Устройство для определения характера напряженного состояния массива горных пород
ОПИСАНИЕ
ИЗОБР ТЕйИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6i) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 13.05. 81 (21)3290654/22-03 (53) М. Кд.з с присоединением заявки ¹Е 21 С 39/00
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 231182, Бюллетень Но43 (Я3) УДК 622 232. 72 (088.8)
Дата опубликования описания 231182
Ю
Fg tf
З.А.Черняк, Б.В.Иухман, A.À.Öâåéêoé и В.TI..Ì oíoæê
I (72) Авторы изобретения
Ордена Октябрьской Революции и о асного
Знамени институт горного дела им.А.А. Скочинского (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ XAPAKTEPA
НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА
ГОРНЫХ ПОРОД
Изобретение относится к горной технике, а более конкретно — к устройствам для определения на месте разработки свойств полезного ископаемого, и может использоваться для оценки напряженно-деформированного состояния массива с целью прогноза его устойчивости.
Известны устройства для определения напряженного со стояния по плотностии пласта, состоящие и з спе ктрометрического детектора, источника излучения, трехканального амплитудного дискриминатора, вычислительного устройства и цилиндрических коллиматоров у источника и у детектора. В этих устройствах состояние массива определяется вычислительным устройством по трем сигналам, полученным на выходе трехканального амплитудного анализатора (1) .
Недостатками данных устройств являются необходимость использования спектрометриче ского детектора, что не позволяет обеспечивать их искробезопасность и сложность электронной схемы (трехканальный амплитудный анализатор и вычислительное устройство) .
Известно также устройство для GIlределения напряженного состояния массива горных пород, содержащее зонд, источник гамма-излучения, спектрометрический детектор, два счетчика импульсов, выходы которых соединены с входами измерителя отношения, электромагнитный привод, компаратор, выход которого соединен с электромагнитным приводом, электронную схему спектрометрического детектора, механизм смены положения источника, соединенный с электромагнитным приводом, двумя группами схем И и амплитудным анализатором, причем парафазные выходы компаратора соединены, соответственно, с первыми входами двух групп схем И, ко вторым входам которых подключены выходы амплитудного анализатора, а выходы схемы И соединены с входами счетчиков импульсов (2).
Недостатками известного устройства является высокая сложность, связанная с применением спектрометрического детектора с электронной схемой его стабилизации и усиления сигнала на его выходе и амплитудным анализатором, низкая точность ввиду небольшой чувствительности к плотнос976065 ти и зависимости сигнала от состава породы, а также сложность защиты от высокоэнергетического гамма-излучения от источника.
Целью изобретения является ïoâûшение точности и надежности за счет компенсации влияния колебаний химсостава.
Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя круговыми веерообразными коллиматорами, 10 подпружиненной шторкой в виде пустотелого цилиндра и применен интегральный детектор, причем выход детектора соединен с входом компаратора, парафазные выходы которого соединены с )5 входаьи счетчиков импульсов, при этом источник гамма-излучения установлен в обшей вершине веерообразных коллиматоров, а зонд, детектрр, источник гамма-излучения и два круговых веерообразных коллиматора установлены соосно.
На чертеже изображено устройство для определения напряженного состояния массива на месте разработки, общий вид.
Устройство имеет цилиндрический корпус (зонд) 1 (например, из стеклопластика), в котором неподвижно жестко закреплены источник 2 излучения, интегральный детектор 3, компаратор
4, два счетчика 5 и б импульсов, измеритель 7 отношения, и электромагнитный привод 8 со штоком 9, на котором закреплена шторка 10, выполненная в виде пустотелого цилиндра из материала с атомным номером не менее 50. В исходном состоянии шторка 10 с помощью пружины 11 удерживается против вершины первого кругового веерообразного коллиматора 12 и 40 перекрывает поток гамма-квантов от источника 2 излучения в горной породе 13 через коллиматор 12. Первый круговой веерообразный коллиматор 12 образован свинцовым усеченным кону- 45 сом 14 с одной стороны и свинцовым цилиндоом 15 с другой стороны, имеющим на противоположных сторонах ко;.ические углубления и отверстие, в центре которого закреплен источник 2 излучения. Второй круговой веерообразный коллиматор 16 образован свинцовым цилиндром 15 с одной стороны и усеченным свинцовым конусом 17 с другой стороны. 55 в Диаметр цилиндра D, база измерения B (расстояние от центра источника излучения до центра интегрального детектора), угол наклона первого кругового веерообразного коллиматора <( и угол наклона второго кругового веерообразного коллиматораа(выбраны из условия, при котором при обеспеченном электромагнитном приводе (это положение шторки показано на чертеже) скорость счета импульсов с интеграль- 65 ного детектора 3 увеличивается с роотом плотности горной породы 13, окружающей скважину; при включенном электромагнитном приводе 8 (перекрыт коллиматор 16) с увеличением плотности горной породы уме ньшает ся скоро ст ь счета импульсов с интегрального детектора.
