Способ оценки напряженного состояния массива горных пород и устройство для его осуществления

Способ оценки напряженного состояния массива горных пород и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ оценки напряженного состояния массива горных пород, включаюший измерение средней скорости распространения сейсмоакустического сигнала, регистрацию времени прихода сейсмоакустических и электромагнитных сигналов, определение времени запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно электромагнитного , отличающийся тем, что, с целью повьш1ения достоверности за счет определения количества естественных источников удароопасности массива и их местоположения относительно контура выработки, задают требуемую детальность исследования массива, задерживая время прихода сейсмоакустического сигнала относительно электромагнитного, регистрируют пары электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, излучаемых естественными источниками удароопасности на заданных расстояниях, задают время измерения интенсивности электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, определяют зависимость интенсивности электромагнитных и сейсмоакустических сигналов от расстояния до источников этих сигналов и по полученной зависимости судят о напряженном состоянии массива горных пород . i (Л 1С о о сх С71 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3674290/22-03 (22) 03.10.83 (46) 07.02.86. Бюл. № 5 (72) M. Ю. Мирошниченко, С. В. Кузнецов, В. Н. Кузьминский, А. К. Калашнев и К. С. Подвысоцкий (53) 622.235(088.8) (56) Ямщиков В. С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. M. Недра, 1982, с. 137 — 142, с. 106 — 110.

Указания по бесконтактным и геофизическим методам прогноза степени удароопасности участков угольных пластов и рудных залежей. Л.: ВНИМИ, 1981, с. 4, с. 9.

Временное методическое руководство по прогнозу удароопасности участков массива горных пород на шахтах СУБРа сейсмической аппаратурой «Гроза-4М». Красноярск, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1146448, кл. Е 21 С 39/00, 1983. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ

ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ.

„„SU„1209859 A (SD 4 F. 21 С 39/00, С 01 N 29/04 (57) 1. Способ оценки напряженного состояния массива горных пород, включающий измерение средней скорости распространения сейсмоакустического сигнала, регистрацию времени прихода сейсмоакустических и электромагнитных сигналов, определение времени запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно электромагнитного, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности за счет определения количества естественных источников удароопасности массива и их местоположения относительно контура выработки, задают требуемую детальность исследования массива, задерживая время прихода сейсмоакустического сигнала относительно электромагнитного, регистрируют пары электФ ромагнитных и сеисмоакустических сигналов, щ излучаемых естественными источниками удароопасности на заданных расстояниях, задают время измерения интенсивности электромагнитных и сейсмоакустических сигналов, С определяют зависимость интенсивности электромагнитных и сейсмоакустических сигналов Я от расстояния до источников этих сигналов и »о полученной зависимости судят о на- ма пряженном состоянии массива горных пород.

1209859

2. Устройство для оценки напряженно!.0 состояния массива горных пород, содержащее приемник электромагнитных сигналов, приемник сейсмоакустических сигналов, соединенный с первым усилителем, выход которого соединен с входом первого амплитудного дискриминатора, счетчик, соединенный с первым входом блока сопряжения., выход которого подключен к цифропечатающему блоку, Отличатщееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными вторым усилителем, вторым амплитудным дискриминатором, блоком временной задl ржки, а также синхронизатором, задатчиком длительности Hivlllúëf>03> элементом И, tlPH этом выход последнего соединен со счетным входом счетчика, а два его входа — — соот1

Изобретение относится к способам кo»гроля напряженного состояния массива п>p:fix пород вокруг выработок и может быть использовано для прогноза удароопасностн и выбросоопасности массива горных I!oi>Îд.

Целью изобретения является павы<пение достоверности оценки напряженного сосТОНния массива горных пород за счет определения количества естественных источник у.<,ароопасности массива и их местоположения относительно контура выработки.

На фиг. изображена структурная схема устройства, предназначенного для осуществления способа оденки напряженного состояния массива горных пород; !)а фиг. 2 и 3 — варианть: установки пунктов наблюдения; на фиг. 4 --- кривые зависимости интенсивности электромагнитных и сейсмоакустических сигналов источников естсствсчiного !)роисхождения от расстояния,:!а ко

"ором эти источники находятся.

