Способ определения изменения напряженного состояния пьезоактивной горной породы

80 Ч 3 08(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕ-НИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПБЕЗОАКТИВНОЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ, заключающийся в регистрации электромагнитных колебаний, связанных с динамическим ни .:. процессами в горной породе, о то- л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью обеспечения контроля эа состоянием горной породы на, различныхстадиях изменения ее иапрявенногосостояния, определяют минимальный в. и максимальный среднестатические размеры пьезоактнвных зерен горной ек- породы, вычисляют диапазон частот ом . их собственных колебаний и по прнт-,сутствию электромагнитного излуче,ния в вычисленном диапазоне час-.1тот прогнозируют наличие динами=ческого нагруфения или разрушениягорной породы.(4 б) 07.11.83. Бюл. В 41 (72) Н.ф. Кусов и О,Н. Баштовая (71) Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зиаме институт горного дела им. А,А,Ск чинского(56) 1. Константинова А,Г,.Сейсмо акустические исследования предвыборных разрушений угольных пласто М., фНаука,1977, с. 3,7,20.2. Исследование импульсного эл тромагнитного излучения при хрупк разрушении горных пород и раэрабо ка макетного образца устройства дл его регистрации. Отчет по теме М .101-80. Кемерово, КуэПИ, 1980, с. 27, 49-50 (прототип). ГОСУДФРСЯЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРОО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНн двяескому авщкльстеуИзобретение относится к горнойпромьйвлениости, в частности к угольной, и может быть использовано приконтроле за состоянием дьезоактивной горной породы, при прогнозе динамических явлений в ней.Известен сейсмоакустическийспособ определения изменения напряженного состояния горной породы,заключающийся в регистрации упругихмеханических колебаний горной породы сейсмоприемником 1) .Однако данный способ позволяетконтролировать динамические процессы горной породы, вызванные измене-,нием ее напряженного состояния, лишь. 15на стадии разрушения горной породы,когда возникают упругие колебания,связанные с образованием трещин иразрывов в горной породе.Наиболее близким к изобретению 2 Опо технической сущности являетсяспособ, состоящий в регистрации процесса хрупкого разрушения по электромагнитному излучению, заключающийсяв регистрации электромагнитных коле- р 5баний, возникающих в процессе трещинообразования в горной породе, спомощью прибора, содержащего радиометр и супергетеродинный приемник.Число импульсов электромагнитного иэ- ЗОлучения или скорость их прихода зависят от процессов трещинообраэованияв горной породе от скорости, разрушения, от прочности пород, от коэффициента хрупкости) 2),35Недостатком известного способаявляется определение изменения напряженного состояния горной породытолько на стадии возникшего процессаразрушения. Широкий частотный диапа- .зон поиска импульсов электромагнитного излучения, сопутствующий разрушению, требует непрерывной перестройки по частоте,Кроме того, возможен пропуск сигнала, предупреждающего о возникновении динамических процессов в горнойпороде.Целью изобретения является контроль за состоянием пьезоактивнойгорной породы на различных стадиях 5изменения ее напряженного состояния,включая стадию, предшествующую раз. рушению, и стадию разрушения по регистрации электромагнитного излученияна частотах, связанных со структуройгорной породы,Поставленная цель достигаетсясогласно способу определения изменения напряженного состояния пьезоактивной горной породы, заключающе О муся в регистрации электромагнитных колебаний, связанных с динамическими процессами в горной породе, по результатам предварительного петрограФического анализа пьеэоактивной гор.а щ-, нои породи. определяют минимальный и максимальный среднестатистические размеры пьезоактивных зерен горной породы, вычисляют диапазон частот их собственных колебаний и по присутствию электромагнитного излучения в вычисленном диапазоне частот прогнозируют наличие динамического нагружения или разрушения горной породы.Способ осуществляют следующим.образом.Производят петрографический. ана; лиз пьезоактивной горной породы, засостоянием которой ведут и контроль. Анализ .касается зерен кварца в по- роде. Строят гранулометрическую чистограмму и определяют среднестатисти" ческий размер, мм, наиболее мелких и наиболее крупных зерен кварца по формулеИ Маз(1где А;, А - размер зерен;Р;,Р - вероятность их появления,ИМу - число зерен, сгруппированных около А ;р иМ удц и участвующих Ввычислении Р, Р,Вычисляют частоту собственных колебаний кГц, зерен кварца по Формуле4686 - : 5750еду .вДфя(мак)фПрием электромагнитных колебаний производят в вычислительном диапазоне частот радиотехнической аппаратурой.Датчиком электромагнитного излучения при регистрации наличия динамических процессов является всенаправленная антенна (для рассчитанной частоты), а для определения направления на очаг изменения напряженного состояния горной породы и определения расстояния до него применяют остронаправленную антенну. Приемное устройство настраивают на.одну или другую частоту из диапазона Ещеи Ещ,и ожидают приема электромагнитного излучения.Начало динамического процесса регистрируют по приему минимальных частот (диапазон Кщ,) от наиболее крупных кварцевых зерен, а процесс разрушения впо присутствию и более высоких частот (диапазон 1) от мелких зерен кварца.П р и м е р. В лабораторных условиях проводят эксперимент по разрушению мелкозернистого песчаника из шахты Юнком. Петрографическим аналйэом образца определяют А еп,1053040 ) 4 40 ф 75 58 ф 38 28 1, Эта Составитель Е. ГородничевТехред Т,Маточка Корректор д, Пов Редактор Н, Джуган Тираж 710 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, З, Раушская иаб., д. 4/5Заказ 8866/44 Филиал ППП "Патентф, г. ужгород, ул. Проектная,4В 0,071 мм и "уущ0,22 мме Вычис- :ленный диапазон частот электромагнитного излучения Ещц = 24-82 МГц при разрушении, Гщ8-29 МГц при динамическом нагружении.Кг468 511 638датчиком электромагнитного излучения служит тороидальная антенна индуктивностью 7 мГц. Излучение регистрируют визуально на экране анализатора спектраС 4-45. в диапазоне частот (10-80) МГц. При нагружении образца до разрушения зарегистрировано электромагнит ное излучение на дискретных частотах в диапазоне от 10 до 75 МГц, что соответствует рассчитанному диапазону частот при разрушении и присутствию частот, соответствующих динамическому нагружению. Образец в виде керна нагружалсй на прессе до напряжения 0 в = 1100 кг/смф и был разрушен. Результаты эксперимента сведены и таблицу,653 724 739 923 . 930 52 , 42 . 58 10 Использование предлагаемого стособа определения изменения напряжен-.ного состояния пьезоактивной горной .породы, по сравнению с базовьи объектом - сейсмоакустическим способом, увеличивает время на проведение работ по предотвращению опасных проявлений изменения напряженного состояния за счет регистрации динамического процесса, предшествующего разрушению. Своевременное предупреж дение таких видов разрушений, как выбросы, обрушения, отжим, горные удары и др, позволяет повысить беэопасность ведения подземных работ.