Устройство работает следующим образом.
В первый полупериод измерения электромагнитный привод 8 обесточен, шторка 10 находится перед вершиной канала коллиматора 12 и перекрывает
его. Гамма-кванты от источника излучения 2 рассеиваются в породе 13 и попадают на интегральный детектор 3 (пути гамма-квантов указаны на чертеже сплошными линиями со стрелками).
Средняя частота следования импульсов с детектора при этом прямо пропорциональная плотности породы 9 и обратно пропорциональная среднему атомному номеру породы Z. Импульсы с детектора 3 через компаратор 4 поступают первый счетчик импульсов 5. 3а время длительности первого полупериода 4 в счетчике импульсов 5 запишется число М = . .
По истечении первого полупериода сигналом с компаратора включается привод 8, шток 9 которого втягивается .в обмотку, а шторка 10 устанавливается перед вершиной канала коллиматора 16 и перекрывает его. При этом выход интегрального детектора через компаратор соединяется со вторым счетчиком б импульсов. Гамма-кванты от источника 2 через канал коллиматора 12 попадают на породу 13 и лишь многократно рассеянные в породе гамма-кванты попадают на детектор. Средняя частота следования импульсов с детектора при этом обратно пропорциональна плотности породы 9 и обратно пропорциональна среднему атомному номеру породы Е. Импульсы напряжения с детектора 3 через компаратор 4 поступают на второй счетчик
6 импульсов. 3а время второго полупериода 12 в счетчике импульсов запишется число И g = % <+ g.
По истечении второго полупериода измеритель отношения 7 вычисляет значение
N которое не зависит от среднего атомного номера породы Е и является однозначной мерой ее плотности: с увеличением плотности р величина К увеличивается быстрее, чем растет 4 или падает 2, так как измеряется их отношение. По величине 9 судят о напряженном состоянии массива.
Устройство позволяет оперативно определять напряженное состояние массива кровли горных выработок с целью
976065 прогнозирования ее устойчивости. Время одного замера не превышает нескольких минут. В качестве источника гамма-излучения может быть использован изотоп европий - 155, .селен - 75, америций — 241 и другие, т.е. устройство некритично к типу источника, а при использовании источника мягкого гамма-излучения повышается чувствительность и упрошается зашита. В устройстве все преимушества (повышение !О надежности вследствие упрошения за щиты от гамма-излучения, повышение чувст(вительности к плотности и достижение нечувствительности к составу углей или пород в скважине) достигаются одно- 15 временно эа счет совокупности реализованных в нем признаков.
Формула и з о брет е ни я
Устройство для определения характера напряженного состОяния массив горных пород, содержашее зонд, источник гамма-излучения, детектор, дЬа 25 счетчика импульсов, выходы которых соединены с входами измерителя отношения, электромагнитный привод и компаратор, выход которого соединен с электромагнитным приводом, о т л и ча юше е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности эа счет компенсации колебаний химсостава, оно снабжено двумя круговыми веерообразными коллиматорами, подпружиненной шторкой в виде пустотелого цилиндра, причем выход детектора соединен с входом компаратора, парафаэные выходы которого соединены с входами счетчика импульсов, при этом источник гамма-излучения установлен в общей вершине веерообразных коллиматоров, а зонд, детектор, источник гамма-излучения и два круговых веерообразных коллиматора установлены соосно, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Заявка ФРГ М 2600812, кл. Е 21 В 49/00, опублик. 1979.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 458289, кл. G 01 V 5/00, 1973 (прототип).
Составитель A.0íèùåíêî
Редактор А.Шандор Техред З.Палий Корректор В. Прохненко
Заказ 8961/57 Тираж 623 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5
Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Ироектная, 4
