Способ контроля напряженного состояния массива горных пород

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4150 Е 21 С 39/00 САНИЕ ОБ ВТОР МУ ТЕЛ ЬСТВ ого и сред"я горных и ов В.С.ования ойня.ф исследород в с. 193 е масси (прот М., Натип) .(54) (57 НОГО СО РОД, вкл чающего ля, про ультраз НАПРЯ НЫХ П и, привоны опор 9 вЫ е изл бразо т ет максией. мыми уча ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71). Московский ордена ТрудовКрасного Знамени горный институт(56) 1. Ямщиков В.С, Методыства исследования и контролпород и процессов, М., "Недра1982, с У 144.2, Ржевский В.В., ЯмщикАкустические методыи контроля горных и вука", 1973, .о СПОСОБ КОНТРОЛЯТОЯНИЯ МАССИВА ГОючающий возбуждениакустического превучивание создавауковыми импульсами 801146449 ков массива, расположенных междудвумя скважинами по их глубине,и анализ изменений характеристикультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическим преобразователем, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности контроля, возбуждениеизлучаюпщхпреобразователей, размещенных вскважинах с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин, осуществляют высокочастотными колебаниями, модулированными по амплитуде прямоугольнимпульсной последовательностью,измеряют амплитуду огибающей притых высокочастотных колебаний, поизменению которой с глубиной судято распределении напряжений в окрестности горной выработкэтом максимуму напряженийного давления соответствумальная амплитуда огибающ14 б 449 1 1Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при контроле напряженного состояния массива горных пород в окрестностях горных выработок.Известен способ контроля напряженного состояния массива, основанный на измерении и анализе изменений эффективного электрического сопротивления по глубине скважины, интерпретация которого осуществляется с помощью предварительно установленной корреляционной связи междусэлектрическим сопротивлением и напряжениями 13 . Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленнаятем, что на результаты измеренийэлектрических параметров вблизивыработок влияют неоднородность мас Осива, влажность, размеры выработкии другие помеховые факторы.1Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ контроля напряженного состояния массива горных пород, включающий возбуждение излучающего акустического преобразователя, прозвучивание создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участков массива,ЗОрасположенных между двумя скважинамипо их глубине, и анализ измененийхарактеристик- ультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическимпреобразователем И .35Недостатком известного способаявляется низкая точность контроляобусловленная тем, что на резуль-.таты измерений контролируемой характеристики оказывает существенное 4 Овлияние качество акустического контакта преобразователей с массивом,Изменения информативных параметровконтроля (скорости распространения,коэффициента затухания и др.) из-за 45плохого качества акустического контакта могут быть соизмеримы или даже превышать изменения этих параметров, обусловленные влиянием напряжений и, следовательно, погрешность 50измерений может превышать 100%.Целью изобретения является повышение точности контроля.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу контроля 55напряженного состояния массива горных пород, включающему возбуждениеизлучающего акустического ттреобразователя, прозвучивание создаваемыми им ультразвуковыми импульсами участков массива расположенных между двумя скважинами по их глубине, и анализ изменений характеристик ультразвуковых импульсов, принятых приемным акустическим преобразователем, возбуждение излучающих преобразователей,размещенных в скважинах с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин, осуществляют высокочастотными колебаниями, модулированными по амплитуде прямоугольной импульсной последовательностью, измеряют амплитуду огибающей принятых высокочастотных колебаний, по изменению которой с глубиной судят о распределении напряжений в окрестности горной выработки, при этом максимуму напряжений зоны опорного давления соответствует максимальная амплитуда огибающей.На фиг. 1 представлена схема реализации способа", на фиг. 2 - временные диаграммы сИгналов в различных точках указанной схемы; на фиг. 3 - изменения амплитуды огибающей пачки высокочастотных ипульсов при удалении преобразователей от контура выработки.Способ осуществляется следующим образом.В кровле, почве или стенках выработки 1 бурят две параллельные скважины (шнура) 2 и 3 на глубину 5-8 м; в которых размещают друг против друга акустические преобразователи 4 и 5 с воздушным зазором между их рабочей поверхностью и стенками скважин 2 и 3. Такие зазоры могут обеспечиваться, например, с помощью кольцевых центрирующих пружин 6. Генератор ультразвукового прибора 7 вырабатывает высокочастотные колебания 8, частота которых выбирается равной резонансной частоте акустических преобразователей (обычно в пределах 30-100 кГц). Высокочастотные колебания 8 модулируют прямоугольными видеоимпульсами, длительность которых Т выбирается такой, чтобы в них укладывалось количество периодов высокочастот- ных колебаний, равное (или большее) суммарной добротности электроакустического тракта, В этом случае3 1 обеспечивается максимальный коэффициент передачи преобразователей. Модуляция высокочастотных колебаний 8.именно прямоугольными импульсами обеспечивает максимальную скорость нарастания принятого сигнала, что также улучшает энергетичес.кие соотношения.Электрическим сигналом в виде пачек 9 высокочастотных колебаний возбуждают излучающий преобразователь 4. Излучаемые преобразователем 4 упругие колебания после прохождения межскважинного пространства в виде пачки высокочастотных колебаний 10 принимают и преобразуют в электрический сигнал преобразователем 5. Далее этот сигнал поступает на вход ультразвукового прибора 7, с помощью которого измеряют амплитуду А огибающей колебаний 10, (Указанные измерения легко осуществляются с помощью однополярного детектора огибающей и амплитудного вольтметра, являющихся составной частью ультразвукового прибора 7).Измерения осуществляют по всей глубине скважин 2 и 3, перемещая параллельно (дискретно с шагом 10- 20 см, или непрерывно) преобразователи 4 и 5. Совокупность результа 146449 4тов измерений амплитуды А огибающей (фиг, 3) отражает распределениенапряжений в окрестностях горнойвыработки. Так, участок, примыкающий к контуру выработки, характеризуется нарушением сплошности массива, обусловленным действием буровзрывных работ и действием горногодавления. На этом участке максималь но рассеяние и поглощение ультразвуковых колебаний и, как следствие, минимальная амплитуда огибаюВщей. Далее, в зоне опорного давления (расстояние , от контура вы работки на фиг. 3) пористость итрещиноватость минимальны, соответственно максимальна амппитуда. Взоне сохранного массива, не подверженного влиянию выработки, напря жения и амплитуды огибающей имеютпо отношению к первым двум участкам промежуточные значения. Таким образом, предлагаемый 25 способ позволяет получить точнуюинФормацию о распределении напряжений в окрестностях выработок, исключив основной источник погрешностей при ультразвуковых измерениях в массиве - контактные условия преобразователей с горными порода1146449 Составитель Г. АлексееваРедактор А. Сабо Техред И.Кастелевич Корректор О. Тиг филиал ППП "Патент", г. Ужгбод, ул. Проектная,Закаэ 1333/26 Тираж 482 ВНИИПИ ГосударсФвениого коми по делам изобретений и о 113035, Иосква, Ж"35, Раушская