Способ прогноза разрушения массива горных пород по электромагнитной эмиссии

Авторы патента:

Агеев Михаил Николаевич (RU)

Бизяев Алексей Анатольевич (RU)

Савченко Андрей Владимирович (RU)

Мешков Анатолий Алексеевич (RU)

Хамутский Алексей Александрович (RU)

Харитонов Игорь Леонидович (RU)

G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

E21C39/00 - Устройства для определения на месте разработки твердости или других свойств полезных ископаемых, например с целью выбора соответствующих инструментов для добычи

Владельцы патента RU 2780444:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Акционерное общество "СУЭК-Кузбасс" (RU)

Изобретение может быть использовано в горной промышленности для контроля разрушения участков массива горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния. Способ заключается в том, что регистрируют во времени сигналы электромагнитного излучения (ЭМИ), измеряют их амплитуды и определяют спектральную частоту сигнала, находят участки массива, подверженные разрушению. Сигналы ЭМИ измеряют вдоль горной выработки одновременно на всем контролируемом участке. Дополнительно определяют протяженность участков, на которых амплитуда сигнала ЭМИ превышает амплитудное значение фонового уровня в пять и более раз и в спектре сигнала присутствуют частоты свыше 800 кГц. Подверженными разрушению считают зоны контролируемого участка, протяженность которых составляет более 60 м. Техническим результатом является повышение точности и достоверности прогноза разрушения горных пород. 1 ил.

Известен способ определения удароопасности массива горных пород по электромагнитной эмиссии по патенту RU 2535329 C1, 10.12.2014, МПК E21C 39/00, включающий измерение в выработке максимальных амплитуды и активности электромагнитного излучения (ЭМИ) на порогах регистрации выше уровня фона ЭМИ, определение критической величины активности ЭМИ и оценку удароопасности контролируемой выработки, причем пороги регистрации ЭМИ выбирают в зависимости от максимальной и фоновой амплитуд импульсов ЭМИ, где за нулевой отсчет амплитуд ЭМИ принимают пороговый уровень фонового излучения, в диапазоне амплитуд от нулевого отсчета до максимального вычисляют параметр A как логарифмическое среднее распределения пиковых амплитуд импульсов, затем все значения амплитуд указанного диапазона разбивают на 10 неравных порогов в логарифмической прогрессии с шагом, кратным log², строят гистограмму распределения сигналов в двойных логарифмических координатах, на основе этой гистограммы рассчитывают параметр В как оценку скорости нарастания пиковых амплитуд импульсов выше порогового уровня, строят графики зависимостей значений параметров A(xi) и B(xi) от положения точки наблюдения xi на профиле выработки, а также графики градиентов функций этих параметров, устанавливают критические величины параметров Акр и Вкр и их суммарную критическую скорость изменения, а удароопасными считают те участки, в которых одновременно выполняются хотя бы три из четырех неравенств:

A(xi)>Акр,

B(xi)<Вкр,

[(A(xi)-A(xi-1))/(xi-xi-1)]*[(B(xi)-B(xi-1))/(xi-xi-)]<{[dA/dx]*[dB/dx]}кр,

[(A(xi+1)-A(xi))/(xi+1-xi)]*[(B(xi+1)-B(xi))/(xi+1-xi)]<{[dA/dx]*[dB/dx]}кр,

где A(xi) и B(xi) - значения параметров A и B в точке наблюдения xi;

Акр и Вкр - критические величины параметров A и B;

A(xi-1) и B(xi-1) - значения параметров A и B в предыдущей точке наблюдения по отношению к точке xi;

A(xi+1) и B(xi+1) - значения параметров A и B в последующей точке наблюдения по отношению к точке xi;

{[dA/dx]*[dB/dx]}кр - значения суммарной критической скорости изменения параметров A и B в соседних точках наблюдения.