Устройство для оценки напряженного состояния массива горных пород содерж!п пункт 1 наб)!юде!)ия, состоящий из приемника 2 электромагнитных сигналов it3Hp33ленного типа, г:риемпика ссйсмоакустичсс ких сигналов, состоящего из геофона 3 предварительным усилителем 4, выход IlpH

< минка сейсмоакустических сигна.lОБ соедичен с входом первого усилителя 5, I)f>I);o;t которого соединен с входом первогo амплитудного дискриминатора 6, который IIO Iключен к одному из входов элемента И 7, приемник 2 электромагнитных сигналов направленного типа соединен с одним из вxoдов узкополосного второго усилителя 8, Выход которого подключен к входу BTîðîãÎ амплитудного дискриминатора 9, соединенного с первым входом блока 10 временВЕтетВЕ)П!О С ВЫХОДаМИ ПЕРВОГО 3!v!HЛИГУДНОГО дискриминатора и блока временной задержКН, причем приемник электромагнитных сигналОВ 110JK)!lot!OH к Вход) е)т01)ОГО vt>cHëителя, 3 задатчик длн-ельност:i иHмпульса—

1 Втоl)0 1" Вxоoду oлОка БрсмpннОЙ 3)!Держки, »рН этом синхронизатор соединен с вторым входом Второго усилителя, третьим входом блока временной задержки, четвертЫМ ВХОдО vl бЛОКа Ollp)l КЕНИЯ, I pètIÅ× К второму и третьему входам, последнего подключены соответс Ilpf i!10 Выход 1)торогÎ амплитудного дискриан1атора и блока вре:,!енной задер>кки,;i выход цифроп< чатаю-!

1)сГО б li;K3 col <и!<еH (Вхо;10м «(.б()00>i сч(тЧНК3.

Ho ll;3)tдер ж к и. .1<),)КЛ!ОЧЕ!1 3 3Д))Т ИК t !,TË И i ЕЛ Ьkl 0(! ! 1:1Н . ЛЬ—

Сci, 3 131>IXO;t СОСДИ H(l! (3 . ОP i> é Бх(... i > %Н:.;!Сi!1.3 И 7, ВЫХОД

< il(iI!0 v1i, Бхо ) с>!(1 lit 12 < О "NHoнно, О с !1е!) В!>! м ВхО,<ом t),. !О ка > ° . I . )т !> и Я,, ыход которо! О 110,.;к.)кг ц-!1 Ь,.H!i: р<я!.: 1) гаюп)ему блоку ((, соедн1!е!>нох)у с входом

«(,()P()Ñ > C×Ñ1 !ÈК .! IiP1lH(K !3ТОРО . t „Ò ° ЕI i>! ) И >!(1 Б(pTO (3>v !3XO, jd М t>. It)!.)! СО!1 р Я)!<ЕНИ Я f10.!NЛ IОЧ(.и!>1 Е>ЫХ< 1 ВТОРО ГÎ 3 М I I, . 1,l! ОГО дискриминатора 9, 31>lх;)д бл<>к; .(i 1,. ;.",)снl! ) v< >)3 > Сp >KKH !3 ВЬ> >;О д СИ II. V p, l Гu"П 3 ) >

c<)l,.ннснног0 с Бто(.ым нх ),...",.:, .. з лосНОГÎ Х С И)1 ИТЕ, I H (» И T(! C ЬИ 1 ЬХО 10,i ii <)K3

1(! !>1(менной заде(>жки. ..:Iocoo Осущ.- "Гн. IHpòñ3 слс !ук)1,:.Им 00РЗНОМ, (- (3 ! о Б е р х и О с т и Г ы р 3 <) o -;,!; (1) и г. 2, 3 ) жест <0 Бак<>с!!ляется Iiтl;KT I! 3().lю,)(н!!>1, В

