Способ радиопросвечивания массива горных пород

Способ радиопросвечивания массива горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

oi>868681 (61) Дополнительное к авт. сеид-ау (22) Заявлено 23.01.80 (21) 2874619/18-25, с присоединением эаявкм йо (23) Приоритет

Опубликовано 30.0931. Бюллетень ЙЯ 36

Дата опубликования описания 30. 09. 81 ром. к.з

Государственный комитет

СССР

IIo делам изобретений н открытий

G 01 Ч 3/12 (53) УДК 550.837 (0.88, 8) (72) Авторы изобретения

В В. Дьяков, А.В. Паршин, A. И. Самойлов и Л.И. Воронцова

Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта (71) Заявитель (54) СПОСОБ РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЯ MACCHBA ГОРНЫХ

ПОРОД

Изобретение относится к способам исследования электрических .свойств горных пород, а именно к способу радиоволнового просвечивания массива пород с целью оценки условий распространения радиоволн при проектировании беспроводного канала связи, а также с целью геофизических исследований;

f0

Известны способы определения электрических параметров пород, основанные на измерении разности фаз или частот, в которых производят глубинное многочастотное зондирование или радиопросвечивание массива двумя 15 модулированными по частоте колебаниями с последующим сопоставлением между собой фазовых сдвигов между частотами или регистрацией изменения частоты сигналов. IIQ pG3óëüòàòàì 20 измерений судят об исследуемых электрических параметрах массива М и(2).

Известные способы точны, однако они не всегда могут быть практически реализованы из-за сложности процессов измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, состоящий в измерении в одной точке приема отношения амплитуд составляющих электромаг- 30 нитного поля, излучаемого магнитным и электрическим диполями, на двух разных частотах..Указанный способ характеризуется идентичностью влияния различных возмущающих факторов на уровни принимаемых сигналов и, как следствие этого, снижением различного рода погрешностей измерения Г33 .

Недостатки известного способа заключаются во влиянии помех в условиях действующих шахт на точность производимых измерений, а также наличии в точках передачи и приема антенн двух разных типов: электри-, ческой и магнитной.

Цель изобретения — повышение точности определения электрических свойств массива пород.

Поставленная цель достигается тем, что в способе радиопросвечива-: ния массива горных пород, заключаю-щемся в возбуждении массива электрамагнитным полем изменяющейся частоты, измерении в точке приема параметров электромагнитного поля, по которым судят о проводимости горных пород, дополнительно измеряют частоту принимаемых электромагнитных колебаний

868681

15.1

ЗГИ а». 1

f $ - — f -Р--о;

4 9 9 и 9 9

ЗО (4! о Р.а" э р

E иЕ8 где

Н,и НВ м и = у(3) ас"-— сс

-а при заданном соотношении К состав-. ляющих электромагнитного поля к - — -

AB

Ar (1) е где Аа - меридианальная составляющая электромагнитного полну

Аг -»радиальная составля. ющая электромагнитного ноля;

9 - угол между направлением от измерителя нй точку приема и вертикально в точке излучения.

Далее определяют электрическую проводимость по фэрмуле где и — положительный корень урав нения

$ +f - --f- 0

4 Э Э 1 9,9

Г - частота, на которой зафиксировано равенство (1);

r - расстояние между точками из- . мерения и приема 4 а — абсолютная магнитная проницаемость массива пород.

На фиг.1 представлена зависимость отношения составляющих электромагнитного поля от частоты;, на фиг. 2— пример рейлизации способа.

Способ Осуществляется следующим образом.

Известно, что соотношение между мерйдианальной и радиальной составляющими электромагнитного поля эле ментарного диполя в направлении максимального излучения равно

Н„ +1 +Р в м

-Г - — Щ-=1 (И

Е Ц8 4+g$+g. +4) +4 4 соответственно радиальная и меридиальная составляющие электрического поля электрического диполя соответственно радиальная и меридиальная составляющие магнитного диПоля! - относительное расстояние между точками излучения и приемаз

- абсолютное расстояние между точками излучения и приемау толщина скин-слоя или глубина проникновения поля в массиве

L = — = -у „- характеристическая я. Гse

c / а длина массива;

4"- 1/ 4>9 -ô — относительный коэффициент затухания

Еа,Qq — соответственно

5 диэлектрическая и магнитная проницаемости массива;

6 — электрическая проводимость массива

30 породу

)»= — безразмерный параметр, определяющий отношение частоты излучаемых колебаний ®к частоте релаксации массива. а. м

Е» Hr

Из графика отношениЯ ЕЕВ— в 8 в зависимости от f (см.фиг.1) следует, что при некоторой значении равном 0, составляющие поля равны между собой, что используется для оценки проводимости пород, В соответствии с этим конкретное значение

25 0 можно получить из решения уравненйя (2) относительно f приняв отэ ношение — = -р, равным единице,т.е.