Недостатком известного способа, является то, что данный способ не позволяет определять частотную составляющую сигнала электромагнитного излучения горных пород которая изменяет свои значения и является важным признаком процесса разрушения массива горных пород. Измерение в выработке максимальных амплитуд и активности электромагнитного излучения (ЭМИ) на порогах регистрации выше уровня фона ЭМИ делает невозможным использование способа в горных выработках с работающим электрооборудованием, которое значительно увеличивает фон ЭМИ за счет электромагнитных наводок на измерительное оборудование.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ прогноза разрушения массива горных пород (патент RU 2244126 C1, 10.01.2005, МПК E21C39/00), включающий регистрацию во времени сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ), измерение их амплитуд и длительностей от начала нагружения и построение по результатам измерений спектрально-временной матрицы спектральных амплитуд сигналов ЭМИ по мере роста частоты и времени, при этом на указанной матрице выделяют частотные поддиапазоны по мере роста частот, в каждом из которых отмечают равные спектральные амплитуды сигналов ЭМИ, обводят замкнутой линией занимаемую ими площадь и определяют ее размеры, затем определяют соотношение размеров площади Sn n-го частотного поддиапазона (n=2,3,4,…) к площади S1 первого частотного поддиапазона и по увеличению соотношений этих площадей судят о начале интенсивного возникновения трещин, причем критическим соотношением, при котором происходит переход от процесса интенсивного возникновения и нарастания трещин к началу разделения сплошности массива горных пород, считают соотношение Sn=(2÷4)S1, по которому прогнозируют дробление площадей на указанной матрице в более высоких частотных поддиапазонах, характеризующее разрушение массива горных пород.

Недостатком известного способа, является отсутствие возможности определить точное месторасположение возникающего разрушения в массиве горных пород, а также объема разрушающейся горной массы и характера ее разрушения, т.к. с удалением от зоны разрушения горных пород амплитуда сигнала ЭМИ значительно падает и не представляется возможным получить достоверные данные об амплитуде сигнала ЭМИ.

Задача (технический результат) предлагаемого изобретения заключается в создании способа, повышающего точность и достоверность прогноза разрушения горных пород.

Поставленная задача решается тем, что измерения производят одновременно на множестве точек наблюдения вдоль профиля контролируемой горной выработки, производят регистрацию сигналов ЭМИ, измеряют их амплитуды и определяют спектральную частоту сигнала. На основании полученных данных определяют протяженность участков, на которых амплитуда сигнала ЭМИ превышает амплитудное значение фонового уровня в пять и более раз, а также в спектре сигнала присутствуют частоты свыше 800 кГц. Причем, подверженными разрушению считают участки, протяженность которых составляет более 60 метров.

Определение участков горных пород, подверженных разрушению, не только по амплитудной, но и по частотной составляющей сигнала, а также их комбинации позволит повысить точность прогноза динамических проявлений горного давления в виде разрушения массива горных пород и повысить безопасность ведения горных работ. Кроме того, предлагаемый способ позволяет определить место расположения возникающего разрушения в массиве горных пород, а также объем разрушающейся горной массы и характер его разрушения.

Регистрация сигнала электромагнитной эмиссии с частотами свыше 800 кГц, свойственного для зарождения микротрещин или фазы, предшествующей разрушению массива горных пород, является дополнительным признаком, повышающим точность метода и исключающим ошибки метода.

Регистрация амплитуды ЭМИ в абсолютных единицах измерения позволяет оценивать сигнал, регистрируемый от массива горных пород, независимо от фонового уровня ЭМИ, который увеличивается при работе электрооборудования, что позволит применять предложенный способ в горных выработках при работе большого количества электрического оборудования, например, в очистном забое.

Протяженность опасного участка позволяет точно определить место расположения возникающего разрушения в массиве горных пород и степень опасности разрушения, что позволяет не останавливать горные работы в местах, где имеются незначительные нарушения в массиве горных пород.

Предлагаемый способ прогноза разрушения массива горных пород по электромагнитной эмиссии осуществляют следующим образом.

Вдоль горной выработки задают контролируемый участок и устанавливают на нем приборы, например, датчики, для измерения сигналов ЭМИ. Включают приборы для измерения сигналов ЭМИ и осуществляют непрерывную регистрацию сигналов ЭМИ, измеряют их амплитуду и определяют спектральную частоту сигнала. Определяют протяженность зон контролируемого участка, на которых амплитуда сигнала ЭМИ превышает амплитудное значение фонового уровня в пять и более раз, а в спектре сигнала присутствуют частоты свыше 800 кГц. Подверженными разрушению считают зоны контролируемого участка, протяженность которых составляет более 60 м. Протяженность зон контролируемого участка могут определять по расстоянию между приборами для измерения сигналов ЭМИ, по специально установленным вдоль контролируемого участка меткам или другим способом.

