Способ определения мощности расслоения горного массива

Способ определения мощности расслоения горного массива

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

ru>879530 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 130280 (21) 2881277/18-25 с присоединением заявим ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 07.11.81. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 07.1181

О (51)M, Кл

G 01 V 1/00

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (5З) УДК 550.8З (088.8) (72) Авторы изобретения

А.Г.Гликман и В.Л.Казакова Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени гщ>ный институт им. Г.В.Плеханова =« -. (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ РАССЛОЕНИЯ

ГОРНОГО МАССИВА

Изобретение относится к геофизическим способам раэвецки и может быть использовано для определения наличия расслоения и мощности отслоившейся части горного массива при ведении очистных и подготовительных работ.

Известен способ акустического определения неоднородности массива вблизи выработки (1 ), заключающийся в том, что в исследуемом массиве путем бурения скважин отыскивают местонахождение акустической неоднородности, после чего, помещая в скважину излучатель звука, анализируют зафиксированные на поверхности амплитуды звуково- 15

ro давления с тем,, чтобы судить о конфигурации неоднородности массива.

Недостаток этого способа — необходимость бурения скважин.

Известен также способ исследования 20 напряженного состояния массива (2), позволяющий определить мощность его расслоения путем возбуждения и регистрации упругих колебаний на стенке выработки с тем, чтобы в результате 3 анализа замеренных соотношений между . излученными и принятыми колебаниями судить о местонахождении границ напряженного массива. Этот способ является разновидностью известного в гео- 30

1 физике (сейсморазведке! способа отраженных волн. Однако способ имеет то же ограничение, что и известные другие сейсморазведочные способы, а именно: расстояние излучатель — отражающая граница — приемник не может быть менЬше десятков метров. И если от поверхности до границы неоднородности, подлежащей индикации, допустим, около метра., то расстояние между излучателем и приемником должно быть не меньше десятков метров, и если протяженность границы неоднородности будет значительно меньше, то такая неоднородность с помощью изложенного способа обнаружена не будет.

Целью изобретения является повышение эффективности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения мощности расслоения горного массива, основанном на возбуждении невзрывным источником и регистрации упругих колебаний на поверхности массива с последующим анализом зарегистрированных колебаний, возбуждают упругие колебания импульсами, длительность воздействия которых не превышает

100 мкс, регистрируют упругие колебания в точке возбуждения, в тече3 879530 (3) Формула изобретения

С1

2h и ние времени взаимодействия между источником и горным массивом и судят о мощности расслоения горного массива по амплитудно-частотным характеристикам зарегистрированных колебаний.

Способ для своей реализации не

5 требует какого-либо нарушения целостности исследуемого массива (например, бурения), не является многоточечным как прототип (точки излучения и регистрации разнесены друг от друга); позволяет фиксировать плоскость отслоения, имеющую протяженность одного порядка с мощностью отслоения (т.е. при мощности отслоения 1 м для регистрации ее достаточно, чтобы плоскость 15 .расслоения имела при форме окружности диаметр 1 м), чего не позволяет никакой из известных способов.

Способ основан на следующих предпосылках. В горном массиве в силу Щ различных причин могут происходить расслоения и образования пустот. Расслоения в материале кровли подземной выработки являются причиной обрушения кровли, и индикации наличия и мощности расслоения может использоваться с целью прогнозирования обрушения.

При отсутствии отслоения и при абсолютной монолитности и однороднос° ти бесконечно протяженного горного 30 массива реакция среды на механическое возмущение такова, что спектральный состав упругих колебаний в точке возбуждения их полностью характеризует частотные возможности излучате- 35 ля. Для реальной однородной среды . возможны некоторые отклонения величины спектральной плотности.

При возникновении в горном массиве расслоений, плоскость которых более @) или менее параллельна поверхности исследуемого массива (в осадочных породах плоскости расслоения ориентированы примерно горизонтально), отслоившаяся часть с некоторыми допущениями может быть уподоблена плоскопараллель- 5 ному слою среды мощности h. При воздействии механическим воэмущением на плоскопараллельный пласт происходит увеличение плотности спектра вблизи частот ;, которые определяются со- 5О отношением: где C — скорость распространения

i òèïà волн в данной среде, h — мощность отслоения; и — коэффициент кра гности гармоник.

ТакНм образом, на частотах f- следует ожидать увеличения уровня приня- () того сигнала.

На чертеже показано устройство для реализации способа.

Оно содержит молоток 1, конструкция которого такова, что время взаимодействия с массивом при ударе не превышает 100 мкс. В молоток встроен пьезоэлемент 2, сигнал с которого поступает на двухканальный спектроаналиэатор 3 параллельного типа. Спектроанализатор содержит входное усилительное устройство 4, с выхода которого сигнал поступает на два частотно-избирательных усилителя 5 и б, а затем - на аналоговые запоминающие ячейки 7 и 8. Уровень сигналов в обоих каналах фиксируется с помощью стрелочных индикаторов 9 и 10.

Устройство работает следующим образом.

С помощью молотка 1,по поверхности массива наносится удар, возбужда--. ются упругие колебания, которые ре-. гистрируются во время взаимодействия с помощью пьезоэлемента 2. Сигнал с выхода era поступает на вход спектроанализатора. Первый канал (элементы 5, 7, 9) настроен на фиксированную постоянную частоту и служит для привязки по уровню (силе удара). Второй канал перестраивается по частоте в интересующем диапазоне с помощью усилителя б. При одинаковом коэффициенте передачи обоих каналов спектроаналиэатора плотность спектра

A определяется соотношением: cCr (2)

СОНМ где 0 > и Осопэ величины уровней сигналов на измеряемой и фиксированной частоте соответственно. Для упрощения обработки информации индикаторы

9 и 10 проградуированы в логарифмах измеряемого напряжения. Тогда информационная величина определяется как

i gA 1gUy " i g UсоиМ

Использование данного способа обеспечивает повышение эффективности мероприятий по обеспечению безопасности труда при проведении очистных и подготовительных работ, так как дает информацию о наличии расслоения и мощности отслоившейся кровли в интересующей конкретной точке подземной выработки.

Способ определения мощности расслоения горного массива, основанный на возбуждении невэрывным источником и регистрации упругих колебаний иа поверхности массива с последующим анализом зарегистрированных колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, возбуждают упругие колебания импульсами, длительность воздействия которых не превышает 100 мкс, регистрируют упругие колебания в точке возбужцения в течение времени взаимодействия между источником и

879530

Составитель Э. Волконский

Редактор Н. Коляда Техред Т.Маточка Корректор Г. Orap

Заказ 9714/17 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", . Ужгород, ул. Проектная, 4 горным массивом и судят о мощности расслоения горного массива по амплитудно-частотным характеристикам зарегистрированных колебаний.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ямщиков А.И. Передовые методы поиска технических скважин из горных ,выработок, M. "Недра", 1978, с. 1-18. . 2. Авторское свидетельство СССР р 543905р кл. G 01 Ч 1/00, .1978 (прототип).