К(>гором устанав llli3!ег(", !(и .:1Г) М3< il! I НЫХ СИГНЗЛGÅ,, На",1 :!i ; . (, Гi ОфOli С

1! I) :. 11 3)>И Г(,1 l>I! i>I >: (. !. 1!i . С. "" I . НТ if (>, 13 È >v) нз н:)всcTных с. loco<)QH. 3!!ри .l(p Iio обР33! .3 Vi ГОП) !>! Х !10РОД, ; :1 <. Л !1 СЯ K ОИОСТH (<3С11 РОС1 Ра Il(. !3ИЯ С(ИСМОах (CT l!Ч< СKÎ! 0 (и нг)л<-., 13,!с>с 3 lда. Отcll !! - Осто!11:нсх) 1!3 ког<>po;i нроизвс)дя Г рсгистрац!<ю электро. >1(31 1I И Г!: ЫХ H (. ЕИ C)103K, "I l I I РСК .l С I! ГI 3, I 0Â, lI:3Л ) > 3(>) I>1;:. ИСТОЧИ Ика М и (С1 ЕСТБ("l!!,ОГО П РΗ исхожлениЯ (т;>е(ЦHI!Hl, P3: !О;.Iь H т,11,) . .ПО

За;13ПНОМ)> 03CCT(M)fHfO H и;)ВЕСТ!!Ой CKÎPOCTH

P)1С11()ОСТР 3 klеi<ИЯ CÐÉC)>3 0 3ê)С Г Н . PÑÊ J 0 CÈÃH 3. (l Н 3 ХО, (F I БР(МЯ Hdll 3.)ДЫ Бll !i>i CPÈÑ МОакусти:еского сигнала относительно электро vi>3! Н)fT!IO! СИГИ(1,13 ИС1 ÎHI!Hv 3. ,:(,31))ее задаю гся Бремене,1 изх<ерения интенсивности электромагнитных l . сеисмоакуст!<ческпх сигналов на каж to)I интересуе1209859 мом расстоянии. Рекомендуемое время измерения — 15 мин. Затем определяют интенсивность пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов на заданном расстоянии в течение принятого времени измерения, причем принимаются во внимание только те пары сигналов, у I

По истечении времени измерения задается другое расстояние, на котором ollpeделяют интенсивность пар электромагнитных и сейсмоакустических сигналов с соответствующим этому расстоянию временем запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно электромагнитного.

Исследовав таким образом интересуемый участок массива, по данным измерения получают зависимость интенсивности электромагнитных и сейсмоакустических сигналов источников естественного происхождения от расстояния, на котором эти источники находятся (фиг. 4). По полученной зависимости оценивают напряженное состояние массива горных пород.

Пример. На контуре горной выработки жестко закрепляется пункт наблюдения, в котором устанавливаются приемник электромагнитных сигналов направленного типа и приемник сейсмоакустических сигналов, например геофон. Затем определяется средняя скорость распределения сейсмоакустического сигнала по известной методике. Для этого в горном массиве на стенке выработки устанавливают два геофона на известном расстоянии S один от другого и производят взрыв вблизи одной из стенок забоя, на которой установлен геофон. Далее регистрируют сейсмоакустический сигнал обоими геофонами. Разница во времени прихода сейсмоакустического сигнала к геофонам Г и к Гg является временем прохождения сейсмоакустического сигнала»

Г, находящимися на расстоянии 134 м, 35 мс.

Следовательно, скорость сейсмоакустического сигнала составляет:

Vca S/ At=3,84 10" м/с.