Е -. Н»Е Н

Положительный корень этого уравнения, есть р (фр 1,227). На низких частотах в квазипроводящей области толщина ский-слоя равна м э

40 При равенстве составляющих н „и Нq или Е„E 8 выражение (3) имеет вид (6)

Т р (Р

45 тогда из формулы (5) и (4) получим выражение для определения интегральной проводимости массива пород

Ф. 6 а .

Из формулы (6) видно, что,. зная расстояние r в направлении максимального излучения между точками пе55 . Редачи и приема и частоту излучения f в момент равенства в точке приема радиальной и меридиональной составляющих электромагнитного поля легко вычислить проводимость масси. ва пород.

Пример. В точке A находится излучающий магнитный диполь. B точке приема В, находящейся íà расстоя,нии r от излучающего диполя, находится приемный комплект аппаратуры, содержащий две взаимно перпендикуляр-.

868681 воляет существенно уменьшить требуе-; мый динамический диапазон измерительной аппаратуры. Способ отличается простотой аппаратурной реализации. Применение следящих систем,например синхронно-следящих фильтров, позволяет автоматизировать процесс измерения.

Применение предлагаемого способа повышает точность оценки условий распространения радиоволн при проектировании беспроводного канала связи с подземными выработками и позволяет проектировать аппаратуру связи в соответствии с горно-геологическими условиями конкретного горнорудного

15 предприятия.

25 — 0,575

Н.

Таким образом, в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, не измеряют абсолютные значения составляющих электромагнитного поля, а производят лишь сравнение составляющих, Фиксируя факт их равенства с весовым коэффициент К = 1 при В = 45 или К = tg В при 0 Ф 45 . Факт ра венства амплитуд составляющих сравнительно просто и точно регистрируется даже в условиях значительных помех, поэтому точность измерения проводимости массива повышается.

Например, если считать, что ам- 40 плитуда измеряемой составляющей электромагнитного поля изменяется под действием шума по релеевскому закону, то при соотношении сигнал шум, равном десяти, ошибка при измерении приблизительно в 100 раз превышает ошибку при регистрации факта равенства амплитуд составляющих.

Кроме того, условия измерений проводимости пород максимально приб- О лижены к условиям эксплуатации беспроводной системы связи. Это является существенным для организации беспроводного канала связи с подземными выработками. Измерения производятся в диапазоне сверх- и инфранизких частот. В этом случае радиоволны при распространении испытывают слабое затухание и измеряемый сигнал достаточно велик.

В предлагаемом способе напряжен- 60 ность измеряемого поля при неизменной мощности излучения практически неизменна несмотря на то,.что электрические свойства массива изменяются от одного места к другому, Это позK — tg+i

Ав

Аг

y4+ 1 у2 > g 9

2 2 ные рамни, одна из которых находится в горизонтальной, другая в вертикальной плоскостях. В горизонтальной рамке наводится ЭДС, пропорциональная меридиальной составляющей поля НВ, в вертикальной — пропорцио, нальная радиальной компоненте Н, Если угол 0 равен 45, то изменяем частоту излучаемого поля до тех пор, пока указанные амплитуды составляющих поля в точке приема не сравняются ° В момент равенства составляющих фиксируется излучаемая частота и производится расчет проводимости исследуемого массива по формуле (6).

Если угол 8 не равен 45, то необходимо фиксировать частоту не при равенстве составляющих, а в соответствии с равенством нв н„

=1 0 о

Например, если угол В = 30, то излучаемая частота фиксируетея при отношении

Формула изобретения

Способ радиопросвечивания массива горных пород, заключающийся в возбуждении массива. электромагнит ным полем изменяющейся частоты, измерении в точке приема параметров электромагнитного поля, по которым судят о проводимости горных пород, отличающийся тем, что, с целью повьиаения точности определения электрических свойств горных по" род, измеряют частоту принимаемых электромагнитных колебаний при заданном соотношении K составляющих электромагнитного поля где А@ - меридианальная составляющая электромагнитного поля

А — радиальная составляющая электромагнитного поля

 — угол между направлением отизмерителя на точку приема н вертикально в точке излучения, и определяют проводимость по формуле где - положительный корень урав70 нения — измеренная частота

r — расстояние между точкаыю измерения и приема; ,м — абсолютная магнитная про- ницаемость массива горных породе

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 130587, кл. 6 01 Ч 3/06, 1960.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 492836, кл. G Oi Ч 3/12, 1975.

868681

Рае. 1

3. Савкина Н.N. и др. Онределение удельной проводимости 4 и диэлектрической проницаемости а.. массива горных пород радиоволновыми ме3 ff и, тодами. — "Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых", СО АН СССР, 1973, В 3, с. 96100 (прототип)..

ВНИИПИ Заказ 8322/67

Тирам 735 Подписное

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