Экспериментально установлено, что зоны контролируемого участка с заявляемыми параметрами не опасны, если их протяженность составляет до 30 метров. При протяженности от 30 до 60 метров возможны незначительные проявления разрушения массива горных пород, которые также еще не представляют реальной опасности разрушения. Протяженность более 60 метров указывает на высокую вероятность разрушения массива горных пород и требует принятия экстренных мер.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где представлен продольный вид контролируемого участка горной выработки в разрезе.

Данная фигура поясняет примеры конкретной реализации заявляемого способа, подтверждающие его промышленную применимость.

Измерения производят одновременно на множестве точек наблюдения вдоль профиля контролируемой горной выработки (на фиг. обозначенные звездочками и обозначенные номерами 1-5), измеряют их амплитуды и определяют спектральную частоту сигнала.

На основании полученных данных определяют протяженность участков, на которых амплитуда сигнала ЭМИ превышает амплитудное значение фонового уровня в пять и более раз, а также в спектре сигнала присутствуют частоты свыше 800 кГц, что свидетельствует о возникновении трещины в массиве горных пород.

Чем больше протяженность трещины (на фиг. обозначенные номерами 6-8) в массиве горных пород, тем больший объем горной массы подвержен разрушению.

Зарождение короткой трещины, обозначенной цифрой 6, фиксируется датчиками ЭМИ на протяжении не более 30 метров. Такая трещина на конкретном примере может быть зафиксирована датчиком №5, для соседних датчиков №4 и №7 значения сигналов ЭМИ останутся неизменными.

Зарождение средней трещины, обозначенной цифрой 7, фиксируется датчиками ЭМИ на протяжении не более 60 метров. Такая трещина на конкретном примере может быть зафиксирована датчиками №2, 3, 4, причем на датчике №3 значение сигналов ЭМИ будут максимальными, а для датчиков №2, 4 значение сигналов ЭМИ будут значительно ниже, чем для датчика №3, для соседних датчиков №1 и №7 значения сигналов ЭМИ останутся неизменными.

В этом случае точки, в которых зарегистрированы максимальные значения амплитуды сигнала ЭМИ, указывают на расположение центра разрушения массива горных пород. А по протяженности участка можно определить объем подверженной разрушению горной массы. Это свидетельствует о том, что разрушению подвержен больший объем массы горных пород, но это не является опасным.

Зарождение протяженной трещины, обозначенной цифрой 8, фиксируется датчиками ЭМИ на протяжении более 60 метров. Такая трещина на конкретном примере может быть зафиксирована датчиками №1, 2, 3, 4, 5, причем на датчике №3 значение сигналов ЭМИ будут максимальными, для датчиков №2, 4 значение сигналов ЭМИ будут близки к максимальным, но ниже чем для датчика №3, для соседних датчиков №1 и №7 значения сигналов ЭМИ будут значительно ниже чем для датчиков № 2,3,4.

В этом случае точки, в которых зарегистрированы максимальные значения амплитуды сигнала ЭМИ, указывают на то, что процесс разрушения начинается на протяженном участке и это уже не образование локальной трещины, а объединение нескольких трещин в одну протяженную. И по протяженности этого участка можно определить объем подверженной разрушению горной массы. Это свидетельствует о том, что разрушению подвержен больший объем массы горных пород, и он является опасным, требуется принятие экстренных мер.

На основании предложенного способа, подверженными разрушению считают участки, протяженность которых составляет более 60 метров.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность прогноза динамических проявлений горного давления в виде разрушения массива горных пород, определить место, подверженное разрушению, и оценить вероятный объем разрушающейся горной массы, а также повысить безопасность ведения горных работ.

Способ прогноза разрушения массива горных пород по электромагнитной эмиссии, включающий регистрацию во времени сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ), измерение их амплитуды и определение спектральной частоты сигнала и нахождение участков массива, подверженных разрушению, отличающийся тем, что измерение сигналов ЭМИ осуществляют вдоль горной выработки одновременно на всем контролируемом участке, дополнительно определяют протяжённость участков, на которых амплитуда сигнала ЭМИ превышает амплитудное значение фонового уровня в пять и более раз и в спектре сигнала присутствуют частоты свыше 800 кГц, причем подверженными разрушению считают зоны контролируемого участка, протяженность которых составляет более 60 м.

