Способ контроля напряженного состояния массива горных пород

 

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повьшение надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн. В массиве пород бурят две параллельные скважины, в которых размещают излучатель и приемник ультразвуковых колебаний. Излучают в массив ультразвуковой шумовой стационарньй сигнал, имеющий нормальное распределение со средним значением равньт нулю. Принимают прошедший шумовой сигнал и измеряют его дисперсию и период автокорреляционной функции. Данные измерения проводят при параллельном перемещении излучателя и приемника по длине скважины. Совокупность результатов измерений отражает характер распределения напряжений в массиве. Положение максимума зоны опорного давления соответствует точке массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функции принятого сигнала. 3 ил. С/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дц 4 E 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ П=ХЗЬСТВУ

ГосудАРстэенный Комитет

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 1) 4246293/23-03 (22) 20.05.87 (46) 23.01.89. Бкл. В 3 (71) Московский горный институт (72) В.Л. Шкуратник (53) 622.283(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 620601, кл. E 21 С 39/00, 1976.

Ямщиков В.С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. - М.: Недра, 1982, с. 159. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения — повышение надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн. В массиве пород бурят две паÄÄSUÄÄ 1452984 А 1 раллельные скважины, в которых размещают излучатель и приемник ультразвуковых колебаний. Излучают в массив ультразвуковой шумовой стационарный сигнал, имеющий нормальное распределение со средним значением равным

1 нулю. Принимают прошедший шумовой сигнал и измеряют его дисперсию и период автокорреляционной функции.

Данные измерения проводят при параллельном перемещении излучателя и приемника по длине скважины. Совокупность результатов измерений отражает характер распределения напряжений в массиве. Положение максимума зоны опорного давления соответствует точке массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функции принятого сигнала.

3 ил.

1452984

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для контроля пространственного распределения напряжений в окрестности гор5 ных выработок.

Цель изобретения — повышение надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн.

На фиг. 1 представлена схема ре- 10 ализации способа; на фиг. 2 — коррелограммы, полученные на участке, непосредственно примыкающем к контуру выработки, в зоне опорного давления и в зоне естественных напряжений; на фиг. 3 - графики относительного изменения дисперсии и периода автокорреляционной функции в зависимости от расстояния (вдоль скважин) до контура выработки. 20

Схема реализации способа включает параллельные скважины 1 и 2, излучающий ультразвуковой преобразователь 3, приемный ультразвуковой преобразователь 4, генератор 5, межскважинное 25 пространство 6, коррелометр 7.

Способ осуществляют следующим образом.

В кровле, стенке или почве выработки бурят две параллельные скважины (шпура) 1 и 2 на расстоянии 0,5-0,7 м друг от друга на глубину до 3-5 м, по которым параллельно перемещают излучающий ультразвуковой преобразователь 3 и приемный ультразвуковой ( преобразователь 4 дискретно с шагом

О, 1-0,2 мм.

Излучающий преобразователь 3 возбуждают электрическим шумовым стационарным сигналом, имеющим нормальное распределение со средним значением равным нулю, генератора 5. С помощью преобразователя 3 ультразвуковой шумовой стационарный сигнал излучают в породы межскважинного пространства 6. Прошедшие ультразвуковые колебания принимаются и преобразуются с помощью приемного преобразователя 4 в шумовой электрический сигнал, который далее подают на коррелометр 7, с помощью которого измеряют дисперсию В(0) и период а ., автокорреляционной функции. При этом в качествекоррелометра 7 может быть использован, например, серийно выпускаемый промыш55 ленностью прибор для исследования корреляционных характеристик Х6-8.

Участок вблизи контура выработки нарушен вследствие воздействия буровзрывных работ и влияния горного давления. Нарушения оплошности на этом участке приводят к высокому затуханию зондирующего ультразвукового сигнала. Причем высокочастотные составляющие спектра этого сигнала очевидно затухают в большей степени, чем низкочастотные. В результате средняя

I мощность, т. е. дисперсия В„,(0) принятого шумового сигнала уменьшается,, У а период с, его автокорреляционной функции увеличивается (фиг. 2, кривая 8) . На участке, соответствующем зоне опорного давления, автокоррелограмма 9 имеет наибольшую дисперсию

В„,(0) и минимальный период с,, так как этот участок характеризуется наименьшей пористостью и трещиноватостью. Далее по глубине скважин 1 и 2 следует участок ненарушенного массива, на котором не произошло изменений напряжений и структуры горных пород под влиянием выработки.

Автокоррелограмма 10, полученная на этом участке, характеризуется величиН л6 нами В„,(0) и, имеющими промежуточные значения по сравнению с первым и вторым участками.

Совокупность результатов измерений величин В„,(0) и, (фиг. 3) отражает характер распределения напряжений в окрестностях горной выработки с глубиной.

Экспериментальная проверка данного способа проведена на шахте, где добываются блоки пильных известняков. В стенке подготовительной выработки на расстоянии 0 5 м друг от друга в вертикальной плоскости пробурены два шпура диаметром 42 мм и длиной 3 м. Излучающий и приемный преобразователи 3 и 4 синхронно перемещались по шпурам 1 и 2 с шагом

0,1 м, Возбуждение излучающего преобразователя с резонансной частотой

f = 50 кГц и полосой пропускания

0 д f. = 6 кГц осуществлялось с помощью шумового электрического генератора.

Корреляционный анализ принятого преобразователем шумового сигнала осуществлялся аналоговым коррелометром.

В результате получена совокупность значений В„,(0) и, . На глубине 1,2 м значение В„,(0) максимально, г. а (минимально, что говорит о том, что именно на этой глубине находится з

145298 максимум зоны опорного давления. Причем значение В„(0), полученное на контуре выработки, в.2,6 раза меньше максимального значения В„(0), полученного на расстоянии 1,2 м от этого контура, а значение В„(0) на контуре выработки на 70Х больше, чем значение на расстоянии 1,2 м от контура.

Важно также отметить, что, несмотря 10 на высокое затухание упругих волн в известняках, уровень сигнала на выходе приемного преобразователя не менее, чем в 4-5 раз превышал чувст вительность коррелятора. В то же время 15 проведенное в аналогичных условиях импульсное прозвучивание (с использованием ультразвукового прибора

УК-10lI) не позволило зафиксировать первое вступление принятого сигнала 2О в области, примыкающей к контуру выработки, где затухание упругих колебаний максимально.

Таким образом, данный способ позволяет повысить надежность контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн за счет их гарантированного устойчивого прозвучивания.

Формула изобретения

Способ контроля напряженного состояния массива горных пород, включающий прозвучивание ультразвуковыми зондирующими сигналами участков массива, расположенных между параллельными скважинами по их глубине, и измерение параметров принятых сигналов, по изменению которых с глубиной определяют положение максимума зоны опорного давления, по которому контролируют напряженное состояние массива, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля в горных породах с большим затуханием упругих волн, в качестве зондирующего сигнала используют шумовой стационарный сигнал, имеющий нормальное распределение со средним значением, равным нулю, измеряют дисперсию и период автокорреляционной функции этого сигнала, выделяют участок массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляционной функцией сигнала и по его положению определяют поло-жение максимума зоны опорного давления .

1452984

Zo, ч

Ф . Г

fy PfC

Ри«.5

Редактор С. Пекарь

Заказ 7146/25 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

s«g)

4 () в р(о) в„ (и) Составитель К. Лыков

Техред М.Ходанич Корректор Н. Король