Способ определения изменения напряженного состояния пьезоактивной горной породы

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕ-1 НИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПЬЕЗОАКТИВНОЙ ГрРНОЙ порода, заключающийся; в регистрации электромагнитных колебаний , связанных с динамическим процессгшн в горной породе, 6 тл и ч a ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения контроля за состояИием горной породы на. различных стадиях изменения ее напряженного состояния, определяют минимальный . и максимальный среднестатическ-ие размеры пьезоактивных зерен горной породы, вычисляют диапазон частот их собственных колебаний и по присутствию электр1рмагнитноГо излуче .ния в вычисленном диапазоне час-Г тот прогнозируют Наличие динами- , ческого нагружения или разрушения .горной породы. .

«е (ui .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕО.ИХ

РЕСПУЬЛИИ

МЯ) G 01 Y 3 08

ГОСУДАРС ЯЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

FO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H asmv Soaw Bу (21) 3455297j18-25 (22) 21.06.82 (4б) 07.11.83. Бюл. В 41 (72) Н.Ф. Кусов и О.Н. Баштовая (71) Ордена Октябрьской Революции и оРдена Трудового. Красного Знамени институт горного дела им. А.A. Скочинского (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Константинова А,Г..Сейсмоакустические исследования нредвыборных разрушений угольных пластов.

М., "Наука",1977, с. 3,7,20.

2. Исследование импульсного электромагнитного излучения при хрупком разрушении горных пород и разработка макетного образца устройства для

его регистрации. Отчет по теме

М 101-80. Кемерово, КуэПИ, 1980, с. 27, 49-50 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕ-

НИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПБЕЗОАКТИВНОЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ, заключающийся в регистрации электромагнитных колебаний, связанных с динамическим процессами в горной породе, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения контроля sa состоянием горной породы на, различных стадиях изменения ее напрявенного состояния, определяют минимальный .н максимальный среднестатические размеры пьеэоактивных зерен горной породы, вычисляют диапазон частот их собственных колебаний и по присутствию электромагнитного излуче,ния в вычисленном диапазоне час-.1 3 тот прогнозируют наличие динами= ческого нагру кения или разрушения горной породы.

1053040

Ъ

Изобретение относится к горной промьиалениости, в частности к уголь иой, и может быть использовано при контроле за состоянием ньезоактивной горной породы, при прогнозе динамических явлений в ней.

Известен сейсмоакустический способ определения изменения напряженного состояния горной породы, заключающийся в регистрации упругих механических колебаний горной породы сейсмоприемником 1) .

Однако данный способ позволяет контролировать динамические процессы горной породы, вызванные измене-, нием ее напряженного состояния, лишь. 15 на стадии разрушения горной породы, когда возникают упругие колебания, связанные с образованием трещин и разрывов в горной породе.

Наиболее близким к изобретению 2О по технической сущности является способ, состоящий в регистрации процесса хрупкого разрушения по электромагнитноиу излучению, заключающийся в регистрации электромагнитных коле- д баний, возникающих в процессе трещинообразования в горной породе, с помощью прибора, содержащего радиометр и супергетеродинный приемник.

Число импульсов электромагнитного иэ- ЗО лучения или скорость их прихода зависят от процессов трещинообраэования в горной породе (от скорости, разрушения, от прочности пород, от коэффициента хрупкости) (2J .

Недостатком известного способа является определение изменения напряженного состояния горной породы только на стадии возникшего процесса разрушения. Широкий частотный диапа-зон поиска импульсов электромагнит- 40 ного излучения, сопутствующий разрушению, требует непрерывной перестройки по частоте.

Кроме того, возможен пропуск сигнала, предупреждающего о возникнове- 45 нии динамических процессов в горной породе.

Целью изобретения является контроль за состоянием пьезоактивной горной породы на различных стадиях 56 изменения ее напряженного состояния, включая стадию, предшествующую разрушению, и стадию разрушения по регистрации электромагнитного излучения на частотах, связанных со структурой горной породы.