Использование: для контроля дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что подвижное устройство для контроля дефектов содержит корпус подвижного устройства для контроля дефектов, выполненный с возможностью контроля целевого объекта контроля на наличие дефекта при перемещении по поверхности целевого объекта контроля, при этом корпус подвижного устройства для контроля дефектов включает в себя тележку, выполненную с возможностью перемещения с помощью по меньшей мере двух колес, способных вращаться вперед и назад по поверхности целевого объекта контроля в прямом и обратном направлении, ортогональном валам вращения колес, и по меньшей мере один датчик контроля, расположенный на стороне переднего конца или на стороне заднего конца тележки и выполненный с возможностью контроля целевого объекта контроля на наличие дефекта, при этом область контроля целевого объекта контроля разделена на две области, разделенные по прямой линии, и тележка корпуса подвижного устройства для контроля дефектов выполнена с возможностью перемещения в состоянии, когда датчик контроля направлен в сторону бокового края разделенной области, обращенную к прямой линии в каждой из двух разделенных областей.

Способ определения подверженности металлопроката изгибу и устройство для его осуществления // 2780147

Группа изобретений относится к определению подверженности металлопроката изгибу. Способ состоит в том, что осуществляют возбуждение сдвиговой поперечной поляризованной акустической волны и запуск ее в металлопрокат посредством устройства электромагнитно-акустического преобразователя в виде плоской катушки индуктивности, выполненной с возможностью запуска и приема волн, размещенного под углом 45 градусов по отношению к направлению проката.

Способ определения усталостной поврежденности местабильных аустенитных сталей // 2779974

Изобретение относится к способам исследования или анализа материалов и может быть использовано для оценки фактического состояния эксплуатируемых промышленных объектов и деталей машин, в частности для определения накопленных повреждений в оболочке ядерных энергетических установок, изготовленных из нержавеющих метастабильных сталей аустенитного класса, которые подвергаются циклически повторяющимся деформациям.

Способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом // 2779164

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении сложнопрофильных керамических изделий типа обтекателей высокоскоростных летательных аппаратов различных классов. Предложен способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом, включающий определение величины зазора между склеиваемыми поверхностями, нанесение слоя клеящего вещества на склеиваемые поверхности и установку на одну из этих поверхностей прокладок из затвердевшего клеящего вещества, соединение поверхностей и выдержку под давлением до полного высыхания клеящего вещества.

Способ диагностики технического состояния трубопровода путем анализа декремента модального затухания // 2778631

Использование: для диагностики технического состояния трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют генерирование механических колебаний в стенке трубопровода посредством инерциального резонатора и регистрацию колебаний трубопровода посредством пьезоэлектрического датчика, при этом инерциальным резонатором возбуждают резонансные колебания в стенке трубопровода, после чего при мгновенном отключении внешнего источника питания инерциального резонатора происходит дальнейшее вращение резонатора по инерции с замедлением частоты вращения при выбеге резонатора до полной остановки; во время выбега резонатора происходит непрерывная регистрация затухающих колебаний стенок трубопровода пьезоэлектрическим датчиком; записанный затухающий сигнал колебания стенок трубопровода разбивается на необходимое количество одинаковых временных интервалов, по каждому из которых формируется спектр для последующего сравнения полученных временных спектров на предмет перераспределения колебательной энергии в этих спектрах, при этом по декременту затухания каждой частоты судят о наличии и размерах дефекта; при этом критерием, определяющим необходимое количество одинаковых временных интервалов, является скорость затухания записанного сигнала: чем меньше скорость затухания сигнала, тем больше количество одинаковых временных интервалов; при этом величина одинаковых временных интервалов определяется частотой дискретизации технических средств.

