Способ определения скорости упругих волн в массиве горных пород

Способ определения скорости упругих волн в массиве горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1428838 А 1 (51) 4 E 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ @Д а, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (L 4+L ф) (1i +1 ) (" + ) (се + е,) емниками, Ь, 1,; базы прозвучивания между дополнительным излучателем и приемниками

L2= 1C it

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3948788/22-.03 (22) 30.08.85 (46) 07,10,88, Бюл. У 37 (71) Московский горный институт (72) П,М.Тютюнник, Д.Г.Малюжинец, В.Д.Васильев и Ю.М.Терюков (53) 622.289 (088.8) (56) Ржевский В.В., Ямщиков В.С.

Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве.

М.:. Наука, 1973, с. 110-111.

Глушко В.Т., Ямщиков В.С., Яланский А.А. Геофизический контроль в угольных шахтах. Киев, 1978, с. 85-86. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

УПРУГИХ ВОЛН В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий прозвучивание массива уп" ругими импульсами с помощью.излучателя и двух приемников, установленных на различных базах, измерение времени распространения упругих импульсов между излучателем и каждым из прием- ников и определение по полученным данньм скорости упругих волн в массиве, отличающийся тем, что, с целью повышения точности опре.деления за счет устранения влияния концевых участков баз прозвучивания, дополнительно прозвучивают массив с помощью дополнительного излучателя и измеряют время распространения импульсов до приемников, а скорость упру1их волн в массиве определяют по формуле где 1, 1, — базы прозвучивания

Ф между излучателем и при- Е

41 1 — время распространения упругих импульсов на соответствующих базах.

I 42883A

=6+1,+ — + а а1 Ь а

1.,-(a+ Ь) Ь

+ + о Vg

11- (а + r) с

+ — — — — — — +

V0 Vñ

Изобретение относится к горному делу и преднаэначено для оценки свойств, структуры и состояния горных пород в массиве посредством on5 ределения скорости распространения в них упругих волн.

Целью изобретения является повышение точности определения за счет устранения влияния концевых участков 10 баз проэвучивания.

На фиг.1 дана схема расположения излучателей и .приемников упругих им- пульсов; на фиг.2 — схема реализации способа при контроле сплошности там- 15 понажных завес, сооружаемых в процессе строительства шахтных стволов в обводненных трещиноватых гopHbfK породах, вариант.

Схема расположения излучателей и,20 приемников упругих импульсoB включает Излучатель 1, установленный в точку

А, приемники 2 и 3, размещенные соответственно в точках В и С, и до" . полнительный излучатель 4, располо25 женный в точке D. Для наглядности массив горных пород условно ограничен. Зоны влияния концевых участков баз проэвучивания обведены концентрическими окружностями вокруг точек ус- 30 тановки излучающих и приемных преобразователей. Радиусы этих зон неиэ" вестны, Им приписаны произвольные значения а, Ь, с и й.

Выбор точек установки преобразова- у телей 1-4 и баз проэвучивания 1,, 11, 1.2, 1, где L, 11 - расстояния между излучателем и приемниками, а

I.2, 12 — расстояния между дополнительным излучателем и приемниками,, @) определяется технологическими услови ями решаемых задач, например при прозвучивании между выработками, . скважинами, шпурами, 45

В то же время при реализации предлагаемого способа по условиям измерений на базовые расстояния между излучателями .и приемниками наложено ограничение I., 1, а на базы 1,2 и 1 ограничения не накладываются, однако при расчете для получения истинного значения скорости необходимо группировать слагаемые с большими и меньшими базовыми расстояния" ми. Поэтому заглавными буквами 1., H I,2 обозначены большие из базовых расстояний, удовлетворяющие условию (>11 12) 12 °

Из физических предпосылок (локальное влияние на задержку импульсов концевых участков баз прозвучивания и интегральное влияние центральных участков) выбрана кусочно-неодноро)ная модель скоростных свойств массива горных пород, для которой обозначим: Ч вЂ” скорость упругих волн в массиве горных пород, которую необходимо оредетьр Чау Ub ° Чс и Ча— неизвестные значения скоростей упругих волн в зонах влияния концевых участков баз прозвучивания.

Используя эту модель, рассмотрим влияния свойств массива на задержку импульсов на концевых участках.