Дальнейшие исследования показали, что скорость распространения сейсмоакустического сигпала находится в пределах 3300—

4500 м/с и зависит от горно-геологических особенностей массива горных пород.

t0

Далее задаются расстоянием, на котоpoxI производят регистрацию электромагнитных и сейсмоакустических сигналов. При практическом осуществлении способа рекомендуются следуloLLI,èå расстояния, м:

SI 2 S; 6 S !0

3 S» 7 До 20

4 S-, 8

5 S» 9

По заданному расстоянию и известной скорости распространения сейсмоакустического сигнала находят время запаздывания сейсмоакустического сигнала относительно электромагнитного. За точку отсчета берется момент регистрации электромагнитного сигнала, так как значение скорости электромагнитного сигнала на несколько порядков выше значения скорости распространения сейсмоакустического сигнала. Для принятых расстояний время запаздывания соогветственно составляет: t I 521 м кс 1;, 1,652 мс 1 781 мкс 16 1,823 мс

1,042 мс At 2,083 мс t.I 1,302 мс t; 2,344 мс !9 2 604 мс

Затем задаются временем измерения интенсивности электромагнитных и сеисмоакустических сигналов. Рекомендуемое время измерения на каждом исследуемом расстоянии — 15 мин и регистрируют пары электромагIIIITHI lx н сейсмоакустических сигналов на каждом принятом расстоянии. По результатам измерений строят зависимости интенсивности электромагнитных и сейсмоакустических сигналов источников естествен ого происхождения от расстояния, на котором эти источники находятся. Кривые, Iloлученные при исследовании участков горизонта 500 м и 275 м шахты представлены соответственно на фиг. 4. Анализируя полученные зависимости, можно сделать вывод о тоil, что участок горизонта 500 м шахты характеризуется более напряженным состояниеil, чем участок горизонта 275 м шахты.

Прн проведении исследований на участке горизонта 500 м шахты отмечено наличие заколов и шелушения кровли, что также свидетельствует о напряженном состоянии массива. Дополнительный контроль напряженнога состояния массива, проводившийся по ilетоду днсковання керна, подтвердил правильность сделанной ранее оценки.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от размеров исследуемого участка горного массива устанавливается необходимое количество пунктов 1 наблюдения. Каждый пункт 1 наблюдения устанавливается на стенке забоя горной выработки и содержит приемник 2 электромагнитных сигналов направленного типа, рядом с которым устанавливается геофон с широкой диаграммой направленности (фиг. 2), где à — геофон, П вЂ” приемник электромагнитных сигналов, 16 — диаграмма на120985< правленности геофона. 17 — -- диаграмма направленности приемника электромагнитнь>х сигналов. В случае исследования горного мас сива, ограниченного небольшим участком забоя выработки, например 50- -60 и, можно ограничиться одним пунктом набл(одення и рядом с геофоном установить несколько приемников электромагнитных сигналов, ориентированных в заданных направлениях (фиг. 3). В этом случае приемники 2 электромагнитных сигналов последовательно подключаются к входу узкополосного второго усилителя. Электромагнитный сигнал от источника естественного происхождения !.грещины) принимается приемником 2 электромагнитных сигналов направленного типа, усиливается и поступает на вход узкополосного второго усилителя 8, где усиливается до уровня, несбходимого для нормальной работы второго амплитудного дискриминатора 9, llpH этом резонансная частота узкополосного второго усилите,151 8 переключается I(o командам синхронизатора ! 5. Далее с выхода узко(толосного в-Горо го усилителя 8 сигнал поступает на вход второго амплитудного дискриминатора <), который выделяет огибаю(цую выходного си(нала узкополосного Второго усилителя b.

С выхода второго амплитудного диск!:пминатора 9 сигнал поступает на первый Вход блока 10 временной задер>кки, кот)рыи вы рабатывает импу.!ьс, время задержки которого относительно входного сип(а»а пер«вЂ”

K»1Oч3еТСя HO KO>13НдЯ >(CHII. (p0HH33TOp3 15. поступающим на третий Bход блока 10 «ре менной задер>кки, à д,lHòc;IBHOcT« им>Г(хль«; определяется сигналами задатчика 11 длиTEi»üí0ñòH импульса, Ilocòóff

ВыходнОЙ си! Il(с ГС llncT> llае второй вход элемента И 7. Сейсм<)акустический сип!Ял принимается гео<роном, !. усилиВается прсJB3pifтстьным х! и поступает на вход перв )I o усилителя».

