структуры струи представляется весьма сложной задачей, эти зависимости предпагается устанавливать эталонировкои. Эталонировка при этом может быть проведена следующим образом.

Задают гидромониториые струи с определенным начальным диаметром (диаметром насадки) d®, давлением P из жидкости c asвестной удельной электропроводностью g- .

В качестве характеристики структуры струи аыбиоают, например, отношение диаметров дф

5 82358 сплошной d и капельной О частей струи в ее призабойной части. Изменяя длину 1 и структуру d/D струи, для каждой из задаваемых струй определяют предлагаемым способом электропроводности cBJIoIIIHQH 6с H KSII0JIsHoH Gf частей струи, При этом определяют структуру струи о/D любым известным способом (например фотографированием, установкой в сечении струи группы тензодатчиков и т.п.).

Результаты такой эталонировки могут быть изображены, например, в прямоугольных координатах L и d/О, причем каждой измеренной струе в этих координатах соответствует точка с определенными значениями нормированных электропроводностей сплошной

6с /g dp и капельной Gg/у.dp частей струи. Интерполируя значения Go/2t, do. u

2 о

6 / II . do между полученными точками с необходимым шагом, получают палетку. Аналогичные палетки могут быть построены для других возможных значений: давления P.

В практике гидродобычи определяют предлагаемым способом сигналы 6с и 61, по зна. чению давления P выбирают соответствующую палетку и онределяют координаты Go/g do и 25

6 /g, do точки, соответствующей струе длины и структуры д/О .

Набор таких палеток может быть введен в память ЭВМ, управляющей гидромониторами, что позволяет создавать автоматизированные системы оптимального управления гидроот- . бойкой.

Преимущество способа заключается в увеличении информативности определения характеристик струи и повышении его точности.

Определяемые предлагаемым способом характеристики струи, а именно ее длина и структура, достаточно полно характеризуют процесс гидроотбойки и позволяют создавать. на основе способа автоматизированные системы

6 6 оптимального управления гидродобычей, а при скважинной гидродобыче — обеспечить определение формы и размеров добычных полостей. Возможность дистанционного контроля гидроотбойки при использовании предлагаемого способа обеспечивает улучшение условий труда и. повышение безопасности проведения работ при гидродобыче полезных ископаемых.

Формула изобретения

Способ определения характеристик струи гидромонитора, включающий возбуждение в струе электрического поля и определение длины струи путем измерения силы протекающего вструетока,отличаю щийс я тем, что, с целью повышения эффективности гидродобычи путем увеличения точности и достоверности определений длины струи и обеспечения возможности определения структуры струи, в струе гидромонитора последовательно возбуждают переменное электрическое поле нескольких различных частот, на каждой частоте измеряют -силу тока, протекающего через струю, горные породы и гидромонитор,. и фазу этого тока относительно возбуждающего поля, при этом определяют электропроводности сплошной и капельной частей струи, а о длине струи гидромонитора и ее структуре судят по величине электропроводностей сплошной и капельной частей струи на различных частотах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лобанов Д. П. и Смолдырев А. Е. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ. М., "Недра", 1974, с. 54.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

Р 2318291, кл. Е 21 С 45/00, 1975.

82358á

-Ir >Й

Составитель Г. Мареев

Техред И. Асталош

Редактор Н. Лазаренко

Корректор 0. Билак

Подписное

Заказ 2037I41

Ъ

Ъ

1 г

4ЯУ

В т л

Ь

%з 1

Ъ ч

4, Ф Б АР Шиж) еалетеи Pi am Ainsiс

Тираж 627

ВНИИПИ Государстве»ного комитета СССР ° по дслам изобрфтеявй» открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаа»аб., д. 4t5

В Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, у». Проекттиа, 4