С помощью излучателя 1 и приемников 2 и 3 прозвучивают массив упругими импульсами на базах L1 и 11.

Измеряют время распространения упругих импульсов на этих базах. При этом измеренное время распространения t< на базе 1.1 складывается

1 иэ задержек импульсов Га = а/V и

= b/V на концевых участках а и Ь и задержки „ =(1., -(а+Ь)) /, на центральном участке, имеющем длину 1,. — (а+Ь).

Отсюда

Аналогично измеренное время распространения t на базе прозвучивания 1, складывается из задержек импульсов 1а " а/V С, = с/V на концевых участках а и с и задержки

= (1, — (а + с)1 /Ч на центральном участке, имеющем длину 11-(а + с).

Отсюда а

-Ф + +, = +

Ь а ac e а

Прозвучивают массив на базах L и

1 с помощью дополнительного излу2 чателя 4 и приемников 2 и 3 упругими импульсами с воэможностью их селекции на приеме по отношению к импульсам излучателя. При этом селектирование импульсов (например, частотное) позволяет практически одновременно з 1428838

10

t =с +С +

4g «d д

Lg — (c+ d) d ч, : v, 20

25 зо

45 производить измерение по всем каналам.

Далее измеряют время распространения импульсов, излучаемых дополнительным источником, на базах Ь и 1 .

Измеренное время распространения на базе L < складывается иэ задержек импульсов iс = с/т7, с,1 = d/ 7ä на концевых участках с и d и задержки с,,1 = (Ь вЂ” (e +d) /V, на центральном участке, имеющем длину

L — (с+ d).

Отсюда

Подобным образом измеренное время распространения t на базе 1 складыш вается из задержек импульсов b = Ъ/V> и > й/V< на концевых . участках Ъ и d и задержки у

= (1 — (Ъ + ЙЯ /Ч на центральном участке, имеющем длину 1 -(Ъ + d) .

Отсюда с +с +с 1 = — +

Л г

b Vg

1 — (b+d) d

+ — — — — — — +

1 о а

После этого определяют скорость распространения упругих волн по измеренным значениям йс, tq, t< по формуле

2 (Ь„ +Ь )-(1 +1@) (tb, +t>т)-("е, +" ея)

Схема практической реализации способа при акустическом прозвучивании трещиноватого массива, подвергаемого тампонажу, показана на. фиг.2, где также даны массив 5 горных пород . с пробуренными в нем скважинами 6. В массиве имеется незатампонированный участок 7, который. необходимо обнаружить при прозвучиванни.

В скважинах 6 размещены акустические устроиства 8 с помощью штанг

9. Основными элементами акустичесИЖ устройств являются излучатель 1, дополнительный излучатель 4, приемники 2 и 3.

Наземная часть схемы содержит генератор 10, селектор 11 усилители

12 и 13 мощности, проводные линии

14-17, усилители 18 и 19 принимаемых сигналов, измеритель 20 времени задержки импульсов.

Способ осуществляют следующим образом.

Фиксируют положение акустических устройств 8 в скважинах. От генератора 10 подают электрические импульсы, которые поступают на вход селектора

11, имеющего четыре выхода. С двух выходов импульсы селектора подают (поочередно при временной селекции или одновременно при частотной) на вход усилителей 12 и 13 мощности, с двух других — в качестве опорных и коммутирующих на измеритель 20 времени задержки импульсов.

Мощные электрические импульсы по проводным линиям 14 и 15 поступают на излучатель 1 и дополнительный излучатель 4 и преобразуются в упругие импульсы, распространяющиеся в массиве горных пород. При этом возбуждение упругих импульсов происходит поочередно при временной селекции или одновременно при частотной.

Селектированные упругие импульсы, задержанные в массиве горных пород, достигают приемников 2 и 3, преобразуются в электрические сигналы по проводным линиям 16 и 17 подаются

4р на усилители принимаемых сигналов и далее на измеритель 20 задержки импульсов, который измеряет задержку по каждому из четырех каналов. После этого определяют скорость в массиве горных пород при данном положении акустических устройств.

Повторяют циклы измерений при других положениях акустических устройств и по изменению значений ско50 ростей судят о наличии незатампонироа ванных участков массива горных пород.

1428838 фаз.!

d г фиу. g

Составитель В.Петрова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор В.Романенко

Редактор А.Ворович

Заказ 5104/32 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Г1рои- водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4