Устройство для мониторинга технического состояния металлоконструкций и трубопроводов // 2778619

Использование: для мониторинга технического состояния металлоконструкций и трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для мониторинга технического состояния металлоконструкций и трубопроводов содержит электронный блок, датчик для ультразвуковой диагностики объекта контроля, при этом корпус устройства выполнен в форме параллелепипеда со срезанными в задней части углами, на верхней, нижней и боковых стенках корпуса выполнены отверстия в форме прямоугольников, верхняя часть корпуса выполнена в форме крышки, которая крепится к корпусу с возможностью съема, на задней части корпуса выполнены отверстия прямоугольной формы, в которые установлены крышка аккумулятора и ниже крышка электронного блока, в центре передней части корпуса выполнено отверстие в форме круга, в которое установлен объектив LIDAR с встроенной видеокамерой, а по бокам от него выполнены отверстия меньшего диаметра, в которые установлены светодиоды, в центре нижней части установлен активный электромагнитно-акустический преобразователь, а по углам подвижные крепления, которые жестко соединены с приводом, и состоят из основного крепления, к которому крепится заглушка колеса и крышка для сервопривода, опорные колеса с неодимовыми магнитами, которые соединены с сервоприводами, которые установлены внутри корпуса, электронный блок включает в себя узел обработки и синтеза сигналов, выход которого соединен с входами накопителя и узла беспроводной связи, выход которого соединен с входом узла навигации, а вход узла обработки и синтеза сигналов электронного блока соединен с выходами LIDAR с встроенной видеокамерой, активный электромагнитно-акустический преобразователь, выходы сервопривода, активный электромагнитно-акустический преобразователь, LIDAR c встроенной видеокамерой, светодиодов и электронного блока соединены с входами аккумулятора.

Измерительный модуль дефектоскопа и его следящее шасси // 2778492

Группа изобретений относится к опорам аппаратов, а именно к шасси с колесами, для применения в качестве следящего устройства в сканерах неразрушающего контроля. Измерительный модуль дефектоскопа содержит искательную головку с дефектоскопным преобразователем, шасси и узлом поворота шасси.

Способ измерения коэффициента отражения звука от образца материала с плоской поверхностью // 2776616

Изобретение относится к испытаниям акустических свойств материалов и может быть использовано для измерения коэффициента отражения звука от образца материала в лабораторных условиях. Способ измерения заключается в том, что образец материала облучают тонально импульсным акустическим сигналом, последовательно устанавливая излучатель в узлах плоской решетки.

Способ автоматизированного ультразвукового термооптического неразрушающего контроля композитных материалов в труднодоступных зонах и устройство для его осуществления // 2776464

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ автоматизированного ультразвукового термооптического неразрушающего контроля изделий из композитных материалов включает ультразвуковое возбуждение температурного поля в области дефекта, регистрацию температурного поля и выявление дефектных областей путем сравнения величины температурного поля с пороговым уровнем.

Способ динамической корректировки чувствительности дефектоскопических средств при высокоскоростном контроле длинномерных объектов // 2774096

Использование: для динамической корректировки чувствительности дефектоскопических средств при высокоскоростном контроле длинномерных объектов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют относительное перемещение дефектоскопического средства и контролируемого объекта в определенном диапазоне скоростей, выполняют периодическое излучение в контролируемый объект ультразвуковых зондирующих сигналов, осуществляют прием и регистрацию отраженных от однотипных конструктивных элементов объекта сигналов, измеряют их параметры, по которым корректируют чувствительность дефектоскопического средства, при этом измеряют текущую скорость контроля, предварительно формируют набор данных сигналов от конструктивных элементов на разных скоростях и чувствительностях контроля, на основе набора данных устанавливают зависимость между усредненными параметрами сигналов, чувствительностью и скоростью контроля, при выполнении рабочего контроля по измеренным при текущей скорости параметрам сигналов от конструктивных элементов вычисляют необходимую величину корректировки чувствительности дефектоскопического средства.

Система и способ формирования высокоточной трехмерной навигационной карты полностью механизированного очистного забоя // 2780305

Система и способ формирования высокоточной трехмерной навигационной карты полностью механизированного очистного забоя, используемые в технической области беспилотной горной добычи. Система содержит: канально-волновой сейсмометр, лазерный радар, комбинированное навигационное устройство, георадар и блок обработки данных; блок обработки данных получает данные, собранные датчиками, выполняет преобразование координат, слияние признаков и согласованную обработку собранных данных для формирования треугольной сетки Делоне угольного пласта, разлома/складки и выработки, строит высокоточную карту профиля треугольной карты, вычисляет топологическое соотношение карты профиля, формирует топологическую структуру данных карты профиля, создает платформу базы данных автоматических запросов навигационной информации на основе высокоточной карты профиля и формирует высокоточную трехмерную навигационную карту полностью механизированного очистного забоя.