Поставленная цель достигается согласно способу определения изменения напряженного состояния пьезоактивной горной породы, заключающе- щ муся в регистрации электромагнитных колебаний, связанных с динамическими процессами в горной породе, по результатам предварительного петрографического анализа пьеэоактивной гора нои породи. определяют минимальный и максимальный среднестатистические размеры пьезоактивных зерен горной породы, вычисляют диапазон частот их собственных колебаний и по присутствию электромагнитного излучения в вычисленном диапазоне частот прогнозируют наличие динамического нагружения или разрушения горной породы.

Способ осуществляют следующим.образом.

Производят петрографический. ана; лиз пьезоактивной горной породы, за состоянием которой ведут и контроль.

Анализ:касается зерен кварца в по- . роде. Строят гранулометрическую чистограмму и определяют среднестатисти" ческий размер, мм, наиболее мелких и наиболее крупных зерен кварца по формуле

И4 М1 э(1 где . д;, A j — ра змер зерен, Р;,Pj — вероятность их появления, II,,Hy — число зерен, сгруппированных около Д щ д и

А щ и участвующих в..вычислении Pj, Р .

Вычисляют частоту собственных колебаний кГц, зерен кварца по формуле

<686-: 5750 (есв) (ма )

Прием электромагнитных колебаний производят в вычислительном диапазо не частот радиотехнической аппаратурой.Датчиком электромагнитного излучения при регистрации наличия динамических процессов является всенаправленная антенна (для рассчитанной частоты), а для определения направления на очаг изменения напряженного состояния горной породы и определения расстояния до

Hего применяют остронаправленную антенну. Приемное устройство настраивают на.одну или другую частоту из диапазона

Начало динамического процесса регистрируют по приему минимальных частот (диапазон fm,„) от наиболее крупных кварцевых зерен, а процесс разрушения †по присутствию и более высоких частот (диапазон 1,„,„„) от мелких зерен кварца.

Пример. В лабораторных условиях проводят эксперимент по разрушению мелкозернистого песчаника из шахты Юнком. Петрографическим анализом образца определяют А в я

:.. 1053040 1 4

f, 8lTu, 28 52, 42

58 10

40;75 58,38

Составитель Е. Городничев

Техред Т,Маточка Корректор д. Повх

Редактор Н. Джуган

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, й-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 8866/44

Филиал ППП "Патент", г . Ужгород, ул. Проектная,4

Оу071 мм и удак 0 22 мме Вычис"

:ленный диапазон частот электромагнитного излучения. Ещц = 24-82 МГц при разрушении, Ещ„„ 8-29 МГц при динамическом нагружении.

468 511 638! датчиком электромагнитного излучения служит тороидальная антенна индуктивностью 7 мГц. Излучение регистрируют визуально на экране анализатора спектра С4-45. в диапазоне частот (10-80) МГц.

При нагружении образца до разрушения зарегистрировано электромагнит ное излучение на дискретных частотах в диапазоне от 10 до 75 МГц, что соответствует рассчитанному диапазону частот при разрушении и присутствию частот, соответствующих динамическому нагружению.

Образец в виде керна нагружался на прессе до напряжения ч = 1100 кг/см и был разрушен. Ре зультаты эксперимента сведены в таблицу.

653 724 739 923 . 930

tv

Использование предлагаемого спо соба определения изменения напряжеи-. . ного состояния пьезоактивной горной . породы, по сравнению с базовыми объектом - сейсмоакустическим способом, увеличивает время на проведение работ по предотвращению опасных проявлений изменения напряженного состояния за счет регистрации динамического процесса, предшествующего разрушению. Своевременное предупреж» дение .таких видов разрушений, как выбросы, обрушения, отжим, горные удары и др, позволяет повысить безопасность ведения подземных работ.