Где ><си HB<»e i cs» до",po«ti >i, необхо <:! - in!: для пормальнои работы пс.рвого аiIII Illòó >, ного дискримина гора <ь, 1<)лее с Вы ( первого усил и тел я 5 си п! EI«I пост >, ll i(ст вход первого ам(!Литу,,IIO! о .<искрими и (<>!><.

6, который выдсляет огибающую в(,(хО,I !<,и; сигнала первого усилип..ля 5. С выхода II",i)вого Ям(ы(итх дно(о дисквими натора . > (1: С(!-:, поступает на первый Вход элемент.: ., 7

Г11)и соьп!аденни яремеllно 0 полож;.! H ««i ходногO сигнала пер«с>го ямп.!Ит,,(ногn ди с к р и м и н я то р 3 6 с В >(. и е 1! н ы м и О, 0 i< . е 1! H с :l I выхо;и!ого сип!Яла блока . 0 временной»3держки на Выходе эл.".Мен.-я И lloHB«l>(е(>l сигнал, постуff3IOIIIHé ня счетньiH В(од чс". чика 12. Последний « сечение прин>то:о времени измерения, например 15 мин. производит счет количества выходных сигна, О В э» е х! <. н т я И 7 . И и ф О р м 3 ц и 1! 0 к 0 л и 1 е с тB(сигналов со счетчи:.(à 2 непрерывно 110— ступает HH первый В.ход 0 loK3 18 сспряжения, fid Второй и Гретий Входы которого соответственно подаются выходной сигнал (г!Орого;)мпг(итудного дискриминатора 9 и выхо.нюй сигнал блока !0 «рс менной задержf команде синхронизатора 15 происхо; ит нсрек»ючение узкополосного второго усилителя 8 I а необходимую частоту и

Время задержки импульса В блоке 10 вре.. сн((оч задержки. (Известно. что с увеличением расстояния между пунктами излучения и .:риема электромагнитных cHãналов в массиве горных пород, их высокочастотные составляющие за-,ухают сильнее.

Поэтому для более точного or,ределения интенсивности электромагнитных сигналов

13 за,<вином расстоянии прием сигналов

i)(! (ьiifi; ; i,;- > Г гояний необх<>димо произ! ...<3>(,Ь il.l;(< fi«i )к.i:: -,<<с»от

<.,1, <: >!>е,(ен(;» (>:, i; I> 1 ы и Вхо>Т

1,>кя с(Игрit> сi! HH oт си(;>.;)(»(!(33!Ор<(15 по2",„.;;,.;.т, к<>х;31 й >1!!формация

Об f.«òoíc, вноси ;»c«ri)u, >; (» f«fõ и сеисмо-!

< "> I; (! . Я, If) » : ЯTI,(Х С . ЗЯ >ЯНf <>> i! ": >")Еi!II и Я >, . „ ... >) « !id <>СН и И ЭТО>в..-,:, <-:, . ь ..;; С> .I«(1(!)ро!теча> l

Г;ii:>I i Ii(t б>Г(ок I - +. !х Г>ол(е I (>ГО., i! d постед! I) i.:i ) <И I C>l И ..!.ЬР .3 ii.1> С Ь!)ИМЕНИ РЕ (,"; я И((и, fin(< «.! I<) и;">.,1 cl; нхро. -lнзят Îpd ! ет«с, .Гыи .:. .":, ":,1кения. По-!

«.,Д; ><1, . it::- и; i!I(!)Ормd« HI.i гlа бу

:l l У i!f1 >Г)00! Е !<, Та(01!:,КЯ !. Г ОК I r ВЫДЯЕТ KO(< .1f f<Ы;,(f P< 11)Ч

1.!(!>,>> : (< С ГЬ PЯ II! (!i "P<.1 НИЯ ЕИСМО

«!> >! ., . ; . :; " (f!3няясь В мас>(р»:i i,(. > f...",". <. 10 B ". 3 150 МКС. .=«Гок массива !!i I .: () Г стенки

Р !

>:.:»:»« . i f Ii ) я> ; .I:".:oci« ь 1 ! ,: ч ряc,:, ..... >в,:>.; «I." !>ВЯ.I измерения

1 (< >Е"! (1:I « Ê, 1:: С(" ОЯ ПИЯ ), с

3< ) нхронизато"И- fi!.>й КЯНЯЛ VCT:"!">(3 Г(р(т(яет ь :,и:,; о«О >!>i(3 массиве ;;:>:, i I!i!ï>»(ьса с

;: ",, i v ... и i > (,;(() Д(!Сy :.:)(iHHd !О11.,) >иск.>; . «>,. «, к« 0 Времен">.р;;р .. (,: ««Но,!Огатель>:и,:, .."(Яе (-- !О .;1(40(!0 м!с =

0 = <>,5 .>><. 110;>(„<!«:".> (>т>(>КЕ(!НоетЬ(О ЯСНЫ ИЗМЕ. i,>;К; «! (I O ;, l<;! Iы lf? i«OCII H 2 ЗЯДЯ.: ; -: 1 < >, к" м . !. 1: 1: е Г ь н 0 с т и H i l f i > .т ь с 3 1 1 . !,(<>(ь ".;,(Счв, =-.::., .- 000 .""... с:=- 0,25 мс.

1i,!!01! :;,,i« . <к;H и."Iе(. >! им! >,»ьс, за,держка к (01)с>(с >! носит(,!«и; «!xo»iioro сигнала

> Гор,>Г; онil,»итудногo дискриминатора 9 !

»! >3 1; -", ",;";! длит льпость Т=-0,25 мс. :!р; па»ли (ьых 3 Ячениях 8 н 1,необхо1209859

11, ист.

200 х 150

> 100

1 50

250 фь 200

50 фиг 4

Составитель Г. Алексеева

Текред И. Верее Корректор М. Самборская

Тираж 470 1!одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 415

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор С. Патрушева

Заказ 4! 5, 41 дим» корректировка значений 1а и т, котора» осуществляется путем изменения режимов работы блоков 10 и 11. По сигналам синхронизатора 15 в соответствии с задаваемым расстоянием измерения S периодически, по истечении времени измерения (например, через 15 мин) изменяется величина задержки 1з импульса, формируемого схемой

10. При этом длительность т (при постоянной 4) не изменяется. Таким образом, проводят измерения в зоне заданной протяженности ь=! м, «перемещаемой» на любое расстояние S, находящееся в радиусе действия устройства. Управляющий сигнал поступает на первый из входов блока 13 и переводит его из режима ожидания в режим передачи информации на цифропечатающее устройство. По этому сигналу в блоке 13 происходит: определение расстояния до зоны измерения и ее протяженности путем сравнения и временной дискриминации сигналов с выхода второго амплитудного дискриминатора 9 и выхода блока 10 временной задержки, поступающих на входы блока 13 сопряжения, прием от синхронизатора 15 ин1 2 3 4 5 б " 8 0 10Sм

Расстояние формации о текущем времени; прием от счетчика 12 информации о количестве зарегистрированных импульсов; передача всей информации на ЦПБ !4 для распечатки. ЦПБ !4 фиксирует Hc носитель (бумагу, перфоленту и т. д.) информацикэ о текущем времени, дальности до зоны ее протяженности и количестве зарегистрированных импульсов. Послс распечатки с ЦПБ 14 на вход

«Сброс>; счетчика подается сигнал сброса.

10,устройство готово к новому циклу измерения.,. (опол н ител ьн о помехозащищенность повышается за счет особенности работы блока !О временной задержки. Блок 10 в те15 чснйс цикла измсрсния формирует только один вспомогательный импульс и не может быть запущен вторично в этот момент сигналом электромагчитной помехи. Вторичные сейсмоакустическис сигналы. которые могут возникать за счет переотражения от неоднородностей и массиве. будут задержаны на время болГ»нс, чем первичный, и также не будут зафиксированы, 1 2 7 4 5 б 7 8 5 10 S, ì

Я се ттоял ае